sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/asan.h>
  62 #include <sys/bitset.h>
  63 #include <sys/domainset.h>
  64 #include <sys/eventhandler.h>
  65 #include <sys/kernel.h>
  66 #include <sys/types.h>
  67 #include <sys/limits.h>
  68 #include <sys/queue.h>
  69 #include <sys/malloc.h>
  70 #include <sys/ktr.h>
  71 #include <sys/lock.h>
  72 #include <sys/msan.h>
  73 #include <sys/mutex.h>
  74 #include <sys/proc.h>
  75 #include <sys/random.h>
  76 #include <sys/rwlock.h>
  77 #include <sys/sbuf.h>
  78 #include <sys/sched.h>
  79 #include <sys/sleepqueue.h>
  80 #include <sys/smp.h>
  81 #include <sys/smr.h>
  82 #include <sys/sysctl.h>
  83 #include <sys/taskqueue.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85
  86 #include <vm/vm.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_domainset.h>
  89 #include <vm/vm_object.h>
  90 #include <vm/vm_page.h>
  91 #include <vm/vm_pageout.h>
  92 #include <vm/vm_phys.h>
  93 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  94 #include <vm/vm_map.h>
  95 #include <vm/vm_kern.h>
  96 #include <vm/vm_extern.h>
  97 #include <vm/vm_dumpset.h>
  98 #include <vm/uma.h>
  99 #include <vm/uma_int.h>
 100 #include <vm/uma_dbg.h>
 101
 102 #include <ddb/ddb.h>
 103
 104 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 105 #include <vm/memguard.h>
 106 #endif
 107
 108 #include <machine/md_var.h>
 109
 110 #ifdef INVARIANTS
 111 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     1
 112 #else
 113 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     0
 114 #endif
 115
 116 /*
 117  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 118  */
 119 static uma_zone_t kegs;
 120 static uma_zone_t zones;
 121
 122 /*
 123  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
 124  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
 125  */
 126 #ifdef INVARIANTS
 127 #define SLAB_BITSETS    2
 128 #else
 129 #define SLAB_BITSETS    1
 130 #endif
 131
 132 /*
 133  * These are the two zones from which all offpage uma_slab_ts are allocated.
 134  *
 135  * One zone is for slab headers that can represent a larger number of items,
 136  * making the slabs themselves more efficient, and the other zone is for
 137  * headers that are smaller and represent fewer items, making the headers more
 138  * efficient.
 139  */
 140 #define SLABZONE_SIZE(setsize)                                  \
 141     (sizeof(struct uma_hash_slab) + BITSET_SIZE(setsize) * SLAB_BITSETS)
 142 #define SLABZONE0_SETSIZE       (PAGE_SIZE / 16)
 143 #define SLABZONE1_SETSIZE       SLAB_MAX_SETSIZE
 144 #define SLABZONE0_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE0_SETSIZE)
 145 #define SLABZONE1_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE1_SETSIZE)
 146 static uma_zone_t slabzones[2];
 147
 148 /*
 149  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 150  * prior to malloc coming up.
 151  */
 152 static uma_zone_t hashzone;
 153
 154 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 155 int uma_align_cache = 64 - 1;
 156
 157 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 158 static MALLOC_DEFINE(M_UMA, "UMA", "UMA Misc");
 159
 160 /*
 161  * Are we allowed to allocate buckets?
 162  */
 163 static int bucketdisable = 1;
 164
 165 /* Linked list of all kegs in the system */
 166 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 167
 168 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 169 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 170     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 171
 172 /*
 173  * Mutex for global lists: uma_kegs, uma_cachezones, and the per-keg list of
 174  * zones.
 175  */
 176 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 177
 178 static struct sx uma_reclaim_lock;
 179
 180 /*
 181  * First available virual address for boot time allocations.
 182  */
 183 static vm_offset_t bootstart;
 184 static vm_offset_t bootmem;
 185
 186 /*
 187  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 188  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 189  */
 190 unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 191 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 192     "UMA kernel memory soft limit");
 193 unsigned long uma_kmem_total;
 194 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 195     "UMA kernel memory usage");
 196
 197 /* Is the VM done starting up? */
 198 static enum {
 199         BOOT_COLD,
 200         BOOT_KVA,
 201         BOOT_PCPU,
 202         BOOT_RUNNING,
 203         BOOT_SHUTDOWN,
 204 } booted = BOOT_COLD;
 205
 206 /*
 207  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 208  * outside of the allocation fast path.
 209  */
 210 static struct timeout_task uma_timeout_task;
 211 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 212
 213 /*
 214  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 215  * a special allocation function just for zones.
 216  */
 217 struct uma_zctor_args {
 218         const char *name;
 219         size_t size;
 220         uma_ctor ctor;
 221         uma_dtor dtor;
 222         uma_init uminit;
 223         uma_fini fini;
 224         uma_import import;
 225         uma_release release;
 226         void *arg;
 227         uma_keg_t keg;
 228         int align;
 229         uint32_t flags;
 230 };
 231
 232 struct uma_kctor_args {
 233         uma_zone_t zone;
 234         size_t size;
 235         uma_init uminit;
 236         uma_fini fini;
 237         int align;
 238         uint32_t flags;
 239 };
 240
 241 struct uma_bucket_zone {
 242         uma_zone_t      ubz_zone;
 243         const char      *ubz_name;
 244         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 245         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 246 };
 247
 248 /*
 249  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 250  * of two sizes for more efficient space utilization.
 251  */
 252 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 253     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 254
 255 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 256
 257 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 258         /* Literal bucket sizes. */
 259         { NULL, "2 Bucket", 2, 4096 },
 260         { NULL, "4 Bucket", 4, 3072 },
 261         { NULL, "8 Bucket", 8, 2048 },
 262         { NULL, "16 Bucket", 16, 1024 },
 263         /* Rounded down power of 2 sizes for efficiency. */
 264         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 265         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 266         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 267         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 268         { NULL, NULL, 0}
 269 };
 270
 271 /*
 272  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 273  */
 274 enum zfreeskip {
 275         SKIP_NONE =     0,
 276         SKIP_CNT =      0x00000001,
 277         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 278         SKIP_FINI =     0x00020000,
 279 };
 280
 281 /* Prototypes.. */
 282
 283 void    uma_startup1(vm_offset_t);
 284 void    uma_startup2(void);
 285
 286 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 287 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 288 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 289 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 290 static void *contig_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 291 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 292 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 293 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 294 static void cache_drain(uma_zone_t);
 295 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 296 static void bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool, int);
 297 static bool bucket_cache_reclaim_domain(uma_zone_t, bool, bool, int);
 298 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 299 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 300 static void keg_drain(uma_keg_t keg, int domain);
 301 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 302 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 303 static inline void item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size,
 304     void *udata, enum zfreeskip skip);
 305 static int zero_init(void *, int, int);
 306 static void zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 307     int itemdomain, bool ws);
 308 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 309 static void zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 310 static void zone_timeout(uma_zone_t zone, void *);
 311 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 312 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 313 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 314 static void uma_timeout(void *, int);
 315 static void uma_shutdown(void);
 316 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 317 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 318 static int zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags);
 319 static void zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count);
 320 static void bucket_enable(void);
 321 static void bucket_init(void);
 322 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 323 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 324 static void bucket_zone_drain(int domain);
 325 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 326 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 327 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 328 static size_t slab_sizeof(int nitems);
 329 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 330     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 331 static int zone_import(void *, void **, int, int, int);
 332 static void zone_release(void *, void **, int);
 333 static bool cache_alloc(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
 334 static bool cache_free(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
 335
 336 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 337 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 338 static int sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 339 static int sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 340 static int sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 341 static int sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 342 static int sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 343
 344 static uint64_t uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone);
 345
 346 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 347     "Memory allocation debugging");
 348
 349 #ifdef INVARIANTS
 350 static uint64_t uma_keg_get_allocs(uma_keg_t zone);
 351 static inline struct noslabbits *slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg);
 352
 353 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 354 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 355 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 356 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 357
 358 static u_int dbg_divisor = 1;
 359 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 360     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 361     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 362
 363 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 364 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 365 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 366     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 367 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 368     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 369 #endif
 370
 371 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, uma, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 372     "Universal Memory Allocator");
 373
 374 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_INT,
 375     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 376
 377 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_STRUCT,
 378     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 379
 380 static int zone_warnings = 1;
 381 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 382     "Warn when UMA zones becomes full");
 383
 384 static int multipage_slabs = 1;
 385 TUNABLE_INT("vm.debug.uma_multipage_slabs", &multipage_slabs);
 386 SYSCTL_INT(_vm_debug, OID_AUTO, uma_multipage_slabs,
 387     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &multipage_slabs, 0,
 388     "UMA may choose larger slab sizes for better efficiency");
 389
 390 /*
 391  * Select the slab zone for an offpage slab with the given maximum item count.
 392  */
 393 static inline uma_zone_t
 394 slabzone(int ipers)
 395 {
 396
 397         return (slabzones[ipers > SLABZONE0_SETSIZE]);
 398 }
 399
 400 /*
 401  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 402  */
 403 static void
 404 bucket_enable(void)
 405 {
 406
 407         KASSERT(booted >= BOOT_KVA, ("Bucket enable before init"));
 408         bucketdisable = vm_page_count_min();
 409 }
 410
 411 /*
 412  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 413  *
 414  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 415  * of the header and an array of pointers.
 416  */
 417 static void
 418 bucket_init(void)
 419 {
 420         struct uma_bucket_zone *ubz;
 421         int size;
 422
 423         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 424                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 425                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 426                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 427                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 428                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET |
 429                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
 430         }
 431 }
 432
 433 /*
 434  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 435  * to allocate the bucket.
 436  */
 437 static struct uma_bucket_zone *
 438 bucket_zone_lookup(int entries)
 439 {
 440         struct uma_bucket_zone *ubz;
 441
 442         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 443                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 444                         return (ubz);
 445         ubz--;
 446         return (ubz);
 447 }
 448
 449 static int
 450 bucket_select(int size)
 451 {
 452         struct uma_bucket_zone *ubz;
 453
 454         ubz = &bucket_zones[0];
 455         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 456                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 457
 458         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 459                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 460                         break;
 461         ubz--;
 462         return (ubz->ubz_entries);
 463 }
 464
 465 static uma_bucket_t
 466 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 467 {
 468         struct uma_bucket_zone *ubz;
 469         uma_bucket_t bucket;
 470
 471         /*
 472          * Don't allocate buckets early in boot.
 473          */
 474         if (__predict_false(booted < BOOT_KVA))
 475                 return (NULL);
 476
 477         /*
 478          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 479          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 480          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 481          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 482          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 483          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 484          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 485          * free path.
 486          */
 487         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 488                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 489         else {
 490                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 491                         return (NULL);
 492                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 493         }
 494         if (((uintptr_t)udata & UMA_ZONE_VM) != 0)
 495                 flags |= M_NOVM;
 496         ubz = bucket_zone_lookup(atomic_load_16(&zone->uz_bucket_size));
 497         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 498                 ubz++;
 499         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 500         if (bucket) {
 501 #ifdef INVARIANTS
 502                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 503 #endif
 504                 bucket->ub_cnt = 0;
 505                 bucket->ub_entries = min(ubz->ubz_entries,
 506                     zone->uz_bucket_size_max);
 507                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 508                 CTR3(KTR_UMA, "bucket_alloc: zone %s(%p) allocated bucket %p",
 509                     zone->uz_name, zone, bucket);
 510         }
 511
 512         return (bucket);
 513 }
 514
 515 static void
 516 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 517 {
 518         struct uma_bucket_zone *ubz;
 519
 520         if (bucket->ub_cnt != 0)
 521                 bucket_drain(zone, bucket);
 522
 523         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 524             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 525         KASSERT(bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID,
 526             ("bucket_free: Freeing an SMR bucket."));
 527         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 528                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 529         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 530         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 531 }
 532
 533 static void
 534 bucket_zone_drain(int domain)
 535 {
 536         struct uma_bucket_zone *ubz;
 537
 538         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 539                 uma_zone_reclaim_domain(ubz->ubz_zone, UMA_RECLAIM_DRAIN,
 540                     domain);
 541 }
 542
 543 #ifdef KASAN
 544 _Static_assert(UMA_SMALLEST_UNIT % KASAN_SHADOW_SCALE == 0,
 545     "Base UMA allocation size not a multiple of the KASAN scale factor");
 546
 547 static void
 548 kasan_mark_item_valid(uma_zone_t zone, void *item)
 549 {
 550         void *pcpu_item;
 551         size_t sz, rsz;
 552         int i;
 553
 554         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOKASAN) != 0)
 555                 return;
 556
 557         sz = zone->uz_size;
 558         rsz = roundup2(sz, KASAN_SHADOW_SCALE);
 559         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0) {
 560                 kasan_mark(item, sz, rsz, KASAN_GENERIC_REDZONE);
 561         } else {
 562                 pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
 563                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
 564                         kasan_mark(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), sz, rsz,
 565                             KASAN_GENERIC_REDZONE);
 566         }
 567 }
 568
 569 static void
 570 kasan_mark_item_invalid(uma_zone_t zone, void *item)
 571 {
 572         void *pcpu_item;
 573         size_t sz;
 574         int i;
 575
 576         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOKASAN) != 0)
 577                 return;
 578
 579         sz = roundup2(zone->uz_size, KASAN_SHADOW_SCALE);
 580         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0) {
 581                 kasan_mark(item, 0, sz, KASAN_UMA_FREED);
 582         } else {
 583                 pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
 584                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
 585                         kasan_mark(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), 0, sz,
 586                             KASAN_UMA_FREED);
 587         }
 588 }
 589
 590 static void
 591 kasan_mark_slab_valid(uma_keg_t keg, void *mem)
 592 {
 593         size_t sz;
 594
 595         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOKASAN) == 0) {
 596                 sz = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
 597                 kasan_mark(mem, sz, sz, 0);
 598         }
 599 }
 600
 601 static void
 602 kasan_mark_slab_invalid(uma_keg_t keg, void *mem)
 603 {
 604         size_t sz;
 605
 606         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOKASAN) == 0) {
 607                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
 608                         sz = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
 609                 else
 610                         sz = keg->uk_pgoff;
 611                 kasan_mark(mem, 0, sz, KASAN_UMA_FREED);
 612         }
 613 }
 614 #else /* !KASAN */
 615 static void
 616 kasan_mark_item_valid(uma_zone_t zone __unused, void *item __unused)
 617 {
 618 }
 619
 620 static void
 621 kasan_mark_item_invalid(uma_zone_t zone __unused, void *item __unused)
 622 {
 623 }
 624
 625 static void
 626 kasan_mark_slab_valid(uma_keg_t keg __unused, void *mem __unused)
 627 {
 628 }
 629
 630 static void
 631 kasan_mark_slab_invalid(uma_keg_t keg __unused, void *mem __unused)
 632 {
 633 }
 634 #endif /* KASAN */
 635
 636 #ifdef KMSAN
 637 static inline void
 638 kmsan_mark_item_uninitialized(uma_zone_t zone, void *item)
 639 {
 640         void *pcpu_item;
 641         size_t sz;
 642         int i;
 643
 644         if ((zone->uz_flags &
 645             (UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZONE_MALLOC)) != 0) {
 646                 /*
 647                  * Cache zones should not be instrumented by default, as UMA
 648                  * does not have enough information to do so correctly.
 649                  * Consumers can mark items themselves if it makes sense to do
 650                  * so.
 651                  *
 652                  * Items from secondary zones are initialized by the parent
 653                  * zone and thus cannot safely be marked by UMA.
 654                  *
 655                  * malloc zones are handled directly by malloc(9) and friends,
 656                  * since they can provide more precise origin tracking.
 657                  */
 658                 return;
 659         }
 660         if (zone->uz_keg->uk_init != NULL) {
 661                 /*
 662                  * By definition, initialized items cannot be marked.  The
 663                  * best we can do is mark items from these zones after they
 664                  * are freed to the keg.
 665                  */
 666                 return;
 667         }
 668
 669         sz = zone->uz_size;
 670         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0) {
 671                 kmsan_orig(item, sz, KMSAN_TYPE_UMA, KMSAN_RET_ADDR);
 672                 kmsan_mark(item, sz, KMSAN_STATE_UNINIT);
 673         } else {
 674                 pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
 675                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
 676                         kmsan_orig(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), sz,
 677                             KMSAN_TYPE_UMA, KMSAN_RET_ADDR);
 678                         kmsan_mark(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), sz,
 679                             KMSAN_STATE_INITED);
 680                 }
 681         }
 682 }
 683 #else /* !KMSAN */
 684 static inline void
 685 kmsan_mark_item_uninitialized(uma_zone_t zone __unused, void *item __unused)
 686 {
 687 }
 688 #endif /* KMSAN */
 689
 690 /*
 691  * Acquire the domain lock and record contention.
 692  */
 693 static uma_zone_domain_t
 694 zone_domain_lock(uma_zone_t zone, int domain)
 695 {
 696         uma_zone_domain_t zdom;
 697         bool lockfail;
 698
 699         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 700         lockfail = false;
 701         if (ZDOM_OWNED(zdom))
 702                 lockfail = true;
 703         ZDOM_LOCK(zdom);
 704         /* This is unsynchronized.  The counter does not need to be precise. */
 705         if (lockfail && zone->uz_bucket_size < zone->uz_bucket_size_max)
 706                 zone->uz_bucket_size++;
 707         return (zdom);
 708 }
 709
 710 /*
 711  * Search for the domain with the least cached items and return it if it
 712  * is out of balance with the preferred domain.
 713  */
 714 static __noinline int
 715 zone_domain_lowest(uma_zone_t zone, int pref)
 716 {
 717         long least, nitems, prefitems;
 718         int domain;
 719         int i;
 720
 721         prefitems = least = LONG_MAX;
 722         domain = 0;
 723         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 724                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 725                 if (nitems < least) {
 726                         domain = i;
 727                         least = nitems;
 728                 }
 729                 if (domain == pref)
 730                         prefitems = nitems;
 731         }
 732         if (prefitems < least * 2)
 733                 return (pref);
 734
 735         return (domain);
 736 }
 737
 738 /*
 739  * Search for the domain with the most cached items and return it or the
 740  * preferred domain if it has enough to proceed.
 741  */
 742 static __noinline int
 743 zone_domain_highest(uma_zone_t zone, int pref)
 744 {
 745         long most, nitems;
 746         int domain;
 747         int i;
 748
 749         if (ZDOM_GET(zone, pref)->uzd_nitems > BUCKET_MAX)
 750                 return (pref);
 751
 752         most = 0;
 753         domain = 0;
 754         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 755                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 756                 if (nitems > most) {
 757                         domain = i;
 758                         most = nitems;
 759                 }
 760         }
 761
 762         return (domain);
 763 }
 764
 765 /*
 766  * Set the maximum imax value.
 767  */
 768 static void
 769 zone_domain_imax_set(uma_zone_domain_t zdom, int nitems)
 770 {
 771         long old;
 772
 773         old = zdom->uzd_imax;
 774         do {
 775                 if (old >= nitems)
 776                         return;
 777         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, nitems) == 0);
 778
 779         /*
 780          * We are at new maximum, so do the last WSS update for the old
 781          * bimin and prepare to measure next allocation batch.
 782          */
 783         if (zdom->uzd_wss < old - zdom->uzd_bimin)
 784                 zdom->uzd_wss = old - zdom->uzd_bimin;
 785         zdom->uzd_bimin = nitems;
 786 }
 787
 788 /*
 789  * Attempt to satisfy an allocation by retrieving a full bucket from one of the
 790  * zone's caches.  If a bucket is found the zone is not locked on return.
 791  */
 792 static uma_bucket_t
 793 zone_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, bool reclaim)
 794 {
 795         uma_bucket_t bucket;
 796         long cnt;
 797         int i;
 798         bool dtor = false;
 799
 800         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
 801
 802         if ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) == NULL)
 803                 return (NULL);
 804
 805         /* SMR Buckets can not be re-used until readers expire. */
 806         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 807             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
 808                 if (!smr_poll(zone->uz_smr, bucket->ub_seq, false))
 809                         return (NULL);
 810                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 811                 dtor = (zone->uz_dtor != NULL) || UMA_ALWAYS_CTORDTOR;
 812                 if (STAILQ_NEXT(bucket, ub_link) != NULL)
 813                         zdom->uzd_seq = STAILQ_NEXT(bucket, ub_link)->ub_seq;
 814         }
 815         STAILQ_REMOVE_HEAD(&zdom->uzd_buckets, ub_link);
 816
 817         KASSERT(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt,
 818             ("%s: item count underflow (%ld, %d)",
 819             __func__, zdom->uzd_nitems, bucket->ub_cnt));
 820         KASSERT(bucket->ub_cnt > 0,
 821             ("%s: empty bucket in bucket cache", __func__));
 822         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 823
 824         if (reclaim) {
 825                 /*
 826                  * Shift the bounds of the current WSS interval to avoid
 827                  * perturbing the estimates.
 828                  */
 829                 cnt = lmin(zdom->uzd_bimin, bucket->ub_cnt);
 830                 atomic_subtract_long(&zdom->uzd_imax, cnt);
 831                 zdom->uzd_bimin -= cnt;
 832                 zdom->uzd_imin -= lmin(zdom->uzd_imin, bucket->ub_cnt);
 833                 if (zdom->uzd_limin >= bucket->ub_cnt) {
 834                         zdom->uzd_limin -= bucket->ub_cnt;
 835                 } else {
 836                         zdom->uzd_limin = 0;
 837                         zdom->uzd_timin = 0;
 838                 }
 839         } else if (zdom->uzd_bimin > zdom->uzd_nitems) {
 840                 zdom->uzd_bimin = zdom->uzd_nitems;
 841                 if (zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 842                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 843         }
 844
 845         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 846         if (dtor)
 847                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 848                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
 849                             NULL, SKIP_NONE);
 850
 851         return (bucket);
 852 }
 853
 854 /*
 855  * Insert a full bucket into the specified cache.  The "ws" parameter indicates
 856  * whether the bucket's contents should be counted as part of the zone's working
 857  * set.  The bucket may be freed if it exceeds the bucket limit.
 858  */
 859 static void
 860 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, int domain, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 861     const bool ws)
 862 {
 863         uma_zone_domain_t zdom;
 864
 865         /* We don't cache empty buckets.  This can happen after a reclaim. */
 866         if (bucket->ub_cnt == 0)
 867                 goto out;
 868         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 869
 870         /*
 871          * Conditionally set the maximum number of items.
 872          */
 873         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 874         if (__predict_true(zdom->uzd_nitems < zone->uz_bucket_max)) {
 875                 if (ws) {
 876                         zone_domain_imax_set(zdom, zdom->uzd_nitems);
 877                 } else {
 878                         /*
 879                          * Shift the bounds of the current WSS interval to
 880                          * avoid perturbing the estimates.
 881                          */
 882                         atomic_add_long(&zdom->uzd_imax, bucket->ub_cnt);
 883                         zdom->uzd_imin += bucket->ub_cnt;
 884                         zdom->uzd_bimin += bucket->ub_cnt;
 885                         zdom->uzd_limin += bucket->ub_cnt;
 886                 }
 887                 if (STAILQ_EMPTY(&zdom->uzd_buckets))
 888                         zdom->uzd_seq = bucket->ub_seq;
 889
 890                 /*
 891                  * Try to promote reuse of recently used items.  For items
 892                  * protected by SMR, try to defer reuse to minimize polling.
 893                  */
 894                 if (bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID)
 895                         STAILQ_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 896                 else
 897                         STAILQ_INSERT_TAIL(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 898                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
 899                 return;
 900         }
 901         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 902         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 903 out:
 904         bucket_free(zone, bucket, udata);
 905 }
 906
 907 /* Pops an item out of a per-cpu cache bucket. */
 908 static inline void *
 909 cache_bucket_pop(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket)
 910 {
 911         void *item;
 912
 913         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 914
 915         bucket->ucb_cnt--;
 916         item = bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt];
 917 #ifdef INVARIANTS
 918         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = NULL;
 919         KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
 920 #endif
 921         cache->uc_allocs++;
 922
 923         return (item);
 924 }
 925
 926 /* Pushes an item into a per-cpu cache bucket. */
 927 static inline void
 928 cache_bucket_push(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket, void *item)
 929 {
 930
 931         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 932         KASSERT(bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] == NULL,
 933             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
 934
 935         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = item;
 936         bucket->ucb_cnt++;
 937         cache->uc_frees++;
 938 }
 939
 940 /*
 941  * Unload a UMA bucket from a per-cpu cache.
 942  */
 943 static inline uma_bucket_t
 944 cache_bucket_unload(uma_cache_bucket_t bucket)
 945 {
 946         uma_bucket_t b;
 947
 948         b = bucket->ucb_bucket;
 949         if (b != NULL) {
 950                 MPASS(b->ub_entries == bucket->ucb_entries);
 951                 b->ub_cnt = bucket->ucb_cnt;
 952                 bucket->ucb_bucket = NULL;
 953                 bucket->ucb_entries = bucket->ucb_cnt = 0;
 954         }
 955
 956         return (b);
 957 }
 958
 959 static inline uma_bucket_t
 960 cache_bucket_unload_alloc(uma_cache_t cache)
 961 {
 962
 963         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_allocbucket));
 964 }
 965
 966 static inline uma_bucket_t
 967 cache_bucket_unload_free(uma_cache_t cache)
 968 {
 969
 970         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_freebucket));
 971 }
 972
 973 static inline uma_bucket_t
 974 cache_bucket_unload_cross(uma_cache_t cache)
 975 {
 976
 977         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_crossbucket));
 978 }
 979
 980 /*
 981  * Load a bucket into a per-cpu cache bucket.
 982  */
 983 static inline void
 984 cache_bucket_load(uma_cache_bucket_t bucket, uma_bucket_t b)
 985 {
 986
 987         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 988         MPASS(bucket->ucb_bucket == NULL);
 989         MPASS(b->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID);
 990
 991         bucket->ucb_bucket = b;
 992         bucket->ucb_cnt = b->ub_cnt;
 993         bucket->ucb_entries = b->ub_entries;
 994 }
 995
 996 static inline void
 997 cache_bucket_load_alloc(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 998 {
 999
1000         cache_bucket_load(&cache->uc_allocbucket, b);
1001 }
1002
1003 static inline void
1004 cache_bucket_load_free(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
1005 {
1006
1007         cache_bucket_load(&cache->uc_freebucket, b);
1008 }
1009
1010 #ifdef NUMA
1011 static inline void
1012 cache_bucket_load_cross(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
1013 {
1014
1015         cache_bucket_load(&cache->uc_crossbucket, b);
1016 }
1017 #endif
1018
1019 /*
1020  * Copy and preserve ucb_spare.
1021  */
1022 static inline void
1023 cache_bucket_copy(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
1024 {
1025
1026         b1->ucb_bucket = b2->ucb_bucket;
1027         b1->ucb_entries = b2->ucb_entries;
1028         b1->ucb_cnt = b2->ucb_cnt;
1029 }
1030
1031 /*
1032  * Swap two cache buckets.
1033  */
1034 static inline void
1035 cache_bucket_swap(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
1036 {
1037         struct uma_cache_bucket b3;
1038
1039         CRITICAL_ASSERT(curthread);
1040
1041         cache_bucket_copy(&b3, b1);
1042         cache_bucket_copy(b1, b2);
1043         cache_bucket_copy(b2, &b3);
1044 }
1045
1046 /*
1047  * Attempt to fetch a bucket from a zone on behalf of the current cpu cache.
1048  */
1049 static uma_bucket_t
1050 cache_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, int domain)
1051 {
1052         uma_zone_domain_t zdom;
1053         uma_bucket_t bucket;
1054         smr_seq_t seq;
1055
1056         /*
1057          * Avoid the lock if possible.
1058          */
1059         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
1060         if (zdom->uzd_nitems == 0)
1061                 return (NULL);
1062
1063         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1064             (seq = atomic_load_32(&zdom->uzd_seq)) != SMR_SEQ_INVALID &&
1065             !smr_poll(zone->uz_smr, seq, false))
1066                 return (NULL);
1067
1068         /*
1069          * Check the zone's cache of buckets.
1070          */
1071         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
1072         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL)
1073                 return (bucket);
1074         ZDOM_UNLOCK(zdom);
1075
1076         return (NULL);
1077 }
1078
1079 static void
1080 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
1081 {
1082         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
1083
1084         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
1085                 return;
1086
1087         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
1088                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
1089 }
1090
1091 static inline void
1092 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
1093 {
1094
1095         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
1096                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
1097 }
1098
1099 /*
1100  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
1101  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
1102  *
1103  * Arguments:
1104  *      arg   Unused
1105  *
1106  * Returns:
1107  *      Nothing
1108  */
1109 static void
1110 uma_timeout(void *context __unused, int pending __unused)
1111 {
1112         bucket_enable();
1113         zone_foreach(zone_timeout, NULL);
1114
1115         /* Reschedule this event */
1116         taskqueue_enqueue_timeout(taskqueue_thread, &uma_timeout_task,
1117             UMA_TIMEOUT * hz);
1118 }
1119
1120 /*
1121  * Update the working set size estimates for the zone's bucket cache.
1122  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.
1123  */
1124 static void
1125 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
1126 {
1127         long m;
1128
1129         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
1130         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_nitems);
1131         MPASS(zdom->uzd_nitems >= zdom->uzd_bimin);
1132         MPASS(zdom->uzd_bimin >= zdom->uzd_imin);
1133
1134         /*
1135          * Estimate WSS as modified moving average of biggest allocation
1136          * batches for each period over few minutes (UMA_TIMEOUT of 20s).
1137          */
1138         zdom->uzd_wss = lmax(zdom->uzd_wss * 3 / 4,
1139             zdom->uzd_imax - zdom->uzd_bimin);
1140
1141         /*
1142          * Estimate longtime minimum item count as a combination of recent
1143          * minimum item count, adjusted by WSS for safety, and the modified
1144          * moving average over the last several hours (UMA_TIMEOUT of 20s).
1145          * timin measures time since limin tried to go negative, that means
1146          * we were dangerously close to or got out of cache.
1147          */
1148         m = zdom->uzd_imin - zdom->uzd_wss;
1149         if (m >= 0) {
1150                 if (zdom->uzd_limin >= m)
1151                         zdom->uzd_limin = m;
1152                 else
1153                         zdom->uzd_limin = (m + zdom->uzd_limin * 255) / 256;
1154                 zdom->uzd_timin++;
1155         } else {
1156                 zdom->uzd_limin = 0;
1157                 zdom->uzd_timin = 0;
1158         }
1159
1160         /* To reduce period edge effects on WSS keep half of the imax. */
1161         atomic_subtract_long(&zdom->uzd_imax,
1162             (zdom->uzd_imax - zdom->uzd_nitems + 1) / 2);
1163         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_bimin = zdom->uzd_nitems;
1164 }
1165
1166 /*
1167  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
1168  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
1169  *
1170  *  Returns nothing.
1171  */
1172 static void
1173 zone_timeout(uma_zone_t zone, void *unused)
1174 {
1175         uma_keg_t keg;
1176         u_int slabs, pages;
1177
1178         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
1179                 goto trim;
1180
1181         keg = zone->uz_keg;
1182
1183         /*
1184          * Hash zones are non-numa by definition so the first domain
1185          * is the only one present.
1186          */
1187         KEG_LOCK(keg, 0);
1188         pages = keg->uk_domain[0].ud_pages;
1189
1190         /*
1191          * Expand the keg hash table.
1192          *
1193          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
1194          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
1195          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
1196          */
1197         if ((slabs = pages / keg->uk_ppera) > keg->uk_hash.uh_hashsize) {
1198                 struct uma_hash newhash;
1199                 struct uma_hash oldhash;
1200                 int ret;
1201
1202                 /*
1203                  * This is so involved because allocating and freeing
1204                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
1205                  * I have to do everything in stages and check for
1206                  * races.
1207                  */
1208                 KEG_UNLOCK(keg, 0);
1209                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
1210                 KEG_LOCK(keg, 0);
1211                 if (ret) {
1212                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
1213                                 oldhash = keg->uk_hash;
1214                                 keg->uk_hash = newhash;
1215                         } else
1216                                 oldhash = newhash;
1217
1218                         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1219                         hash_free(&oldhash);
1220                         goto trim;
1221                 }
1222         }
1223         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1224
1225 trim:
1226         /* Trim caches not used for a long time. */
1227         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_UNMANAGED) == 0) {
1228                 for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
1229                         if (bucket_cache_reclaim_domain(zone, false, false, i) &&
1230                             (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1231                                 keg_drain(zone->uz_keg, i);
1232                 }
1233         }
1234 }
1235
1236 /*
1237  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
1238  * backing store.
1239  *
1240  * Arguments:
1241  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
1242  *
1243  * Returns:
1244  *      1 on success and 0 on failure.
1245  */
1246 static int
1247 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
1248 {
1249         size_t alloc;
1250
1251         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
1252         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
1253                 hash->uh_hashsize = size;
1254                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
1255                 hash->uh_slab_hash = malloc(alloc, M_UMAHASH, M_NOWAIT);
1256         } else {
1257                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
1258                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
1259                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
1260                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
1261         }
1262         if (hash->uh_slab_hash) {
1263                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
1264                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
1265                 return (1);
1266         }
1267
1268         return (0);
1269 }
1270
1271 /*
1272  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
1273  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
1274  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
1275  *
1276  * Arguments:
1277  *      oldhash  The hash you want to expand
1278  *      newhash  The hash structure for the new table
1279  *
1280  * Returns:
1281  *      Nothing
1282  *
1283  * Discussion:
1284  */
1285 static int
1286 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
1287 {
1288         uma_hash_slab_t slab;
1289         u_int hval;
1290         u_int idx;
1291
1292         if (!newhash->uh_slab_hash)
1293                 return (0);
1294
1295         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
1296                 return (0);
1297
1298         /*
1299          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
1300          * full rehash.
1301          */
1302
1303         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
1304                 while (!LIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
1305                         slab = LIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
1306                         LIST_REMOVE(slab, uhs_hlink);
1307                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->uhs_data);
1308                         LIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
1309                             slab, uhs_hlink);
1310                 }
1311
1312         return (1);
1313 }
1314
1315 /*
1316  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
1317  *
1318  * Arguments:
1319  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
1320  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
1321  *
1322  * Returns:
1323  *      Nothing
1324  */
1325 static void
1326 hash_free(struct uma_hash *hash)
1327 {
1328         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
1329                 return;
1330         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
1331                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
1332         else
1333                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Frees all outstanding items in a bucket
1338  *
1339  * Arguments:
1340  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
1341  *      bucket The free/alloc bucket with items.
1342  *
1343  * Returns:
1344  *      Nothing
1345  */
1346 static void
1347 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
1348 {
1349         int i;
1350
1351         if (bucket->ub_cnt == 0)
1352                 return;
1353
1354         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1355             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
1356                 smr_wait(zone->uz_smr, bucket->ub_seq);
1357                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
1358                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1359                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i],
1360                             zone->uz_size, NULL, SKIP_NONE);
1361         }
1362         if (zone->uz_fini)
1363                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) {
1364                         kasan_mark_item_valid(zone, bucket->ub_bucket[i]);
1365                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
1366                         kasan_mark_item_invalid(zone, bucket->ub_bucket[i]);
1367                 }
1368         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
1369         if (zone->uz_max_items > 0)
1370                 zone_free_limit(zone, bucket->ub_cnt);
1371 #ifdef INVARIANTS
1372         bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * bucket->ub_cnt);
1373 #endif
1374         bucket->ub_cnt = 0;
1375 }
1376
1377 /*
1378  * Drains the per cpu caches for a zone.
1379  *
1380  * NOTE: This may only be called while the zone is being torn down, and not
1381  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
1382  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
1383  *
1384  * Arguments:
1385  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
1386  *
1387  * Returns:
1388  *      Nothing
1389  */
1390 static void
1391 cache_drain(uma_zone_t zone)
1392 {
1393         uma_cache_t cache;
1394         uma_bucket_t bucket;
1395         smr_seq_t seq;
1396         int cpu;
1397
1398         /*
1399          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
1400          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
1401          * of the caches at this point.
1402          *
1403          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
1404          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
1405          */
1406         seq = SMR_SEQ_INVALID;
1407         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
1408                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
1409         CPU_FOREACH(cpu) {
1410                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1411                 bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1412                 if (bucket != NULL)
1413                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1414                 bucket = cache_bucket_unload_free(cache);
1415                 if (bucket != NULL) {
1416                         bucket->ub_seq = seq;
1417                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1418                 }
1419                 bucket = cache_bucket_unload_cross(cache);
1420                 if (bucket != NULL) {
1421                         bucket->ub_seq = seq;
1422                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1423                 }
1424         }
1425         bucket_cache_reclaim(zone, true, UMA_ANYDOMAIN);
1426 }
1427
1428 static void
1429 cache_shrink(uma_zone_t zone, void *unused)
1430 {
1431
1432         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1433                 return;
1434
1435         ZONE_LOCK(zone);
1436         zone->uz_bucket_size =
1437             (zone->uz_bucket_size_min + zone->uz_bucket_size) / 2;
1438         ZONE_UNLOCK(zone);
1439 }
1440
1441 static void
1442 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone, void *unused)
1443 {
1444         uma_cache_t cache;
1445         uma_bucket_t b1, b2, b3;
1446         int domain;
1447
1448         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1449                 return;
1450
1451         b1 = b2 = b3 = NULL;
1452         critical_enter();
1453         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
1454         domain = PCPU_GET(domain);
1455         b1 = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1456
1457         /*
1458          * Don't flush SMR zone buckets.  This leaves the zone without a
1459          * bucket and forces every free to synchronize().
1460          */
1461         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0) {
1462                 b2 = cache_bucket_unload_free(cache);
1463                 b3 = cache_bucket_unload_cross(cache);
1464         }
1465         critical_exit();
1466
1467         if (b1 != NULL)
1468                 zone_free_bucket(zone, b1, NULL, domain, false);
1469         if (b2 != NULL)
1470                 zone_free_bucket(zone, b2, NULL, domain, false);
1471         if (b3 != NULL) {
1472                 /* Adjust the domain so it goes to zone_free_cross. */
1473                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
1474                 zone_free_bucket(zone, b3, NULL, domain, false);
1475         }
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
1480  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
1481  * one by one and enter a critical section on each of them in order
1482  * to safely access their cache buckets.
1483  * Zone lock must not be held on call this function.
1484  */
1485 static void
1486 pcpu_cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
1487 {
1488         int cpu;
1489
1490         /*
1491          * Polite bucket sizes shrinking was not enough, shrink aggressively.
1492          */
1493         if (zone)
1494                 cache_shrink(zone, NULL);
1495         else
1496                 zone_foreach(cache_shrink, NULL);
1497
1498         CPU_FOREACH(cpu) {
1499                 thread_lock(curthread);
1500                 sched_bind(curthread, cpu);
1501                 thread_unlock(curthread);
1502
1503                 if (zone)
1504                         cache_drain_safe_cpu(zone, NULL);
1505                 else
1506                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu, NULL);
1507         }
1508         thread_lock(curthread);
1509         sched_unbind(curthread);
1510         thread_unlock(curthread);
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Reclaim cached buckets from a zone.  All buckets are reclaimed if the caller
1515  * requested a drain, otherwise the per-domain caches are trimmed to either
1516  * estimated working set size.
1517  */
1518 static bool
1519 bucket_cache_reclaim_domain(uma_zone_t zone, bool drain, bool trim, int domain)
1520 {
1521         uma_zone_domain_t zdom;
1522         uma_bucket_t bucket;
1523         long target;
1524         bool done = false;
1525
1526         /*
1527          * The cross bucket is partially filled and not part of
1528          * the item count.  Reclaim it individually here.
1529          */
1530         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
1531         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 || drain) {
1532                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
1533                 bucket = zdom->uzd_cross;
1534                 zdom->uzd_cross = NULL;
1535                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
1536                 if (bucket != NULL)
1537                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1538         }
1539
1540         /*
1541          * If we were asked to drain the zone, we are done only once
1542          * this bucket cache is empty.  If trim, we reclaim items in
1543          * excess of the zone's estimated working set size.  Multiple
1544          * consecutive calls will shrink the WSS and so reclaim more.
1545          * If neither drain nor trim, then voluntarily reclaim 1/4
1546          * (to reduce first spike) of items not used for a long time.
1547          */
1548         ZDOM_LOCK(zdom);
1549         zone_domain_update_wss(zdom);
1550         if (drain)
1551                 target = 0;
1552         else if (trim)
1553                 target = zdom->uzd_wss;
1554         else if (zdom->uzd_timin > 900 / UMA_TIMEOUT)
1555                 target = zdom->uzd_nitems - zdom->uzd_limin / 4;
1556         else {
1557                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
1558                 return (done);
1559         }
1560         while ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL &&
1561             zdom->uzd_nitems >= target + bucket->ub_cnt) {
1562                 bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, true);
1563                 if (bucket == NULL)
1564                         break;
1565                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
1566                 done = true;
1567                 ZDOM_LOCK(zdom);
1568         }
1569         ZDOM_UNLOCK(zdom);
1570         return (done);
1571 }
1572
1573 static void
1574 bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool drain, int domain)
1575 {
1576         int i;
1577
1578         /*
1579          * Shrink the zone bucket size to ensure that the per-CPU caches
1580          * don't grow too large.
1581          */
1582         if (zone->uz_bucket_size > zone->uz_bucket_size_min)
1583                 zone->uz_bucket_size--;
1584
1585         if (domain != UMA_ANYDOMAIN &&
1586             (zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) == 0) {
1587                 bucket_cache_reclaim_domain(zone, drain, true, domain);
1588         } else {
1589                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1590                         bucket_cache_reclaim_domain(zone, drain, true, i);
1591         }
1592 }
1593
1594 static void
1595 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
1596 {
1597         uint8_t *mem;
1598         size_t size;
1599         int i;
1600         uint8_t flags;
1601
1602         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
1603             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1604
1605         mem = slab_data(slab, keg);
1606         size = PAGE_SIZE * keg->uk_ppera;
1607
1608         kasan_mark_slab_valid(keg, mem);
1609         if (keg->uk_fini != NULL) {
1610                 for (i = start - 1; i > -1; i--)
1611 #ifdef INVARIANTS
1612                 /*
1613                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
1614                  * would check that memory hasn't been modified since free,
1615                  * which executed trash_dtor.
1616                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
1617                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
1618                  * invocations.
1619                  */
1620                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab_item(slab, keg, i)) ||
1621                     keg->uk_fini != trash_fini)
1622 #endif
1623                         keg->uk_fini(slab_item(slab, keg, i), keg->uk_size);
1624         }
1625         flags = slab->us_flags;
1626         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1627                 zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers), slab_tohashslab(slab),
1628                     NULL, SKIP_NONE);
1629         }
1630         keg->uk_freef(mem, size, flags);
1631         uma_total_dec(size);
1632 }
1633
1634 static void
1635 keg_drain_domain(uma_keg_t keg, int domain)
1636 {
1637         struct slabhead freeslabs;
1638         uma_domain_t dom;
1639         uma_slab_t slab, tmp;
1640         uint32_t i, stofree, stokeep, partial;
1641
1642         dom = &keg->uk_domain[domain];
1643         LIST_INIT(&freeslabs);
1644
1645         CTR4(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) domain %d free items: %u",
1646             keg->uk_name, keg, domain, dom->ud_free_items);
1647
1648         KEG_LOCK(keg, domain);
1649
1650         /*
1651          * Are the free items in partially allocated slabs sufficient to meet
1652          * the reserve? If not, compute the number of fully free slabs that must
1653          * be kept.
1654          */
1655         partial = dom->ud_free_items - dom->ud_free_slabs * keg->uk_ipers;
1656         if (partial < keg->uk_reserve) {
1657                 stokeep = min(dom->ud_free_slabs,
1658                     howmany(keg->uk_reserve - partial, keg->uk_ipers));
1659         } else {
1660                 stokeep = 0;
1661         }
1662         stofree = dom->ud_free_slabs - stokeep;
1663
1664         /*
1665          * Partition the free slabs into two sets: those that must be kept in
1666          * order to maintain the reserve, and those that may be released back to
1667          * the system.  Since one set may be much larger than the other,
1668          * populate the smaller of the two sets and swap them if necessary.
1669          */
1670         for (i = min(stofree, stokeep); i > 0; i--) {
1671                 slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
1672                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1673                 LIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_link);
1674         }
1675         if (stofree > stokeep)
1676                 LIST_SWAP(&freeslabs, &dom->ud_free_slab, uma_slab, us_link);
1677
1678         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0) {
1679                 LIST_FOREACH(slab, &freeslabs, us_link)
1680                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab);
1681         }
1682         dom->ud_free_items -= stofree * keg->uk_ipers;
1683         dom->ud_free_slabs -= stofree;
1684         dom->ud_pages -= stofree * keg->uk_ppera;
1685         KEG_UNLOCK(keg, domain);
1686
1687         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &freeslabs, us_link, tmp)
1688                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1689 }
1690
1691 /*
1692  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
1693  * the pageout daemon.
1694  *
1695  * Returns nothing.
1696  */
1697 static void
1698 keg_drain(uma_keg_t keg, int domain)
1699 {
1700         int i;
1701
1702         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE) != 0)
1703                 return;
1704         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
1705                 keg_drain_domain(keg, domain);
1706         } else {
1707                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1708                         keg_drain_domain(keg, i);
1709         }
1710 }
1711
1712 static void
1713 zone_reclaim(uma_zone_t zone, int domain, int waitok, bool drain)
1714 {
1715         /*
1716          * Count active reclaim operations in order to interlock with
1717          * zone_dtor(), which removes the zone from global lists before
1718          * attempting to reclaim items itself.
1719          *
1720          * The zone may be destroyed while sleeping, so only zone_dtor() should
1721          * specify M_WAITOK.
1722          */
1723         ZONE_LOCK(zone);
1724         if (waitok == M_WAITOK) {
1725                 while (zone->uz_reclaimers > 0)
1726                         msleep(zone, ZONE_LOCKPTR(zone), PVM, "zonedrain", 1);
1727         }
1728         zone->uz_reclaimers++;
1729         ZONE_UNLOCK(zone);
1730         bucket_cache_reclaim(zone, drain, domain);
1731
1732         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1733                 keg_drain(zone->uz_keg, domain);
1734         ZONE_LOCK(zone);
1735         zone->uz_reclaimers--;
1736         if (zone->uz_reclaimers == 0)
1737                 wakeup(zone);
1738         ZONE_UNLOCK(zone);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Allocate a new slab for a keg and inserts it into the partial slab list.
1743  * The keg should be unlocked on entry.  If the allocation succeeds it will
1744  * be locked on return.
1745  *
1746  * Arguments:
1747  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1748  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1749  *
1750  * Returns:
1751  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1752  *      caller specified M_NOWAIT.
1753  */
1754 static uma_slab_t
1755 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1756     int aflags)
1757 {
1758         uma_domain_t dom;
1759         uma_slab_t slab;
1760         unsigned long size;
1761         uint8_t *mem;
1762         uint8_t sflags;
1763         int i;
1764
1765         TSENTER();
1766
1767         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1768             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1769
1770         slab = NULL;
1771         mem = NULL;
1772         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1773                 uma_hash_slab_t hslab;
1774                 hslab = zone_alloc_item(slabzone(keg->uk_ipers), NULL,
1775                     domain, aflags);
1776                 if (hslab == NULL)
1777                         goto fail;
1778                 slab = &hslab->uhs_slab;
1779         }
1780
1781         /*
1782          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1783          * first time they are added to a zone.
1784          *
1785          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1786          */
1787
1788         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1789                 aflags |= M_ZERO;
1790         else
1791                 aflags &= ~M_ZERO;
1792
1793         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1794                 aflags |= M_NODUMP;
1795
1796         /* zone is passed for legacy reasons. */
1797         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1798         mem = keg->uk_allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1799         if (mem == NULL) {
1800                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1801                         zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers),
1802                             slab_tohashslab(slab), NULL, SKIP_NONE);
1803                 goto fail;
1804         }
1805         uma_total_inc(size);
1806
1807         /* For HASH zones all pages go to the same uma_domain. */
1808         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
1809                 domain = 0;
1810
1811         kmsan_mark(mem, size,
1812             (aflags & M_ZERO) != 0 ? KMSAN_STATE_INITED : KMSAN_STATE_UNINIT);
1813
1814         /* Point the slab into the allocated memory */
1815         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE))
1816                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
1817         else
1818                 slab_tohashslab(slab)->uhs_data = mem;
1819
1820         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
1821                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1822                         vsetzoneslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
1823                             zone, slab);
1824
1825         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1826         slab->us_flags = sflags;
1827         slab->us_domain = domain;
1828
1829         BIT_FILL(keg->uk_ipers, &slab->us_free);
1830 #ifdef INVARIANTS
1831         BIT_ZERO(keg->uk_ipers, slab_dbg_bits(slab, keg));
1832 #endif
1833
1834         if (keg->uk_init != NULL) {
1835                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1836                         if (keg->uk_init(slab_item(slab, keg, i),
1837                             keg->uk_size, flags) != 0)
1838                                 break;
1839                 if (i != keg->uk_ipers) {
1840                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1841                         goto fail;
1842                 }
1843         }
1844         kasan_mark_slab_invalid(keg, mem);
1845         KEG_LOCK(keg, domain);
1846
1847         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1848             slab, keg->uk_name, keg);
1849
1850         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
1851                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1852
1853         /*
1854          * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
1855          * and return.  We assume that the caller is going to remove
1856          * at least one item.
1857          */
1858         dom = &keg->uk_domain[domain];
1859         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
1860         dom->ud_pages += keg->uk_ppera;
1861         dom->ud_free_items += keg->uk_ipers;
1862
1863         TSEXIT();
1864         return (slab);
1865
1866 fail:
1867         return (NULL);
1868 }
1869
1870 /*
1871  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc().  It
1872  * performs contiguous physical memory allocations and uses a bump allocator for
1873  * KVA, so is usable before the kernel map is initialized.
1874  */
1875 static void *
1876 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1877     int wait)
1878 {
1879         vm_paddr_t pa;
1880         vm_page_t m;
1881         int i, pages;
1882
1883         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1884         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1885
1886         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1887         m = vm_page_alloc_noobj_contig_domain(domain, malloc2vm_flags(wait) |
1888             VM_ALLOC_WIRED, pages, (vm_paddr_t)0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0,
1889             VM_MEMATTR_DEFAULT);
1890         if (m == NULL)
1891                 return (NULL);
1892
1893         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1894         for (i = 0; i < pages; i++, pa += PAGE_SIZE) {
1895 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || \
1896     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1897                 if ((wait & M_NODUMP) == 0)
1898                         dump_add_page(pa);
1899 #endif
1900         }
1901
1902         /* Allocate KVA and indirectly advance bootmem. */
1903         return ((void *)pmap_map(&bootmem, m->phys_addr,
1904             m->phys_addr + (pages * PAGE_SIZE), VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE));
1905 }
1906
1907 static void
1908 startup_free(void *mem, vm_size_t bytes)
1909 {
1910         vm_offset_t va;
1911         vm_page_t m;
1912
1913         va = (vm_offset_t)mem;
1914         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
1915
1916         /*
1917          * startup_alloc() returns direct-mapped slabs on some platforms.  Avoid
1918          * unmapping ranges of the direct map.
1919          */
1920         if (va >= bootstart && va + bytes <= bootmem)
1921                 pmap_remove(kernel_pmap, va, va + bytes);
1922         for (; bytes != 0; bytes -= PAGE_SIZE, m++) {
1923 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || \
1924     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1925                 dump_drop_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1926 #endif
1927                 vm_page_unwire_noq(m);
1928                 vm_page_free(m);
1929         }
1930 }
1931
1932 /*
1933  * Allocates a number of pages from the system
1934  *
1935  * Arguments:
1936  *      bytes  The number of bytes requested
1937  *      wait  Shall we wait?
1938  *
1939  * Returns:
1940  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1941  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1942  */
1943 static void *
1944 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1945     int wait)
1946 {
1947         void *p;        /* Returned page */
1948
1949         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1950         p = kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1951
1952         return (p);
1953 }
1954
1955 static void *
1956 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1957     int wait)
1958 {
1959         struct pglist alloctail;
1960         vm_offset_t addr, zkva;
1961         int cpu, flags;
1962         vm_page_t p, p_next;
1963 #ifdef NUMA
1964         struct pcpu *pc;
1965 #endif
1966
1967         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1968
1969         TAILQ_INIT(&alloctail);
1970         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | malloc2vm_flags(wait);
1971         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1972         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1973                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1974                         p = vm_page_alloc_noobj(flags);
1975                 } else {
1976 #ifndef NUMA
1977                         p = vm_page_alloc_noobj(flags);
1978 #else
1979                         pc = pcpu_find(cpu);
1980                         if (__predict_false(VM_DOMAIN_EMPTY(pc->pc_domain)))
1981                                 p = NULL;
1982                         else
1983                                 p = vm_page_alloc_noobj_domain(pc->pc_domain,
1984                                     flags);
1985                         if (__predict_false(p == NULL))
1986                                 p = vm_page_alloc_noobj(flags);
1987 #endif
1988                 }
1989                 if (__predict_false(p == NULL))
1990                         goto fail;
1991                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1992         }
1993         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1994                 goto fail;
1995         zkva = addr;
1996         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1997                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1998                 zkva += PAGE_SIZE;
1999         }
2000         return ((void*)addr);
2001 fail:
2002         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
2003                 vm_page_unwire_noq(p);
2004                 vm_page_free(p);
2005         }
2006         return (NULL);
2007 }
2008
2009 /*
2010  * Allocates a number of pages not belonging to a VM object
2011  *
2012  * Arguments:
2013  *      bytes  The number of bytes requested
2014  *      wait   Shall we wait?
2015  *
2016  * Returns:
2017  *      A pointer to the alloced memory or possibly
2018  *      NULL if M_NOWAIT is set.
2019  */
2020 static void *
2021 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
2022     int wait)
2023 {
2024         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
2025         u_long npages;
2026         vm_offset_t retkva, zkva;
2027         vm_page_t p, p_next;
2028         uma_keg_t keg;
2029         int req;
2030
2031         TAILQ_INIT(&alloctail);
2032         keg = zone->uz_keg;
2033         req = VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED;
2034         if ((wait & M_WAITOK) != 0)
2035                 req |= VM_ALLOC_WAITOK;
2036
2037         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
2038         while (npages > 0) {
2039                 p = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, req);
2040                 if (p != NULL) {
2041                         /*
2042                          * Since the page does not belong to an object, its
2043                          * listq is unused.
2044                          */
2045                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
2046                         npages--;
2047                         continue;
2048                 }
2049                 /*
2050                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
2051                  * exit.
2052                  */
2053                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
2054                         vm_page_unwire_noq(p);
2055                         vm_page_free(p);
2056                 }
2057                 return (NULL);
2058         }
2059         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
2060         zkva = keg->uk_kva +
2061             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
2062         retkva = zkva;
2063         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
2064                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
2065                 zkva += PAGE_SIZE;
2066         }
2067
2068         return ((void *)retkva);
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Allocate physically contiguous pages.
2073  */
2074 static void *
2075 contig_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
2076     int wait)
2077 {
2078
2079         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
2080         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
2081             bytes, wait, 0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
2082 }
2083
2084 /*
2085  * Frees a number of pages to the system
2086  *
2087  * Arguments:
2088  *      mem   A pointer to the memory to be freed
2089  *      size  The size of the memory being freed
2090  *      flags The original p->us_flags field
2091  *
2092  * Returns:
2093  *      Nothing
2094  */
2095 static void
2096 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
2097 {
2098
2099         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
2100                 startup_free(mem, size);
2101                 return;
2102         }
2103
2104         KASSERT((flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
2105             ("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags));
2106
2107         kmem_free(mem, size);
2108 }
2109
2110 /*
2111  * Frees pcpu zone allocations
2112  *
2113  * Arguments:
2114  *      mem   A pointer to the memory to be freed
2115  *      size  The size of the memory being freed
2116  *      flags The original p->us_flags field
2117  *
2118  * Returns:
2119  *      Nothing
2120  */
2121 static void
2122 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
2123 {
2124         vm_offset_t sva, curva;
2125         vm_paddr_t paddr;
2126         vm_page_t m;
2127
2128         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
2129
2130         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
2131                 startup_free(mem, size);
2132                 return;
2133         }
2134
2135         sva = (vm_offset_t)mem;
2136         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
2137                 paddr = pmap_kextract(curva);
2138                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
2139                 vm_page_unwire_noq(m);
2140                 vm_page_free(m);
2141         }
2142         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
2143         kva_free(sva, size);
2144 }
2145
2146 /*
2147  * Zero fill initializer
2148  *
2149  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
2150  */
2151 static int
2152 zero_init(void *mem, int size, int flags)
2153 {
2154         bzero(mem, size);
2155         return (0);
2156 }
2157
2158 #ifdef INVARIANTS
2159 static struct noslabbits *
2160 slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
2161 {
2162
2163         return ((void *)((char *)&slab->us_free + BITSET_SIZE(keg->uk_ipers)));
2164 }
2165 #endif
2166
2167 /*
2168  * Actual size of embedded struct slab (!OFFPAGE).
2169  */
2170 static size_t
2171 slab_sizeof(int nitems)
2172 {
2173         size_t s;
2174
2175         s = sizeof(struct uma_slab) + BITSET_SIZE(nitems) * SLAB_BITSETS;
2176         return (roundup(s, UMA_ALIGN_PTR + 1));
2177 }
2178
2179 #define UMA_FIXPT_SHIFT 31
2180 #define UMA_FRAC_FIXPT(n, d)                                            \
2181         ((uint32_t)(((uint64_t)(n) << UMA_FIXPT_SHIFT) / (d)))
2182 #define UMA_FIXPT_PCT(f)                                                \
2183         ((u_int)(((uint64_t)100 * (f)) >> UMA_FIXPT_SHIFT))
2184 #define UMA_PCT_FIXPT(pct)      UMA_FRAC_FIXPT((pct), 100)
2185 #define UMA_MIN_EFF     UMA_PCT_FIXPT(100 - UMA_MAX_WASTE)
2186
2187 /*
2188  * Compute the number of items that will fit in a slab.  If hdr is true, the
2189  * item count may be limited to provide space in the slab for an inline slab
2190  * header.  Otherwise, all slab space will be provided for item storage.
2191  */
2192 static u_int
2193 slab_ipers_hdr(u_int size, u_int rsize, u_int slabsize, bool hdr)
2194 {
2195         u_int ipers;
2196         u_int padpi;
2197
2198         /* The padding between items is not needed after the last item. */
2199         padpi = rsize - size;
2200
2201         if (hdr) {
2202                 /*
2203                  * Start with the maximum item count and remove items until
2204                  * the slab header first alongside the allocatable memory.
2205                  */
2206                 for (ipers = MIN(SLAB_MAX_SETSIZE,
2207                     (slabsize + padpi - slab_sizeof(1)) / rsize);
2208                     ipers > 0 &&
2209                     ipers * rsize - padpi + slab_sizeof(ipers) > slabsize;
2210                     ipers--)
2211                         continue;
2212         } else {
2213                 ipers = MIN((slabsize + padpi) / rsize, SLAB_MAX_SETSIZE);
2214         }
2215
2216         return (ipers);
2217 }
2218
2219 struct keg_layout_result {
2220         u_int format;
2221         u_int slabsize;
2222         u_int ipers;
2223         u_int eff;
2224 };
2225
2226 static void
2227 keg_layout_one(uma_keg_t keg, u_int rsize, u_int slabsize, u_int fmt,
2228     struct keg_layout_result *kl)
2229 {
2230         u_int total;
2231
2232         kl->format = fmt;
2233         kl->slabsize = slabsize;
2234
2235         /* Handle INTERNAL as inline with an extra page. */
2236         if ((fmt & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0) {
2237                 kl->format &= ~UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2238                 kl->slabsize += PAGE_SIZE;
2239         }
2240
2241         kl->ipers = slab_ipers_hdr(keg->uk_size, rsize, kl->slabsize,
2242             (fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0);
2243
2244         /* Account for memory used by an offpage slab header. */
2245         total = kl->slabsize;
2246         if ((fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
2247                 total += slabzone(kl->ipers)->uz_keg->uk_rsize;
2248
2249         kl->eff = UMA_FRAC_FIXPT(kl->ipers * rsize, total);
2250 }
2251
2252 /*
2253  * Determine the format of a uma keg.  This determines where the slab header
2254  * will be placed (inline or offpage) and calculates ipers, rsize, and ppera.
2255  *
2256  * Arguments
2257  *      keg  The zone we should initialize
2258  *
2259  * Returns
2260  *      Nothing
2261  */
2262 static void
2263 keg_layout(uma_keg_t keg)
2264 {
2265         struct keg_layout_result kl = {}, kl_tmp;
2266         u_int fmts[2];
2267         u_int alignsize;
2268         u_int nfmt;
2269         u_int pages;
2270         u_int rsize;
2271         u_int slabsize;
2272         u_int i, j;
2273
2274         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
2275             (keg->uk_size <= UMA_PCPU_ALLOC_SIZE &&
2276              (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) == 0),
2277             ("%s: cannot configure for PCPU: keg=%s, size=%u, flags=0x%b",
2278              __func__, keg->uk_name, keg->uk_size, keg->uk_flags,
2279              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2280         KASSERT((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) == 0 ||
2281             (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0,
2282             ("%s: incompatible flags 0x%b", __func__, keg->uk_flags,
2283              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2284
2285         alignsize = keg->uk_align + 1;
2286 #ifdef KASAN
2287         /*
2288          * ASAN requires that each allocation be aligned to the shadow map
2289          * scale factor.
2290          */
2291         if (alignsize < KASAN_SHADOW_SCALE)
2292                 alignsize = KASAN_SHADOW_SCALE;
2293 #endif
2294
2295         /*
2296          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
2297          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
2298          * allocation bits for we round it up.
2299          */
2300         rsize = MAX(keg->uk_size, UMA_SMALLEST_UNIT);
2301         rsize = roundup2(rsize, alignsize);
2302
2303         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) != 0) {
2304                 /*
2305                  * We want one item to start on every align boundary in a page.
2306                  * To do this we will span pages.  We will also extend the item
2307                  * by the size of align if it is an even multiple of align.
2308                  * Otherwise, it would fall on the same boundary every time.
2309                  */
2310                 if ((rsize & alignsize) == 0)
2311                         rsize += alignsize;
2312                 slabsize = rsize * (PAGE_SIZE / alignsize);
2313                 slabsize = MIN(slabsize, rsize * SLAB_MAX_SETSIZE);
2314                 slabsize = MIN(slabsize, UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE);
2315                 slabsize = round_page(slabsize);
2316         } else {
2317                 /*
2318                  * Start with a slab size of as many pages as it takes to
2319                  * represent a single item.  We will try to fit as many
2320                  * additional items into the slab as possible.
2321                  */
2322                 slabsize = round_page(keg->uk_size);
2323         }
2324
2325         /* Build a list of all of the available formats for this keg. */
2326         nfmt = 0;
2327
2328         /* Evaluate an inline slab layout. */
2329         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0)
2330                 fmts[nfmt++] = 0;
2331
2332         /* TODO: vm_page-embedded slab. */
2333
2334         /*
2335          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
2336          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
2337          * may end up going to the VM for slabs which we do not want
2338          * to do if we're UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
2339          * In those cases, evaluate a pseudo-format called INTERNAL
2340          * which has an inline slab header and one extra page to
2341          * guarantee that it fits.
2342          *
2343          * Otherwise, see if using an OFFPAGE slab will improve our
2344          * efficiency.
2345          */
2346         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) != 0)
2347                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2348         else
2349                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_OFFPAGE;
2350
2351         /*
2352          * Choose a slab size and format which satisfy the minimum efficiency.
2353          * Prefer the smallest slab size that meets the constraints.
2354          *
2355          * Start with a minimum slab size, to accommodate CACHESPREAD.  Then,
2356          * for small items (up to PAGE_SIZE), the iteration increment is one
2357          * page; and for large items, the increment is one item.
2358          */
2359         i = (slabsize + rsize - keg->uk_size) / MAX(PAGE_SIZE, rsize);
2360         KASSERT(i >= 1, ("keg %s(%p) flags=0x%b slabsize=%u, rsize=%u, i=%u",
2361             keg->uk_name, keg, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, slabsize,
2362             rsize, i));
2363         for ( ; ; i++) {
2364                 slabsize = (rsize <= PAGE_SIZE) ? ptoa(i) :
2365                     round_page(rsize * (i - 1) + keg->uk_size);
2366
2367                 for (j = 0; j < nfmt; j++) {
2368                         /* Only if we have no viable format yet. */
2369                         if ((fmts[j] & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0 &&
2370                             kl.ipers > 0)
2371                                 continue;
2372
2373                         keg_layout_one(keg, rsize, slabsize, fmts[j], &kl_tmp);
2374                         if (kl_tmp.eff <= kl.eff)
2375                                 continue;
2376
2377                         kl = kl_tmp;
2378
2379                         CTR6(KTR_UMA, "keg %s layout: format %#x "
2380                             "(ipers %u * rsize %u) / slabsize %#x = %u%% eff",
2381                             keg->uk_name, kl.format, kl.ipers, rsize,
2382                             kl.slabsize, UMA_FIXPT_PCT(kl.eff));
2383
2384                         /* Stop when we reach the minimum efficiency. */
2385                         if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF)
2386                                 break;
2387                 }
2388
2389                 if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF || !multipage_slabs ||
2390                     slabsize >= SLAB_MAX_SETSIZE * rsize ||
2391                     (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_PCPU | UMA_ZONE_CONTIG)) != 0)
2392                         break;
2393         }
2394
2395         pages = atop(kl.slabsize);
2396         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
2397                 pages *= mp_maxid + 1;
2398
2399         keg->uk_rsize = rsize;
2400         keg->uk_ipers = kl.ipers;
2401         keg->uk_ppera = pages;
2402         keg->uk_flags |= kl.format;
2403
2404         /*
2405          * How do we find the slab header if it is offpage or if not all item
2406          * start addresses are in the same page?  We could solve the latter
2407          * case with vaddr alignment, but we don't.
2408          */
2409         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0 ||
2410             (keg->uk_ipers - 1) * rsize >= PAGE_SIZE) {
2411                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOTPAGE) != 0)
2412                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_HASH;
2413                 else
2414                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2415         }
2416
2417         CTR6(KTR_UMA, "%s: keg=%s, flags=%#x, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u",
2418             __func__, keg->uk_name, keg->uk_flags, rsize, keg->uk_ipers,
2419             pages);
2420         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_MAX_SETSIZE,
2421             ("%s: keg=%s, flags=0x%b, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u", __func__,
2422              keg->uk_name, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, rsize,
2423              keg->uk_ipers, pages));
2424 }
2425
2426 /*
2427  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
2428  * the keg onto the global keg list.
2429  *
2430  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2431  *      udata  Actually uma_kctor_args
2432  */
2433 static int
2434 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2435 {
2436         struct uma_kctor_args *arg = udata;
2437         uma_keg_t keg = mem;
2438         uma_zone_t zone;
2439         int i;
2440
2441         bzero(keg, size);
2442         keg->uk_size = arg->size;
2443         keg->uk_init = arg->uminit;
2444         keg->uk_fini = arg->fini;
2445         keg->uk_align = arg->align;
2446         keg->uk_reserve = 0;
2447         keg->uk_flags = arg->flags;
2448
2449         /*
2450          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
2451          * UMA_ZONE_FIRSTTOUCH set will use first-touch instead, in which
2452          * case the iterator is never run.
2453          */
2454         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
2455         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
2456
2457         /*
2458          * The primary zone is passed to us at keg-creation time.
2459          */
2460         zone = arg->zone;
2461         keg->uk_name = zone->uz_name;
2462
2463         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
2464                 keg->uk_init = zero_init;
2465
2466         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2467                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2468
2469 #ifndef SMP
2470         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
2471 #endif
2472
2473         keg_layout(keg);
2474
2475         /*
2476          * Use a first-touch NUMA policy for kegs that pmap_extract() will
2477          * work on.  Use round-robin for everything else.
2478          *
2479          * Zones may override the default by specifying either.
2480          */
2481 #ifdef NUMA
2482         if ((keg->uk_flags &
2483             (UMA_ZONE_ROUNDROBIN | UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_NOTPAGE)) == 0)
2484                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_FIRSTTOUCH;
2485         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2486                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2487 #endif
2488
2489         /*
2490          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
2491          * startup cache until the vm is ready.
2492          */
2493 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2494         if (keg->uk_ppera == 1)
2495                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
2496         else
2497 #endif
2498         if (booted < BOOT_KVA)
2499                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
2500         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2501                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2502         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 && keg->uk_ppera > 1)
2503                 keg->uk_allocf = contig_alloc;
2504         else
2505                 keg->uk_allocf = page_alloc;
2506 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2507         if (keg->uk_ppera == 1)
2508                 keg->uk_freef = uma_small_free;
2509         else
2510 #endif
2511         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2512                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
2513         else
2514                 keg->uk_freef = page_free;
2515
2516         /*
2517          * Initialize keg's locks.
2518          */
2519         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2520                 KEG_LOCK_INIT(keg, i, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2521
2522         /*
2523          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
2524          * figure out where in each page it goes.  See slab_sizeof
2525          * definition.
2526          */
2527         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)) {
2528                 size_t shsize;
2529
2530                 shsize = slab_sizeof(keg->uk_ipers);
2531                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - shsize;
2532                 /*
2533                  * The only way the following is possible is if with our
2534                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
2535                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
2536                  * mathematically possible for all cases, so we make
2537                  * sure here anyway.
2538                  */
2539                 KASSERT(keg->uk_pgoff + shsize <= PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
2540                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
2541                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
2542         }
2543
2544         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
2545                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
2546
2547         CTR3(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p)", keg, zone->uz_name, zone);
2548
2549         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
2550
2551         rw_wlock(&uma_rwlock);
2552         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
2553         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2554         return (0);
2555 }
2556
2557 static void
2558 zone_kva_available(uma_zone_t zone, void *unused)
2559 {
2560         uma_keg_t keg;
2561
2562         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
2563                 return;
2564         KEG_GET(zone, keg);
2565
2566         if (keg->uk_allocf == startup_alloc) {
2567                 /* Switch to the real allocator. */
2568                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2569                         keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2570                 else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 &&
2571                     keg->uk_ppera > 1)
2572                         keg->uk_allocf = contig_alloc;
2573                 else
2574                         keg->uk_allocf = page_alloc;
2575         }
2576 }
2577
2578 static void
2579 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone, void *unused)
2580 {
2581
2582         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2583         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2584         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2585         zone->uz_xdomain = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2586 }
2587
2588 static void
2589 zone_alloc_sysctl(uma_zone_t zone, void *unused)
2590 {
2591         uma_zone_domain_t zdom;
2592         uma_domain_t dom;
2593         uma_keg_t keg;
2594         struct sysctl_oid *oid, *domainoid;
2595         int domains, i, cnt;
2596         static const char *nokeg = "cache zone";
2597         char *c;
2598
2599         /*
2600          * Make a sysctl safe copy of the zone name by removing
2601          * any special characters and handling dups by appending
2602          * an index.
2603          */
2604         if (zone->uz_namecnt != 0) {
2605                 /* Count the number of decimal digits and '_' separator. */
2606                 for (i = 1, cnt = zone->uz_namecnt; cnt != 0; i++)
2607                         cnt /= 10;
2608                 zone->uz_ctlname = malloc(strlen(zone->uz_name) + i + 1,
2609                     M_UMA, M_WAITOK);
2610                 sprintf(zone->uz_ctlname, "%s_%d", zone->uz_name,
2611                     zone->uz_namecnt);
2612         } else
2613                 zone->uz_ctlname = strdup(zone->uz_name, M_UMA);
2614         for (c = zone->uz_ctlname; *c != '\0'; c++)
2615                 if (strchr("./\\ -", *c) != NULL)
2616                         *c = '_';
2617
2618         /*
2619          * Basic parameters at the root.
2620          */
2621         zone->uz_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_vm_uma),
2622             OID_AUTO, zone->uz_ctlname, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2623         oid = zone->uz_oid;
2624         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2625             "size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_size, 0, "Allocation size");
2626         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2627             "flags", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_MPSAFE,
2628             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_flags, "A",
2629             "Allocator configuration flags");
2630         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2631             "bucket_size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size, 0,
2632             "Desired per-cpu cache size");
2633         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2634             "bucket_size_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size_max, 0,
2635             "Maximum allowed per-cpu cache size");
2636
2637         /*
2638          * keg if present.
2639          */
2640         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
2641                 domains = vm_ndomains;
2642         else
2643                 domains = 1;
2644         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2645             "keg", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2646         keg = zone->uz_keg;
2647         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0) {
2648                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2649                     "name", CTLFLAG_RD, keg->uk_name, "Keg name");
2650                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2651                     "rsize", CTLFLAG_RD, &keg->uk_rsize, 0,
2652                     "Real object size with alignment");
2653                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2654                     "ppera", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ppera, 0,
2655                     "pages per-slab allocation");
2656                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2657                     "ipers", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ipers, 0,
2658                     "items available per-slab");
2659                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2660                     "align", CTLFLAG_RD, &keg->uk_align, 0,
2661                     "item alignment mask");
2662                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2663                     "reserve", CTLFLAG_RD, &keg->uk_reserve, 0,
2664                     "number of reserved items");
2665                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2666                     "efficiency", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2667                     keg, 0, sysctl_handle_uma_slab_efficiency, "I",
2668                     "Slab utilization (100 - internal fragmentation %)");
2669                 domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid),
2670                     OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2671                 for (i = 0; i < domains; i++) {
2672                         dom = &keg->uk_domain[i];
2673                         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2674                             OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2675                             CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2676                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2677                             "pages", CTLFLAG_RD, &dom->ud_pages, 0,
2678                             "Total pages currently allocated from VM");
2679                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2680                             "free_items", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_items, 0,
2681                             "Items free in the slab layer");
2682                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2683                             "free_slabs", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_slabs, 0,
2684                             "Unused slabs");
2685                 }
2686         } else
2687                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2688                     "name", CTLFLAG_RD, nokeg, "Keg name");
2689
2690         /*
2691          * Information about zone limits.
2692          */
2693         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2694             "limit", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2695         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2696             "items", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2697             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_items, "QU",
2698             "Current number of allocated items if limit is set");
2699         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2700             "max_items", CTLFLAG_RD, &zone->uz_max_items, 0,
2701             "Maximum number of allocated and cached items");
2702         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2703             "sleepers", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleepers, 0,
2704             "Number of threads sleeping at limit");
2705         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2706             "sleeps", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleeps, 0,
2707             "Total zone limit sleeps");
2708         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2709             "bucket_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_max, 0,
2710             "Maximum number of items in each domain's bucket cache");
2711
2712         /*
2713          * Per-domain zone information.
2714          */
2715         domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid),
2716             OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2717         for (i = 0; i < domains; i++) {
2718                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2719                 oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2720                     OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2721                     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2722                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2723                     "nitems", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_nitems,
2724                     "number of items in this domain");
2725                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2726                     "imax", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imax,
2727                     "maximum item count in this period");
2728                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2729                     "imin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imin,
2730                     "minimum item count in this period");
2731                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2732                     "bimin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_bimin,
2733                     "Minimum item count in this batch");
2734                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2735                     "wss", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_wss,
2736                     "Working set size");
2737                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2738                     "limin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_limin,
2739                     "Long time minimum item count");
2740                 SYSCTL_ADD_INT(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2741                     "timin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_timin, 0,
2742                     "Time since zero long time minimum item count");
2743         }
2744
2745         /*
2746          * General statistics.
2747          */
2748         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2749             "stats", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2750         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2751             "current", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2752             zone, 1, sysctl_handle_uma_zone_cur, "I",
2753             "Current number of allocated items");
2754         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2755             "allocs", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2756             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_allocs, "QU",
2757             "Total allocation calls");
2758         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2759             "frees", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2760             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_frees, "QU",
2761             "Total free calls");
2762         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2763             "fails", CTLFLAG_RD, &zone->uz_fails,
2764             "Number of allocation failures");
2765         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2766             "xdomain", CTLFLAG_RD, &zone->uz_xdomain,
2767             "Free calls from the wrong domain");
2768 }
2769
2770 struct uma_zone_count {
2771         const char      *name;
2772         int             count;
2773 };
2774
2775 static void
2776 zone_count(uma_zone_t zone, void *arg)
2777 {
2778         struct uma_zone_count *cnt;
2779
2780         cnt = arg;
2781         /*
2782          * Some zones are rapidly created with identical names and
2783          * destroyed out of order.  This can lead to gaps in the count.
2784          * Use one greater than the maximum observed for this name.
2785          */
2786         if (strcmp(zone->uz_name, cnt->name) == 0)
2787                 cnt->count = MAX(cnt->count,
2788                     zone->uz_namecnt + 1);
2789 }
2790
2791 static void
2792 zone_update_caches(uma_zone_t zone)
2793 {
2794         int i;
2795
2796         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2797                 cache_set_uz_size(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_size);
2798                 cache_set_uz_flags(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_flags);
2799         }
2800 }
2801
2802 /*
2803  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
2804  *
2805  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2806  *      udata  Actually uma_zctor_args
2807  */
2808 static int
2809 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2810 {
2811         struct uma_zone_count cnt;
2812         struct uma_zctor_args *arg = udata;
2813         uma_zone_domain_t zdom;
2814         uma_zone_t zone = mem;
2815         uma_zone_t z;
2816         uma_keg_t keg;
2817         int i;
2818
2819         bzero(zone, size);
2820         zone->uz_name = arg->name;
2821         zone->uz_ctor = arg->ctor;
2822         zone->uz_dtor = arg->dtor;
2823         zone->uz_init = NULL;
2824         zone->uz_fini = NULL;
2825         zone->uz_sleeps = 0;
2826         zone->uz_bucket_size = 0;
2827         zone->uz_bucket_size_min = 0;
2828         zone->uz_bucket_size_max = BUCKET_MAX;
2829         zone->uz_flags = (arg->flags & UMA_ZONE_SMR);
2830         zone->uz_warning = NULL;
2831         /* The domain structures follow the cpu structures. */
2832         zone->uz_bucket_max = ULONG_MAX;
2833         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
2834
2835         /* Count the number of duplicate names. */
2836         cnt.name = arg->name;
2837         cnt.count = 0;
2838         zone_foreach(zone_count, &cnt);
2839         zone->uz_namecnt = cnt.count;
2840         ZONE_CROSS_LOCK_INIT(zone);
2841
2842         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2843                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2844                 ZDOM_LOCK_INIT(zone, zdom, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2845                 STAILQ_INIT(&zdom->uzd_buckets);
2846         }
2847
2848 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN) && !defined(KMSAN)
2849         if (arg->uminit == trash_init && arg->fini == trash_fini)
2850                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_TRASH | UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2851 #elif defined(KASAN)
2852         if ((arg->flags & (UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZFLAG_CACHE)) != 0)
2853                 arg->flags |= UMA_ZONE_NOKASAN;
2854 #endif
2855
2856         /*
2857          * This is a pure cache zone, no kegs.
2858          */
2859         if (arg->import) {
2860                 KASSERT((arg->flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0,
2861                     ("zone_ctor: Import specified for non-cache zone."));
2862                 zone->uz_flags = arg->flags;
2863                 zone->uz_size = arg->size;
2864                 zone->uz_import = arg->import;
2865                 zone->uz_release = arg->release;
2866                 zone->uz_arg = arg->arg;
2867 #ifdef NUMA
2868                 /*
2869                  * Cache zones are round-robin unless a policy is
2870                  * specified because they may have incompatible
2871                  * constraints.
2872                  */
2873                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2874                         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2875 #endif
2876                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2877                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
2878                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2879                 goto out;
2880         }
2881
2882         /*
2883          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
2884          */
2885         zone->uz_import = zone_import;
2886         zone->uz_release = zone_release;
2887         zone->uz_arg = zone;
2888         keg = arg->keg;
2889
2890         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
2891                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
2892                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
2893                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
2894                 zone->uz_init = arg->uminit;
2895                 zone->uz_fini = arg->fini;
2896                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
2897                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2898                 ZONE_LOCK(zone);
2899                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
2900                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
2901                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
2902                                 break;
2903                         }
2904                 }
2905                 ZONE_UNLOCK(zone);
2906                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2907         } else if (keg == NULL) {
2908                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
2909                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
2910                         return (ENOMEM);
2911         } else {
2912                 struct uma_kctor_args karg;
2913                 int error;
2914
2915                 /* We should only be here from uma_startup() */
2916                 karg.size = arg->size;
2917                 karg.uminit = arg->uminit;
2918                 karg.fini = arg->fini;
2919                 karg.align = arg->align;
2920                 karg.flags = (arg->flags & ~UMA_ZONE_SMR);
2921                 karg.zone = zone;
2922                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
2923                     flags);
2924                 if (error)
2925                         return (error);
2926         }
2927
2928         /* Inherit properties from the keg. */
2929         zone->uz_keg = keg;
2930         zone->uz_size = keg->uk_size;
2931         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
2932             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
2933
2934 out:
2935         if (booted >= BOOT_PCPU) {
2936                 zone_alloc_counters(zone, NULL);
2937                 if (booted >= BOOT_RUNNING)
2938                         zone_alloc_sysctl(zone, NULL);
2939         } else {
2940                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
2941                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
2942                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
2943         }
2944
2945         /* Caller requests a private SMR context. */
2946         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
2947                 zone->uz_smr = smr_create(zone->uz_name, 0, 0);
2948
2949         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
2950             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
2951             ("Invalid zone flag combination"));
2952         if (arg->flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2953                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
2954         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
2955                 zone->uz_bucket_size = BUCKET_MAX;
2956         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
2957                 zone->uz_bucket_size = 0;
2958         else
2959                 zone->uz_bucket_size = bucket_select(zone->uz_size);
2960         zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size;
2961         if (zone->uz_dtor != NULL || zone->uz_ctor != NULL)
2962                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2963         zone_update_caches(zone);
2964
2965         return (0);
2966 }
2967
2968 /*
2969  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
2970  * table and removes the keg from the global list.
2971  *
2972  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2973  *      udata  unused
2974  */
2975 static void
2976 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2977 {
2978         uma_keg_t keg;
2979         uint32_t free, pages;
2980         int i;
2981
2982         keg = (uma_keg_t)arg;
2983         free = pages = 0;
2984         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2985                 free += keg->uk_domain[i].ud_free_items;
2986                 pages += keg->uk_domain[i].ud_pages;
2987                 KEG_LOCK_FINI(keg, i);
2988         }
2989         if (pages != 0)
2990                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%u items). "
2991                     " Lost %u pages of memory.\n",
2992                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
2993                     pages / keg->uk_ppera * keg->uk_ipers - free, pages);
2994
2995         hash_free(&keg->uk_hash);
2996 }
2997
2998 /*
2999  * Zone header dtor.
3000  *
3001  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
3002  *      udata  unused
3003  */
3004 static void
3005 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
3006 {
3007         uma_zone_t zone;
3008         uma_keg_t keg;
3009         int i;
3010
3011         zone = (uma_zone_t)arg;
3012
3013         sysctl_remove_oid(zone->uz_oid, 1, 1);
3014
3015         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
3016                 cache_drain(zone);
3017
3018         rw_wlock(&uma_rwlock);
3019         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
3020         rw_wunlock(&uma_rwlock);
3021         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
3022                 keg = zone->uz_keg;
3023                 keg->uk_reserve = 0;
3024         }
3025         zone_reclaim(zone, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK, true);
3026
3027         /*
3028          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
3029          */
3030         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
3031                 keg = zone->uz_keg;
3032                 rw_wlock(&uma_rwlock);
3033                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
3034                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
3035                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
3036         }
3037         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
3038         counter_u64_free(zone->uz_frees);
3039         counter_u64_free(zone->uz_fails);
3040         counter_u64_free(zone->uz_xdomain);
3041         free(zone->uz_ctlname, M_UMA);
3042         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
3043                 ZDOM_LOCK_FINI(ZDOM_GET(zone, i));
3044         ZONE_CROSS_LOCK_FINI(zone);
3045 }
3046
3047 static void
3048 zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
3049 {
3050         uma_keg_t keg;
3051         uma_zone_t zone;
3052
3053         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
3054                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
3055                         zfunc(zone, arg);
3056         }
3057         LIST_FOREACH(zone, &uma_cachezones, uz_link)
3058                 zfunc(zone, arg);
3059 }
3060
3061 /*
3062  * Traverses every zone in the system and calls a callback
3063  *
3064  * Arguments:
3065  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
3066  *              as an argument.
3067  *
3068  * Returns:
3069  *      Nothing
3070  */
3071 static void
3072 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
3073 {
3074
3075         rw_rlock(&uma_rwlock);
3076         zone_foreach_unlocked(zfunc, arg);
3077         rw_runlock(&uma_rwlock);
3078 }
3079
3080 /*
3081  * Initialize the kernel memory allocator.  This is done after pages can be
3082  * allocated but before general KVA is available.
3083  */
3084 void
3085 uma_startup1(vm_offset_t virtual_avail)
3086 {
3087         struct uma_zctor_args args;
3088         size_t ksize, zsize, size;
3089         uma_keg_t primarykeg;
3090         uintptr_t m;
3091         int domain;
3092         uint8_t pflag;
3093
3094         bootstart = bootmem = virtual_avail;
3095
3096         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
3097         sx_init(&uma_reclaim_lock, "umareclaim");
3098
3099         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
3100             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
3101         ksize = roundup(ksize, UMA_SUPER_ALIGN);
3102         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
3103             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
3104             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
3105         zsize = roundup(zsize, UMA_SUPER_ALIGN);
3106
3107         /* Allocate the zone of zones, zone of kegs, and zone of zones keg. */
3108         size = (zsize * 2) + ksize;
3109         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
3110                 m = (uintptr_t)startup_alloc(NULL, size, domain, &pflag,
3111                     M_NOWAIT | M_ZERO);
3112                 if (m != 0)
3113                         break;
3114         }
3115         zones = (uma_zone_t)m;
3116         m += zsize;
3117         kegs = (uma_zone_t)m;
3118         m += zsize;
3119         primarykeg = (uma_keg_t)m;
3120
3121         /* "manually" create the initial zone */
3122         memset(&args, 0, sizeof(args));
3123         args.name = "UMA Kegs";
3124         args.size = ksize;
3125         args.ctor = keg_ctor;
3126         args.dtor = keg_dtor;
3127         args.uminit = zero_init;
3128         args.fini = NULL;
3129         args.keg = primarykeg;
3130         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
3131         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
3132         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
3133
3134         args.name = "UMA Zones";
3135         args.size = zsize;
3136         args.ctor = zone_ctor;
3137         args.dtor = zone_dtor;
3138         args.uminit = zero_init;
3139         args.fini = NULL;
3140         args.keg = NULL;
3141         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
3142         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
3143         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
3144
3145         /* Now make zones for slab headers */
3146         slabzones[0] = uma_zcreate("UMA Slabs 0", SLABZONE0_SIZE,
3147             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
3148         slabzones[1] = uma_zcreate("UMA Slabs 1", SLABZONE1_SIZE,
3149             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
3150
3151         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
3152             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
3153             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
3154
3155         bucket_init();
3156         smr_init();
3157 }
3158
3159 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3160 extern void vm_radix_reserve_kva(void);
3161 #endif
3162
3163 /*
3164  * Advertise the availability of normal kva allocations and switch to
3165  * the default back-end allocator.  Marks the KVA we consumed on startup
3166  * as used in the map.
3167  */
3168 void
3169 uma_startup2(void)
3170 {
3171
3172         if (bootstart != bootmem) {
3173                 vm_map_lock(kernel_map);
3174                 (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, bootstart, bootmem,
3175                     VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
3176                 vm_map_unlock(kernel_map);
3177         }
3178
3179 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3180         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
3181         vm_radix_reserve_kva();
3182 #endif
3183
3184         booted = BOOT_KVA;
3185         zone_foreach_unlocked(zone_kva_available, NULL);
3186         bucket_enable();
3187 }
3188
3189 /*
3190  * Allocate counters as early as possible so that boot-time allocations are
3191  * accounted more precisely.
3192  */
3193 static void
3194 uma_startup_pcpu(void *arg __unused)
3195 {
3196
3197         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_counters, NULL);
3198         booted = BOOT_PCPU;
3199 }
3200 SYSINIT(uma_startup_pcpu, SI_SUB_COUNTER, SI_ORDER_ANY, uma_startup_pcpu, NULL);
3201
3202 /*
3203  * Finish our initialization steps.
3204  */
3205 static void
3206 uma_startup3(void *arg __unused)
3207 {
3208
3209 #ifdef INVARIANTS
3210         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
3211         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
3212         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
3213 #endif
3214         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_sysctl, NULL);
3215         booted = BOOT_RUNNING;
3216
3217         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
3218             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
3219 }
3220 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
3221
3222 static void
3223 uma_startup4(void *arg __unused)
3224 {
3225         TIMEOUT_TASK_INIT(taskqueue_thread, &uma_timeout_task, 0, uma_timeout,
3226             NULL);
3227         taskqueue_enqueue_timeout(taskqueue_thread, &uma_timeout_task,
3228             UMA_TIMEOUT * hz);
3229 }
3230 SYSINIT(uma_startup4, SI_SUB_TASKQ, SI_ORDER_ANY, uma_startup4, NULL);
3231
3232 static void
3233 uma_shutdown(void)
3234 {
3235
3236         booted = BOOT_SHUTDOWN;
3237 }
3238
3239 static uma_keg_t
3240 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
3241                 int align, uint32_t flags)
3242 {
3243         struct uma_kctor_args args;
3244
3245         args.size = size;
3246         args.uminit = uminit;
3247         args.fini = fini;
3248         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
3249         args.flags = flags;
3250         args.zone = zone;
3251         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3252 }
3253
3254 /* Public functions */
3255 /* See uma.h */
3256 void
3257 uma_set_align(int align)
3258 {
3259
3260         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
3261                 uma_align_cache = align;
3262 }
3263
3264 /* See uma.h */
3265 uma_zone_t
3266 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3267                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
3268
3269 {
3270         struct uma_zctor_args args;
3271         uma_zone_t res;
3272
3273         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
3274             align, name));
3275
3276         /* This stuff is essential for the zone ctor */
3277         memset(&args, 0, sizeof(args));
3278         args.name = name;
3279         args.size = size;
3280         args.ctor = ctor;
3281         args.dtor = dtor;
3282         args.uminit = uminit;
3283         args.fini = fini;
3284 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN) && !defined(KMSAN)
3285         /*
3286          * Inject procedures which check for memory use after free if we are
3287          * allowed to scramble the memory while it is not allocated.  This
3288          * requires that: UMA is actually able to access the memory, no init
3289          * or fini procedures, no dependency on the initial value of the
3290          * memory, and no (legitimate) use of the memory after free.  Note,
3291          * the ctor and dtor do not need to be empty.
3292          */
3293         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOTOUCH |
3294             UMA_ZONE_NOFREE))) && uminit == NULL && fini == NULL) {
3295                 args.uminit = trash_init;
3296                 args.fini = trash_fini;
3297         }
3298 #endif
3299         args.align = align;
3300         args.flags = flags;
3301         args.keg = NULL;
3302
3303         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3304         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3305         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3306
3307         return (res);
3308 }
3309
3310 /* See uma.h */
3311 uma_zone_t
3312 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3313     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t primary)
3314 {
3315         struct uma_zctor_args args;
3316         uma_keg_t keg;
3317         uma_zone_t res;
3318
3319         keg = primary->uz_keg;
3320         memset(&args, 0, sizeof(args));
3321         args.name = name;
3322         args.size = keg->uk_size;
3323         args.ctor = ctor;
3324         args.dtor = dtor;
3325         args.uminit = zinit;
3326         args.fini = zfini;
3327         args.align = keg->uk_align;
3328         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
3329         args.keg = keg;
3330
3331         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3332         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3333         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3334
3335         return (res);
3336 }
3337
3338 /* See uma.h */
3339 uma_zone_t
3340 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3341     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
3342     void *arg, int flags)
3343 {
3344         struct uma_zctor_args args;
3345
3346         memset(&args, 0, sizeof(args));
3347         args.name = name;
3348         args.size = size;
3349         args.ctor = ctor;
3350         args.dtor = dtor;
3351         args.uminit = zinit;
3352         args.fini = zfini;
3353         args.import = zimport;
3354         args.release = zrelease;
3355         args.arg = arg;
3356         args.align = 0;
3357         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
3358
3359         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3360 }
3361
3362 /* See uma.h */
3363 void
3364 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
3365 {
3366
3367         /*
3368          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
3369          * unnecessary work if we're shutting down.
3370          */
3371         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
3372             zone->uz_fini == NULL && zone->uz_release == zone_release)
3373                 return;
3374         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3375         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
3376         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3377 }
3378
3379 void
3380 uma_zwait(uma_zone_t zone)
3381 {
3382
3383         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
3384                 uma_zfree_smr(zone, uma_zalloc_smr(zone, M_WAITOK));
3385         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
3386                 uma_zfree_pcpu(zone, uma_zalloc_pcpu(zone, M_WAITOK));
3387         else
3388                 uma_zfree(zone, uma_zalloc(zone, M_WAITOK));
3389 }
3390
3391 void *
3392 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3393 {
3394         void *item, *pcpu_item;
3395 #ifdef SMP
3396         int i;
3397
3398         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3399 #endif
3400         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
3401         if (item == NULL)
3402                 return (NULL);
3403         pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
3404         if (flags & M_ZERO) {
3405 #ifdef SMP
3406                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
3407                         bzero(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), zone->uz_size);
3408 #else
3409                 bzero(item, zone->uz_size);
3410 #endif
3411         }
3412         return (pcpu_item);
3413 }
3414
3415 /*
3416  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
3417  */
3418 void
3419 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *pcpu_item, void *udata)
3420 {
3421         void *item;
3422
3423 #ifdef SMP
3424         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3425 #endif
3426
3427         /* uma_zfree_pcu_*(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3428         if (pcpu_item == NULL)
3429                 return;
3430
3431         item = zpcpu_offset_to_base(pcpu_item);
3432         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
3433 }
3434
3435 static inline void *
3436 item_ctor(uma_zone_t zone, int uz_flags, int size, void *udata, int flags,
3437     void *item)
3438 {
3439 #ifdef INVARIANTS
3440         bool skipdbg;
3441 #endif
3442
3443         kasan_mark_item_valid(zone, item);
3444         kmsan_mark_item_uninitialized(zone, item);
3445
3446 #ifdef INVARIANTS
3447         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3448         if (!skipdbg && (uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3449             zone->uz_ctor != trash_ctor)
3450                 trash_ctor(item, size, udata, flags);
3451 #endif
3452
3453         /* Check flags before loading ctor pointer. */
3454         if (__predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0) &&
3455             __predict_false(zone->uz_ctor != NULL) &&
3456             zone->uz_ctor(item, size, udata, flags) != 0) {
3457                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3458                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
3459                 return (NULL);
3460         }
3461 #ifdef INVARIANTS
3462         if (!skipdbg)
3463                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3464 #endif
3465         if (__predict_false(flags & M_ZERO))
3466                 return (memset(item, 0, size));
3467
3468         return (item);
3469 }
3470
3471 static inline void
3472 item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size, void *udata,
3473     enum zfreeskip skip)
3474 {
3475 #ifdef INVARIANTS
3476         bool skipdbg;
3477
3478         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3479         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3480                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC) != 0)
3481                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3482                 else
3483                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3484         }
3485 #endif
3486         if (__predict_true(skip < SKIP_DTOR)) {
3487                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3488                         zone->uz_dtor(item, size, udata);
3489 #ifdef INVARIANTS
3490                 if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3491                     zone->uz_dtor != trash_dtor)
3492                         trash_dtor(item, size, udata);
3493 #endif
3494         }
3495         kasan_mark_item_invalid(zone, item);
3496 }
3497
3498 #ifdef NUMA
3499 static int
3500 item_domain(void *item)
3501 {
3502         int domain;
3503
3504         domain = vm_phys_domain(vtophys(item));
3505         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3506             ("%s: unknown domain for item %p", __func__, item));
3507         return (domain);
3508 }
3509 #endif
3510
3511 #if defined(INVARIANTS) || defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(WITNESS)
3512 #if defined(INVARIANTS) && (defined(DDB) || defined(STACK))
3513 #include <sys/stack.h>
3514 #endif
3515 #define UMA_ZALLOC_DEBUG
3516 static int
3517 uma_zalloc_debug(uma_zone_t zone, void **itemp, void *udata, int flags)
3518 {
3519         int error;
3520
3521         error = 0;
3522 #ifdef WITNESS
3523         if (flags & M_WAITOK) {
3524                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3525                     "uma_zalloc_debug: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3526         }
3527 #endif
3528
3529 #ifdef INVARIANTS
3530         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0,
3531             ("uma_zalloc_debug: called with M_EXEC"));
3532         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3533             ("uma_zalloc_debug: called within spinlock or critical section"));
3534         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 || (flags & M_ZERO) == 0,
3535             ("uma_zalloc_debug: allocating from a pcpu zone with M_ZERO"));
3536
3537         _Static_assert(M_NOWAIT != 0 && M_WAITOK != 0,
3538             "M_NOWAIT and M_WAITOK must be non-zero for this assertion:");
3539 #if 0
3540         /*
3541          * Give the #elif clause time to find problems, then remove it
3542          * and enable this.  (Remove <sys/stack.h> above, too.)
3543          */
3544         KASSERT((flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
3545             (flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) == M_WAITOK,
3546             ("uma_zalloc_debug: must pass one of M_NOWAIT or M_WAITOK"));
3547 #elif defined(DDB) || defined(STACK)
3548         if (__predict_false((flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) != M_NOWAIT &&
3549             (flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) != M_WAITOK)) {
3550                 static int stack_count;
3551                 struct stack st;
3552
3553                 if (stack_count < 10) {
3554                         ++stack_count;
3555                         printf("uma_zalloc* called with bad WAIT flags:\n");
3556                         stack_save(&st);
3557                         stack_print(&st);
3558                 }
3559         }
3560 #endif
3561 #endif
3562
3563 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3564         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SMR | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0 &&
3565             memguard_cmp_zone(zone)) {
3566                 void *item;
3567                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
3568                 if (item != NULL) {
3569                         error = EJUSTRETURN;
3570                         if (zone->uz_init != NULL &&
3571                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3572                                 *itemp = NULL;
3573                                 return (error);
3574                         }
3575                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3576                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
3577                             flags) != 0) {
3578                                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3579                                 if (zone->uz_fini != NULL)
3580                                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3581                                 *itemp = NULL;
3582                                 return (error);
3583                         }
3584                         *itemp = item;
3585                         return (error);
3586                 }
3587                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
3588         }
3589 #endif
3590         return (error);
3591 }
3592
3593 static int
3594 uma_zfree_debug(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3595 {
3596         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3597             ("uma_zfree_debug: called with spinlock or critical section held"));
3598
3599 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3600         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SMR | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0 &&
3601             is_memguard_addr(item)) {
3602                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3603                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3604                 if (zone->uz_fini != NULL)
3605                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3606                 memguard_free(item);
3607                 return (EJUSTRETURN);
3608         }
3609 #endif
3610         return (0);
3611 }
3612 #endif
3613
3614 static inline void *
3615 cache_alloc_item(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket,
3616     void *udata, int flags)
3617 {
3618         void *item;
3619         int size, uz_flags;
3620
3621         item = cache_bucket_pop(cache, bucket);
3622         size = cache_uz_size(cache);
3623         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
3624         critical_exit();
3625         return (item_ctor(zone, uz_flags, size, udata, flags, item));
3626 }
3627
3628 static __noinline void *
3629 cache_alloc_retry(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3630 {
3631         uma_cache_bucket_t bucket;
3632         int domain;
3633
3634         while (cache_alloc(zone, cache, udata, flags)) {
3635                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3636                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
3637                 if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3638                         continue;
3639                 return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3640         }
3641         critical_exit();
3642
3643         /*
3644          * We can not get a bucket so try to return a single item.
3645          */
3646         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH)
3647                 domain = PCPU_GET(domain);
3648         else
3649                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3650         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3651 }
3652
3653 /* See uma.h */
3654 void *
3655 uma_zalloc_smr(uma_zone_t zone, int flags)
3656 {
3657         uma_cache_bucket_t bucket;
3658         uma_cache_t cache;
3659
3660         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_smr zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3661             zone, flags);
3662
3663 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3664         void *item;
3665
3666         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
3667             ("uma_zalloc_arg: called with non-SMR zone."));
3668         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, NULL, flags) == EJUSTRETURN)
3669                 return (item);
3670 #endif
3671
3672         critical_enter();
3673         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3674         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3675         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3676                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, NULL, flags));
3677         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, NULL, flags));
3678 }
3679
3680 /* See uma.h */
3681 void *
3682 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3683 {
3684         uma_cache_bucket_t bucket;
3685         uma_cache_t cache;
3686
3687         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3688         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3689
3690         /* This is the fast path allocation */
3691         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3692             zone, flags);
3693
3694 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3695         void *item;
3696
3697         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3698             ("uma_zalloc_arg: called with SMR zone."));
3699         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3700                 return (item);
3701 #endif
3702
3703         /*
3704          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
3705          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3706          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3707          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3708          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3709          * preemption and migration.  We release the critical section in
3710          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
3711          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
3712          * must detect and handle migration if it has occurred.
3713          */
3714         critical_enter();
3715         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3716         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3717         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3718                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, udata, flags));
3719         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3720 }
3721
3722 /*
3723  * Replenish an alloc bucket and possibly restore an old one.  Called in
3724  * a critical section.  Returns in a critical section.
3725  *
3726  * A false return value indicates an allocation failure.
3727  * A true return value indicates success and the caller should retry.
3728  */
3729 static __noinline bool
3730 cache_alloc(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3731 {
3732         uma_bucket_t bucket;
3733         int curdomain, domain;
3734         bool new;
3735
3736         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3737
3738         /*
3739          * If we have run out of items in our alloc bucket see
3740          * if we can switch with the free bucket.
3741          *
3742          * SMR Zones can't re-use the free bucket until the sequence has
3743          * expired.
3744          */
3745         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) == 0 &&
3746             cache->uc_freebucket.ucb_cnt != 0) {
3747                 cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
3748                     &cache->uc_allocbucket);
3749                 return (true);
3750         }
3751
3752         /*
3753          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
3754          */
3755         bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
3756         critical_exit();
3757
3758         if (bucket != NULL) {
3759                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
3760                     ("cache_alloc: Entered with non-empty alloc bucket."));
3761                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3762         }
3763
3764         /*
3765          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
3766          * we must go back to the zone.  This requires the zdom lock, so we
3767          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
3768          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
3769          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3770          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3771          * the critical section.
3772          */
3773         domain = PCPU_GET(domain);
3774         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 ||
3775             VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3776                 domain = zone_domain_highest(zone, domain);
3777         bucket = cache_fetch_bucket(zone, cache, domain);
3778         if (bucket == NULL && zone->uz_bucket_size != 0 && !bucketdisable) {
3779                 bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
3780                 new = true;
3781         } else {
3782                 new = false;
3783         }
3784
3785         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
3786             zone->uz_name, zone, bucket);
3787         if (bucket == NULL) {
3788                 critical_enter();
3789                 return (false);
3790         }
3791
3792         /*
3793          * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
3794          * initialized bucket to make this less likely or claim
3795          * the memory directly.
3796          */
3797         critical_enter();
3798         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3799         if (cache->uc_allocbucket.ucb_bucket == NULL &&
3800             ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0 ||
3801             (curdomain = PCPU_GET(domain)) == domain ||
3802             VM_DOMAIN_EMPTY(curdomain))) {
3803                 if (new)
3804                         atomic_add_long(&ZDOM_GET(zone, domain)->uzd_imax,
3805                             bucket->ub_cnt);
3806                 cache_bucket_load_alloc(cache, bucket);
3807                 return (true);
3808         }
3809
3810         /*
3811          * We lost the race, release this bucket and start over.
3812          */
3813         critical_exit();
3814         zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, !new);
3815         critical_enter();
3816
3817         return (true);
3818 }
3819
3820 void *
3821 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3822 {
3823 #ifdef NUMA
3824         uma_bucket_t bucket;
3825         uma_zone_domain_t zdom;
3826         void *item;
3827 #endif
3828
3829         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3830         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3831
3832         /* This is the fast path allocation */
3833         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_domain zone %s(%p) domain %d flags %d",
3834             zone->uz_name, zone, domain, flags);
3835
3836         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3837             ("uma_zalloc_domain: called with SMR zone."));
3838 #ifdef NUMA
3839         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0,
3840             ("uma_zalloc_domain: called with non-FIRSTTOUCH zone."));
3841
3842         if (vm_ndomains == 1)
3843                 return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3844
3845 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3846         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3847                 return (item);
3848 #endif
3849
3850         /*
3851          * Try to allocate from the bucket cache before falling back to the keg.
3852          * We could try harder and attempt to allocate from per-CPU caches or
3853          * the per-domain cross-domain buckets, but the complexity is probably
3854          * not worth it.  It is more important that frees of previous
3855          * cross-domain allocations do not blow up the cache.
3856          */
3857         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
3858         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL) {
3859                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
3860 #ifdef INVARIANTS
3861                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1] = NULL;
3862 #endif
3863                 bucket->ub_cnt--;
3864                 zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, true);
3865                 item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata,
3866                     flags, item);
3867                 if (item != NULL) {
3868                         KASSERT(item_domain(item) == domain,
3869                             ("%s: bucket cache item %p from wrong domain",
3870                             __func__, item));
3871                         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3872                 }
3873                 return (item);
3874         }
3875         ZDOM_UNLOCK(zdom);
3876         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3877 #else
3878         return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3879 #endif
3880 }
3881
3882 /*
3883  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
3884  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
3885  *
3886  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
3887  * only 'domain'.
3888  */
3889 static uma_slab_t
3890 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
3891 {
3892         uma_domain_t dom;
3893         uma_slab_t slab;
3894         int start;
3895
3896         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3897             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
3898         KEG_LOCK_ASSERT(keg, domain);
3899
3900         slab = NULL;
3901         start = domain;
3902         do {
3903                 dom = &keg->uk_domain[domain];
3904                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab)) != NULL)
3905                         return (slab);
3906                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab)) != NULL) {
3907                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
3908                         dom->ud_free_slabs--;
3909                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3910                         return (slab);
3911                 }
3912                 if (rr)
3913                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3914         } while (domain != start);
3915
3916         return (NULL);
3917 }
3918
3919 /*
3920  * Fetch an existing slab from a free or partial list.  Returns with the
3921  * keg domain lock held if a slab was found or unlocked if not.
3922  */
3923 static uma_slab_t
3924 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
3925 {
3926         uma_slab_t slab;
3927         uint32_t reserve;
3928
3929         /* HASH has a single free list. */
3930         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
3931                 domain = 0;
3932
3933         KEG_LOCK(keg, domain);
3934         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
3935         if (keg->uk_domain[domain].ud_free_items <= reserve ||
3936             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) == NULL) {
3937                 KEG_UNLOCK(keg, domain);
3938                 return (NULL);
3939         }
3940         return (slab);
3941 }
3942
3943 static uma_slab_t
3944 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
3945 {
3946         struct vm_domainset_iter di;
3947         uma_slab_t slab;
3948         int aflags, domain;
3949         bool rr;
3950
3951         KASSERT((flags & (M_WAITOK | M_NOVM)) != (M_WAITOK | M_NOVM),
3952             ("%s: invalid flags %#x", __func__, flags));
3953
3954 restart:
3955         /*
3956          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
3957          * domain (as happens with first-touch zones).
3958          *
3959          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
3960          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
3961          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
3962          */
3963         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
3964         if (rr) {
3965                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
3966                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3967                     &aflags);
3968         } else {
3969                 aflags = flags;
3970                 domain = rdomain;
3971         }
3972
3973         for (;;) {
3974                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
3975                 if (slab != NULL)
3976                         return (slab);
3977
3978                 /*
3979                  * M_NOVM is used to break the recursion that can otherwise
3980                  * occur if low-level memory management routines use UMA.
3981                  */
3982                 if ((flags & M_NOVM) == 0) {
3983                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
3984                         if (slab != NULL)
3985                                 return (slab);
3986                 }
3987
3988                 if (!rr) {
3989                         if ((flags & M_USE_RESERVE) != 0) {
3990                                 /*
3991                                  * Drain reserves from other domains before
3992                                  * giving up or sleeping.  It may be useful to
3993                                  * support per-domain reserves eventually.
3994                                  */
3995                                 rdomain = UMA_ANYDOMAIN;
3996                                 goto restart;
3997                         }
3998                         if ((flags & M_WAITOK) == 0)
3999                                 break;
4000                         vm_wait_domain(domain);
4001                 } else if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
4002                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
4003                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
4004                                 goto restart;
4005                         }
4006                         break;
4007                 }
4008         }
4009
4010         /*
4011          * We might not have been able to get a slab but another cpu
4012          * could have while we were unlocked.  Check again before we
4013          * fail.
4014          */
4015         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL)
4016                 return (slab);
4017
4018         return (NULL);
4019 }
4020
4021 static void *
4022 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
4023 {
4024         uma_domain_t dom;
4025         void *item;
4026         int freei;
4027
4028         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4029
4030         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4031         freei = BIT_FFS(keg->uk_ipers, &slab->us_free) - 1;
4032         BIT_CLR(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4033         item = slab_item(slab, keg, freei);
4034         slab->us_freecount--;
4035         dom->ud_free_items--;
4036
4037         /*
4038          * Move this slab to the full list.  It must be on the partial list, so
4039          * we do not need to update the free slab count.  In particular,
4040          * keg_fetch_slab() always returns slabs on the partial list.
4041          */
4042         if (slab->us_freecount == 0) {
4043                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4044                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
4045         }
4046
4047         return (item);
4048 }
4049
4050 static int
4051 zone_import(void *arg, void **bucket, int max, int domain, int flags)
4052 {
4053         uma_domain_t dom;
4054         uma_zone_t zone;
4055         uma_slab_t slab;
4056         uma_keg_t keg;
4057 #ifdef NUMA
4058         int stripe;
4059 #endif
4060         int i;
4061
4062         zone = arg;
4063         slab = NULL;
4064         keg = zone->uz_keg;
4065         /* Try to keep the buckets totally full */
4066         for (i = 0; i < max; ) {
4067                 if ((slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags)) == NULL)
4068                         break;
4069 #ifdef NUMA
4070                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
4071 #endif
4072                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4073                 do {
4074                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
4075                         if (keg->uk_reserve > 0 &&
4076                             dom->ud_free_items <= keg->uk_reserve) {
4077                                 /*
4078                                  * Avoid depleting the reserve after a
4079                                  * successful item allocation, even if
4080                                  * M_USE_RESERVE is specified.
4081                                  */
4082                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4083                                 goto out;
4084                         }
4085 #ifdef NUMA
4086                         /*
4087                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
4088                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
4089                          * instead pick a new domain for each bucket rather
4090                          * than stripe within each bucket.  The current option
4091                          * produces more fragmentation and requires more cpu
4092                          * time but yields better distribution.
4093                          */
4094                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 &&
4095                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
4096                                 break;
4097 #endif
4098                 } while (slab->us_freecount != 0 && i < max);
4099                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4100
4101                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
4102                 flags &= ~M_WAITOK;
4103                 flags |= M_NOWAIT;
4104         }
4105 out:
4106         return i;
4107 }
4108
4109 static int
4110 zone_alloc_limit_hard(uma_zone_t zone, int count, int flags)
4111 {
4112         uint64_t old, new, total, max;
4113
4114         /*
4115          * The hard case.  We're going to sleep because there were existing
4116          * sleepers or because we ran out of items.  This routine enforces
4117          * fairness by keeping fifo order.
4118          *
4119          * First release our ill gotten gains and make some noise.
4120          */
4121         for (;;) {
4122                 zone_free_limit(zone, count);
4123                 zone_log_warning(zone);
4124                 zone_maxaction(zone);
4125                 if (flags & M_NOWAIT)
4126                         return (0);
4127
4128                 /*
4129                  * We need to allocate an item or set ourself as a sleeper
4130                  * while the sleepq lock is held to avoid wakeup races.  This
4131                  * is essentially a home rolled semaphore.
4132                  */
4133                 sleepq_lock(&zone->uz_max_items);
4134                 old = zone->uz_items;
4135                 do {
4136                         MPASS(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) < UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX);
4137                         /* Cache the max since we will evaluate twice. */
4138                         max = zone->uz_max_items;
4139                         if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0 ||
4140                             UZ_ITEMS_COUNT(old) >= max)
4141                                 new = old + UZ_ITEMS_SLEEPER;
4142                         else
4143                                 new = old + MIN(count, max - old);
4144                 } while (atomic_fcmpset_64(&zone->uz_items, &old, new) == 0);
4145
4146                 /* We may have successfully allocated under the sleepq lock. */
4147                 if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(new) == 0) {
4148                         sleepq_release(&zone->uz_max_items);
4149                         return (new - old);
4150                 }
4151
4152                 /*
4153                  * This is in a different cacheline from uz_items so that we
4154                  * don't constantly invalidate the fastpath cacheline when we
4155                  * adjust item counts.  This could be limited to toggling on
4156                  * transitions.
4157                  */
4158                 atomic_add_32(&zone->uz_sleepers, 1);
4159                 atomic_add_64(&zone->uz_sleeps, 1);
4160
4161                 /*
4162                  * We have added ourselves as a sleeper.  The sleepq lock
4163                  * protects us from wakeup races.  Sleep now and then retry.
4164                  */
4165                 sleepq_add(&zone->uz_max_items, NULL, "zonelimit", 0, 0);
4166                 sleepq_wait(&zone->uz_max_items, PVM);
4167
4168                 /*
4169                  * After wakeup, remove ourselves as a sleeper and try
4170                  * again.  We no longer have the sleepq lock for protection.
4171                  *
4172                  * Subract ourselves as a sleeper while attempting to add
4173                  * our count.
4174                  */
4175                 atomic_subtract_32(&zone->uz_sleepers, 1);
4176                 old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items,
4177                     -(UZ_ITEMS_SLEEPER - count));
4178                 /* We're no longer a sleeper. */
4179                 old -= UZ_ITEMS_SLEEPER;
4180
4181                 /*
4182                  * If we're still at the limit, restart.  Notably do not
4183                  * block on other sleepers.  Cache the max value to protect
4184                  * against changes via sysctl.
4185                  */
4186                 total = UZ_ITEMS_COUNT(old);
4187                 max = zone->uz_max_items;
4188                 if (total >= max)
4189                         continue;
4190                 /* Truncate if necessary, otherwise wake other sleepers. */
4191                 if (total + count > max) {
4192                         zone_free_limit(zone, total + count - max);
4193                         count = max - total;
4194                 } else if (total + count < max && UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0)
4195                         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
4196
4197                 return (count);
4198         }
4199 }
4200
4201 /*
4202  * Allocate 'count' items from our max_items limit.  Returns the number
4203  * available.  If M_NOWAIT is not specified it will sleep until at least
4204  * one item can be allocated.
4205  */
4206 static int
4207 zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags)
4208 {
4209         uint64_t old;
4210         uint64_t max;
4211
4212         max = zone->uz_max_items;
4213         MPASS(max > 0);
4214
4215         /*
4216          * We expect normal allocations to succeed with a simple
4217          * fetchadd.
4218          */
4219         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, count);
4220         if (__predict_true(old + count <= max))
4221                 return (count);
4222
4223         /*
4224          * If we had some items and no sleepers just return the
4225          * truncated value.  We have to release the excess space
4226          * though because that may wake sleepers who weren't woken
4227          * because we were temporarily over the limit.
4228          */
4229         if (old < max) {
4230                 zone_free_limit(zone, (old + count) - max);
4231                 return (max - old);
4232         }
4233         return (zone_alloc_limit_hard(zone, count, flags));
4234 }
4235
4236 /*
4237  * Free a number of items back to the limit.
4238  */
4239 static void
4240 zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count)
4241 {
4242         uint64_t old;
4243
4244         MPASS(count > 0);
4245
4246         /*
4247          * In the common case we either have no sleepers or
4248          * are still over the limit and can just return.
4249          */
4250         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, -count);
4251         if (__predict_true(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) == 0 ||
4252            UZ_ITEMS_COUNT(old) - count >= zone->uz_max_items))
4253                 return;
4254
4255         /*
4256          * Moderate the rate of wakeups.  Sleepers will continue
4257          * to generate wakeups if necessary.
4258          */
4259         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
4260 }
4261
4262 static uma_bucket_t
4263 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4264 {
4265         uma_bucket_t bucket;
4266         int error, maxbucket, cnt;
4267
4268         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_bucket zone %s(%p) domain %d", zone->uz_name,
4269             zone, domain);
4270
4271         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4272         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4273                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4274         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4275                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4276
4277         if (zone->uz_max_items > 0)
4278                 maxbucket = zone_alloc_limit(zone, zone->uz_bucket_size,
4279                     M_NOWAIT);
4280         else
4281                 maxbucket = zone->uz_bucket_size;
4282         if (maxbucket == 0)
4283                 return (NULL);
4284
4285         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
4286         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
4287         if (bucket == NULL) {
4288                 cnt = 0;
4289                 goto out;
4290         }
4291
4292         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
4293             MIN(maxbucket, bucket->ub_entries), domain, flags);
4294
4295         /*
4296          * Initialize the memory if necessary.
4297          */
4298         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
4299                 int i;
4300
4301                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) {
4302                         kasan_mark_item_valid(zone, bucket->ub_bucket[i]);
4303                         error = zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i],
4304                             zone->uz_size, flags);
4305                         kasan_mark_item_invalid(zone, bucket->ub_bucket[i]);
4306                         if (error != 0)
4307                                 break;
4308                 }
4309
4310                 /*
4311                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
4312                  * rest back onto the freelist.
4313                  */
4314                 if (i != bucket->ub_cnt) {
4315                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
4316                             bucket->ub_cnt - i);
4317 #ifdef INVARIANTS
4318                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
4319                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
4320 #endif
4321                         bucket->ub_cnt = i;
4322                 }
4323         }
4324
4325         cnt = bucket->ub_cnt;
4326         if (bucket->ub_cnt == 0) {
4327                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4328                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4329                 bucket = NULL;
4330         }
4331 out:
4332         if (zone->uz_max_items > 0 && cnt < maxbucket)
4333                 zone_free_limit(zone, maxbucket - cnt);
4334
4335         return (bucket);
4336 }
4337
4338 /*
4339  * Allocates a single item from a zone.
4340  *
4341  * Arguments
4342  *      zone   The zone to alloc for.
4343  *      udata  The data to be passed to the constructor.
4344  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
4345  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
4346  *
4347  * Returns
4348  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
4349  *      An item if successful
4350  */
4351
4352 static void *
4353 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4354 {
4355         void *item;
4356
4357         if (zone->uz_max_items > 0 && zone_alloc_limit(zone, 1, flags) == 0) {
4358                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4359                 return (NULL);
4360         }
4361
4362         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4363         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4364                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4365
4366         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
4367                 goto fail_cnt;
4368
4369         /*
4370          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
4371          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
4372          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
4373          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
4374          */
4375         if (zone->uz_init != NULL) {
4376                 int error;
4377
4378                 kasan_mark_item_valid(zone, item);
4379                 error = zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags);
4380                 kasan_mark_item_invalid(zone, item);
4381                 if (error != 0) {
4382                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
4383                         goto fail_cnt;
4384                 }
4385         }
4386         item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata, flags,
4387             item);
4388         if (item == NULL)
4389                 goto fail;
4390
4391         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
4392         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
4393             zone->uz_name, zone);
4394
4395         return (item);
4396
4397 fail_cnt:
4398         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4399 fail:
4400         if (zone->uz_max_items > 0)
4401                 zone_free_limit(zone, 1);
4402         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
4403             zone->uz_name, zone);
4404
4405         return (NULL);
4406 }
4407
4408 /* See uma.h */
4409 void
4410 uma_zfree_smr(uma_zone_t zone, void *item)
4411 {
4412         uma_cache_t cache;
4413         uma_cache_bucket_t bucket;
4414         int itemdomain;
4415 #ifdef NUMA
4416         int uz_flags;
4417 #endif
4418
4419         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree_smr zone %s(%p) item %p",
4420             zone->uz_name, zone, item);
4421
4422 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4423         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
4424             ("uma_zfree_smr: called with non-SMR zone."));
4425         KASSERT(item != NULL, ("uma_zfree_smr: Called with NULL pointer."));
4426         SMR_ASSERT_NOT_ENTERED(zone->uz_smr);
4427         if (uma_zfree_debug(zone, item, NULL) == EJUSTRETURN)
4428                 return;
4429 #endif
4430         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4431         itemdomain = 0;
4432 #ifdef NUMA
4433         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4434         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4435                 itemdomain = item_domain(item);
4436 #endif
4437         critical_enter();
4438         do {
4439                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4440                 /* SMR Zones must free to the free bucket. */
4441                 bucket = &cache->uc_freebucket;
4442 #ifdef NUMA
4443                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4444                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4445                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4446                 }
4447 #endif
4448                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4449                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4450                         critical_exit();
4451                         return;
4452                 }
4453         } while (cache_free(zone, cache, NULL, itemdomain));
4454         critical_exit();
4455
4456         /*
4457          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4458          */
4459         zone_free_item(zone, item, NULL, SKIP_NONE);
4460 }
4461
4462 /* See uma.h */
4463 void
4464 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
4465 {
4466         uma_cache_t cache;
4467         uma_cache_bucket_t bucket;
4468         int itemdomain, uz_flags;
4469
4470         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
4471         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
4472
4473         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree_arg zone %s(%p) item %p",
4474             zone->uz_name, zone, item);
4475
4476 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4477         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4478             ("uma_zfree_arg: called with SMR zone."));
4479         if (uma_zfree_debug(zone, item, udata) == EJUSTRETURN)
4480                 return;
4481 #endif
4482         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
4483         if (item == NULL)
4484                 return;
4485
4486         /*
4487          * We are accessing the per-cpu cache without a critical section to
4488          * fetch size and flags.  This is acceptable, if we are preempted we
4489          * will simply read another cpu's line.
4490          */
4491         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4492         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4493         if (UMA_ALWAYS_CTORDTOR ||
4494             __predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0))
4495                 item_dtor(zone, item, cache_uz_size(cache), udata, SKIP_NONE);
4496
4497         /*
4498          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
4499          * a little longer for the limits to be reset.
4500          */
4501         if (__predict_false(uz_flags & UMA_ZFLAG_LIMIT)) {
4502                 if (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0)
4503                         goto zfree_item;
4504         }
4505
4506         /*
4507          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
4508          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
4509          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
4510          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
4511          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
4512          * preemption and migration.  We release the critical section in
4513          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
4514          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
4515          * detect and handle migration if it has occurred.
4516          */
4517         itemdomain = 0;
4518 #ifdef NUMA
4519         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4520                 itemdomain = item_domain(item);
4521 #endif
4522         critical_enter();
4523         do {
4524                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4525                 /*
4526                  * Try to free into the allocbucket first to give LIFO
4527                  * ordering for cache-hot datastructures.  Spill over
4528                  * into the freebucket if necessary.  Alloc will swap
4529                  * them if one runs dry.
4530                  */
4531                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
4532 #ifdef NUMA
4533                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4534                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4535                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4536                 } else
4537 #endif
4538                 if (bucket->ucb_cnt == bucket->ucb_entries &&
4539                    cache->uc_freebucket.ucb_cnt <
4540                    cache->uc_freebucket.ucb_entries)
4541                         cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
4542                             &cache->uc_allocbucket);
4543                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4544                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4545                         critical_exit();
4546                         return;
4547                 }
4548         } while (cache_free(zone, cache, udata, itemdomain));
4549         critical_exit();
4550
4551         /*
4552          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4553          */
4554 zfree_item:
4555         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
4556 }
4557
4558 #ifdef NUMA
4559 /*
4560  * sort crossdomain free buckets to domain correct buckets and cache
4561  * them.
4562  */
4563 static void
4564 zone_free_cross(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
4565 {
4566         struct uma_bucketlist emptybuckets, fullbuckets;
4567         uma_zone_domain_t zdom;
4568         uma_bucket_t b;
4569         smr_seq_t seq;
4570         void *item;
4571         int domain;
4572
4573         CTR3(KTR_UMA,
4574             "uma_zfree: zone %s(%p) draining cross bucket %p",
4575             zone->uz_name, zone, bucket);
4576
4577         /*
4578          * It is possible for buckets to arrive here out of order so we fetch
4579          * the current smr seq rather than accepting the bucket's.
4580          */
4581         seq = SMR_SEQ_INVALID;
4582         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
4583                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4584
4585         /*
4586          * To avoid having ndomain * ndomain buckets for sorting we have a
4587          * lock on the current crossfree bucket.  A full matrix with
4588          * per-domain locking could be used if necessary.
4589          */
4590         STAILQ_INIT(&emptybuckets);
4591         STAILQ_INIT(&fullbuckets);
4592         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4593         for (; bucket->ub_cnt > 0; bucket->ub_cnt--) {
4594                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
4595                 domain = item_domain(item);
4596                 zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
4597                 if (zdom->uzd_cross == NULL) {
4598                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4599                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4600                                 zdom->uzd_cross = b;
4601                         } else {
4602                                 /*
4603                                  * Avoid allocating a bucket with the cross lock
4604                                  * held, since allocation can trigger a
4605                                  * cross-domain free and bucket zones may
4606                                  * allocate from each other.
4607                                  */
4608                                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4609                                 b = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4610                                 if (b == NULL)
4611                                         goto out;
4612                                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4613                                 if (zdom->uzd_cross != NULL) {
4614                                         STAILQ_INSERT_HEAD(&emptybuckets, b,
4615                                             ub_link);
4616                                 } else {
4617                                         zdom->uzd_cross = b;
4618                                 }
4619                         }
4620                 }
4621                 b = zdom->uzd_cross;
4622                 b->ub_bucket[b->ub_cnt++] = item;
4623                 b->ub_seq = seq;
4624                 if (b->ub_cnt == b->ub_entries) {
4625                         STAILQ_INSERT_HEAD(&fullbuckets, b, ub_link);
4626                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL)
4627                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4628                         zdom->uzd_cross = b;
4629                 }
4630         }
4631         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4632 out:
4633         if (bucket->ub_cnt == 0)
4634                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
4635         bucket_free(zone, bucket, udata);
4636
4637         while ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4638                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4639                 bucket_free(zone, b, udata);
4640         }
4641         while ((b = STAILQ_FIRST(&fullbuckets)) != NULL) {
4642                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&fullbuckets, ub_link);
4643                 domain = item_domain(b->ub_bucket[0]);
4644                 zone_put_bucket(zone, domain, b, udata, true);
4645         }
4646 }
4647 #endif
4648
4649 static void
4650 zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
4651     int itemdomain, bool ws)
4652 {
4653
4654 #ifdef NUMA
4655         /*
4656          * Buckets coming from the wrong domain will be entirely for the
4657          * only other domain on two domain systems.  In this case we can
4658          * simply cache them.  Otherwise we need to sort them back to
4659          * correct domains.
4660          */
4661         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4662             vm_ndomains > 2 && PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4663                 zone_free_cross(zone, bucket, udata);
4664                 return;
4665         }
4666 #endif
4667
4668         /*
4669          * Attempt to save the bucket in the zone's domain bucket cache.
4670          */
4671         CTR3(KTR_UMA,
4672             "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
4673             zone->uz_name, zone, bucket);
4674         /* ub_cnt is pointing to the last free item */
4675         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4676                 itemdomain = zone_domain_lowest(zone, itemdomain);
4677         zone_put_bucket(zone, itemdomain, bucket, udata, ws);
4678 }
4679
4680 /*
4681  * Populate a free or cross bucket for the current cpu cache.  Free any
4682  * existing full bucket either to the zone cache or back to the slab layer.
4683  *
4684  * Enters and returns in a critical section.  false return indicates that
4685  * we can not satisfy this free in the cache layer.  true indicates that
4686  * the caller should retry.
4687  */
4688 static __noinline bool
4689 cache_free(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int itemdomain)
4690 {
4691         uma_cache_bucket_t cbucket;
4692         uma_bucket_t newbucket, bucket;
4693
4694         CRITICAL_ASSERT(curthread);
4695
4696         if (zone->uz_bucket_size == 0)
4697                 return false;
4698
4699         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4700         newbucket = NULL;
4701
4702         /*
4703          * FIRSTTOUCH domains need to free to the correct zdom.  When
4704          * enabled this is the zdom of the item.   The bucket is the
4705          * cross bucket if the current domain and itemdomain do not match.
4706          */
4707         cbucket = &cache->uc_freebucket;
4708 #ifdef NUMA
4709         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4710                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4711                         cbucket = &cache->uc_crossbucket;
4712                         if (cbucket->ucb_cnt != 0)
4713                                 counter_u64_add(zone->uz_xdomain,
4714                                     cbucket->ucb_cnt);
4715                 }
4716         }
4717 #endif
4718         bucket = cache_bucket_unload(cbucket);
4719         KASSERT(bucket == NULL || bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
4720             ("cache_free: Entered with non-full free bucket."));
4721
4722         /* We are no longer associated with this CPU. */
4723         critical_exit();
4724
4725         /*
4726          * Don't let SMR zones operate without a free bucket.  Force
4727          * a synchronize and re-use this one.  We will only degrade
4728          * to a synchronize every bucket_size items rather than every
4729          * item if we fail to allocate a bucket.
4730          */
4731         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0) {
4732                 if (bucket != NULL)
4733                         bucket->ub_seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4734                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4735                 if (newbucket == NULL && bucket != NULL) {
4736                         bucket_drain(zone, bucket);
4737                         newbucket = bucket;
4738                         bucket = NULL;
4739                 }
4740         } else if (!bucketdisable)
4741                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4742
4743         if (bucket != NULL)
4744                 zone_free_bucket(zone, bucket, udata, itemdomain, true);
4745
4746         critical_enter();
4747         if ((bucket = newbucket) == NULL)
4748                 return (false);
4749         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4750 #ifdef NUMA
4751         /*
4752          * Check to see if we should be populating the cross bucket.  If it
4753          * is already populated we will fall through and attempt to populate
4754          * the free bucket.
4755          */
4756         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4757                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain &&
4758                     cache->uc_crossbucket.ucb_bucket == NULL) {
4759                         cache_bucket_load_cross(cache, bucket);
4760                         return (true);
4761                 }
4762         }
4763 #endif
4764         /*
4765          * We may have lost the race to fill the bucket or switched CPUs.
4766          */
4767         if (cache->uc_freebucket.ucb_bucket != NULL) {
4768                 critical_exit();
4769                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4770                 critical_enter();
4771         } else
4772                 cache_bucket_load_free(cache, bucket);
4773
4774         return (true);
4775 }
4776
4777 static void
4778 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4779 {
4780         uma_keg_t keg;
4781         uma_domain_t dom;
4782         int freei;
4783
4784         keg = zone->uz_keg;
4785         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4786
4787         /* Do we need to remove from any lists? */
4788         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4789         if (slab->us_freecount + 1 == keg->uk_ipers) {
4790                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4791                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
4792                 dom->ud_free_slabs++;
4793         } else if (slab->us_freecount == 0) {
4794                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4795                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
4796         }
4797
4798         /* Slab management. */
4799         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
4800         BIT_SET(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4801         slab->us_freecount++;
4802
4803         /* Keg statistics. */
4804         dom->ud_free_items++;
4805 }
4806
4807 static void
4808 zone_release(void *arg, void **bucket, int cnt)
4809 {
4810         struct mtx *lock;
4811         uma_zone_t zone;
4812         uma_slab_t slab;
4813         uma_keg_t keg;
4814         uint8_t *mem;
4815         void *item;
4816         int i;
4817
4818         zone = arg;
4819         keg = zone->uz_keg;
4820         lock = NULL;
4821         if (__predict_false((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0))
4822                 lock = KEG_LOCK(keg, 0);
4823         for (i = 0; i < cnt; i++) {
4824                 item = bucket[i];
4825                 if (__predict_true((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB) != 0)) {
4826                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
4827                 } else {
4828                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4829                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
4830                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4831                         else
4832                                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4833                 }
4834                 if (lock != KEG_LOCKPTR(keg, slab->us_domain)) {
4835                         if (lock != NULL)
4836                                 mtx_unlock(lock);
4837                         lock = KEG_LOCK(keg, slab->us_domain);
4838                 }
4839                 slab_free_item(zone, slab, item);
4840         }
4841         if (lock != NULL)
4842                 mtx_unlock(lock);
4843 }
4844
4845 /*
4846  * Frees a single item to any zone.
4847  *
4848  * Arguments:
4849  *      zone   The zone to free to
4850  *      item   The item we're freeing
4851  *      udata  User supplied data for the dtor
4852  *      skip   Skip dtors and finis
4853  */
4854 static __noinline void
4855 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
4856 {
4857
4858         /*
4859          * If a free is sent directly to an SMR zone we have to
4860          * synchronize immediately because the item can instantly
4861          * be reallocated. This should only happen in degenerate
4862          * cases when no memory is available for per-cpu caches.
4863          */
4864         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 && skip == SKIP_NONE)
4865                 smr_synchronize(zone->uz_smr);
4866
4867         item_dtor(zone, item, zone->uz_size, udata, skip);
4868
4869         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini) {
4870                 kasan_mark_item_valid(zone, item);
4871                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
4872                 kasan_mark_item_invalid(zone, item);
4873         }
4874
4875         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
4876
4877         if (skip & SKIP_CNT)
4878                 return;
4879
4880         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
4881
4882         if (zone->uz_max_items > 0)
4883                 zone_free_limit(zone, 1);
4884 }
4885
4886 /* See uma.h */
4887 int
4888 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
4889 {
4890
4891         /*
4892          * If the limit is small, we may need to constrain the maximum per-CPU
4893          * cache size, or disable caching entirely.
4894          */
4895         uma_zone_set_maxcache(zone, nitems);
4896
4897         /*
4898          * XXX This can misbehave if the zone has any allocations with
4899          * no limit and a limit is imposed.  There is currently no
4900          * way to clear a limit.
4901          */
4902         ZONE_LOCK(zone);
4903         if (zone->uz_max_items == 0)
4904                 ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4905         zone->uz_max_items = nitems;
4906         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT;
4907         zone_update_caches(zone);
4908         /* We may need to wake waiters. */
4909         wakeup(&zone->uz_max_items);
4910         ZONE_UNLOCK(zone);
4911
4912         return (nitems);
4913 }
4914
4915 /* See uma.h */
4916 void
4917 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
4918 {
4919         int bpcpu, bpdom, bsize, nb;
4920
4921         ZONE_LOCK(zone);
4922
4923         /*
4924          * Compute a lower bound on the number of items that may be cached in
4925          * the zone.  Each CPU gets at least two buckets, and for cross-domain
4926          * frees we use an additional bucket per CPU and per domain.  Select the
4927          * largest bucket size that does not exceed half of the requested limit,
4928          * with the left over space given to the full bucket cache.
4929          */
4930         bpdom = 0;
4931         bpcpu = 2;
4932 #ifdef NUMA
4933         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 && vm_ndomains > 1) {
4934                 bpcpu++;
4935                 bpdom++;
4936         }
4937 #endif
4938         nb = bpcpu * mp_ncpus + bpdom * vm_ndomains;
4939         bsize = nitems / nb / 2;
4940         if (bsize > BUCKET_MAX)
4941                 bsize = BUCKET_MAX;
4942         else if (bsize == 0 && nitems / nb > 0)
4943                 bsize = 1;
4944         zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = bsize;
4945         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4946                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4947         zone->uz_bucket_max = nitems - nb * bsize;
4948         ZONE_UNLOCK(zone);
4949 }
4950
4951 /* See uma.h */
4952 int
4953 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
4954 {
4955         int nitems;
4956
4957         nitems = atomic_load_64(&zone->uz_max_items);
4958
4959         return (nitems);
4960 }
4961
4962 /* See uma.h */
4963 void
4964 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
4965 {
4966
4967         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4968         zone->uz_warning = warning;
4969 }
4970
4971 /* See uma.h */
4972 void
4973 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
4974 {
4975
4976         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4977         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
4978 }
4979
4980 /* See uma.h */
4981 int
4982 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
4983 {
4984         int64_t nitems;
4985         u_int i;
4986
4987         nitems = 0;
4988         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER && zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4989                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
4990                     counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4991         CPU_FOREACH(i)
4992                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs) -
4993                     atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4994
4995         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
4996 }
4997
4998 static uint64_t
4999 uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone)
5000 {
5001         uint64_t nitems;
5002         u_int i;
5003
5004         nitems = 0;
5005         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER)
5006                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs);
5007         CPU_FOREACH(i)
5008                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs);
5009
5010         return (nitems);
5011 }
5012
5013 static uint64_t
5014 uma_zone_get_frees(uma_zone_t zone)
5015 {
5016         uint64_t nitems;
5017         u_int i;
5018
5019         nitems = 0;
5020         if (zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
5021                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
5022         CPU_FOREACH(i)
5023                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
5024
5025         return (nitems);
5026 }
5027
5028 #ifdef INVARIANTS
5029 /* Used only for KEG_ASSERT_COLD(). */
5030 static uint64_t
5031 uma_keg_get_allocs(uma_keg_t keg)
5032 {
5033         uma_zone_t z;
5034         uint64_t nitems;
5035
5036         nitems = 0;
5037         LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link)
5038                 nitems += uma_zone_get_allocs(z);
5039
5040         return (nitems);
5041 }
5042 #endif
5043
5044 /* See uma.h */
5045 void
5046 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
5047 {
5048         uma_keg_t keg;
5049
5050         KEG_GET(zone, keg);
5051         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5052         keg->uk_init = uminit;
5053 }
5054
5055 /* See uma.h */
5056 void
5057 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
5058 {
5059         uma_keg_t keg;
5060
5061         KEG_GET(zone, keg);
5062         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5063         keg->uk_fini = fini;
5064 }
5065
5066 /* See uma.h */
5067 void
5068 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
5069 {
5070
5071         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
5072         zone->uz_init = zinit;
5073 }
5074
5075 /* See uma.h */
5076 void
5077 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
5078 {
5079
5080         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
5081         zone->uz_fini = zfini;
5082 }
5083
5084 /* See uma.h */
5085 void
5086 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
5087 {
5088         uma_keg_t keg;
5089
5090         KEG_GET(zone, keg);
5091         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5092         keg->uk_freef = freef;
5093 }
5094
5095 /* See uma.h */
5096 void
5097 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
5098 {
5099         uma_keg_t keg;
5100
5101         KEG_GET(zone, keg);
5102         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5103         keg->uk_allocf = allocf;
5104 }
5105
5106 /* See uma.h */
5107 void
5108 uma_zone_set_smr(uma_zone_t zone, smr_t smr)
5109 {
5110
5111         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
5112
5113         KASSERT(smr != NULL, ("Got NULL smr"));
5114         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
5115             ("zone %p (%s) already uses SMR", zone, zone->uz_name));
5116         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SMR;
5117         zone->uz_smr = smr;
5118         zone_update_caches(zone);
5119 }
5120
5121 smr_t
5122 uma_zone_get_smr(uma_zone_t zone)
5123 {
5124
5125         return (zone->uz_smr);
5126 }
5127
5128 /* See uma.h */
5129 void
5130 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
5131 {
5132         uma_keg_t keg;
5133
5134         KEG_GET(zone, keg);
5135         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5136         keg->uk_reserve = items;
5137 }
5138
5139 /* See uma.h */
5140 int
5141 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
5142 {
5143         uma_keg_t keg;
5144         vm_offset_t kva;
5145         u_int pages;
5146
5147         KEG_GET(zone, keg);
5148         KEG_ASSERT_COLD(keg);
5149         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
5150
5151         pages = howmany(count, keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
5152
5153 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
5154         if (keg->uk_ppera > 1) {
5155 #else
5156         if (1) {
5157 #endif
5158                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
5159                 if (kva == 0)
5160                         return (0);
5161         } else
5162                 kva = 0;
5163
5164         MPASS(keg->uk_kva == 0);
5165         keg->uk_kva = kva;
5166         keg->uk_offset = 0;
5167         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
5168 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
5169         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
5170 #else
5171         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
5172 #endif
5173         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
5174         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
5175         zone_update_caches(zone);
5176
5177         return (1);
5178 }
5179
5180 /* See uma.h */
5181 void
5182 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
5183 {
5184         struct vm_domainset_iter di;
5185         uma_domain_t dom;
5186         uma_slab_t slab;
5187         uma_keg_t keg;
5188         int aflags, domain, slabs;
5189
5190         KEG_GET(zone, keg);
5191         slabs = howmany(items, keg->uk_ipers);
5192         while (slabs-- > 0) {
5193                 aflags = M_NOWAIT;
5194                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
5195                     &aflags);
5196                 for (;;) {
5197                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
5198                             aflags);
5199                         if (slab != NULL) {
5200                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
5201                                 /*
5202                                  * keg_alloc_slab() always returns a slab on the
5203                                  * partial list.
5204                                  */
5205                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
5206                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
5207                                     us_link);
5208                                 dom->ud_free_slabs++;
5209                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
5210                                 break;
5211                         }
5212                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
5213                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
5214                 }
5215         }
5216 }
5217
5218 /*
5219  * Returns a snapshot of memory consumption in bytes.
5220  */
5221 size_t
5222 uma_zone_memory(uma_zone_t zone)
5223 {
5224         size_t sz;
5225         int i;
5226
5227         sz = 0;
5228         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) {
5229                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5230                         sz += ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
5231                 return (sz * zone->uz_size);
5232         }
5233         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5234                 sz += zone->uz_keg->uk_domain[i].ud_pages;
5235
5236         return (sz * PAGE_SIZE);
5237 }
5238
5239 struct uma_reclaim_args {
5240         int     domain;
5241         int     req;
5242 };
5243
5244 static void
5245 uma_reclaim_domain_cb(uma_zone_t zone, void *arg)
5246 {
5247         struct uma_reclaim_args *args;
5248
5249         args = arg;
5250         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_UNMANAGED) == 0)
5251                 uma_zone_reclaim_domain(zone, args->req, args->domain);
5252 }
5253
5254 /* See uma.h */
5255 void
5256 uma_reclaim(int req)
5257 {
5258         uma_reclaim_domain(req, UMA_ANYDOMAIN);
5259 }
5260
5261 void
5262 uma_reclaim_domain(int req, int domain)
5263 {
5264         struct uma_reclaim_args args;
5265
5266         bucket_enable();
5267
5268         args.domain = domain;
5269         args.req = req;
5270
5271         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
5272         switch (req) {
5273         case UMA_RECLAIM_TRIM:
5274         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
5275                 zone_foreach(uma_reclaim_domain_cb, &args);
5276                 break;
5277         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
5278                 zone_foreach(uma_reclaim_domain_cb, &args);
5279                 pcpu_cache_drain_safe(NULL);
5280                 zone_foreach(uma_reclaim_domain_cb, &args);
5281                 break;
5282         default:
5283                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
5284         }
5285
5286         /*
5287          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
5288          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
5289          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
5290          */
5291         uma_zone_reclaim_domain(slabzones[0], UMA_RECLAIM_DRAIN, domain);
5292         uma_zone_reclaim_domain(slabzones[1], UMA_RECLAIM_DRAIN, domain);
5293         bucket_zone_drain(domain);
5294         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
5295 }
5296
5297 static volatile int uma_reclaim_needed;
5298
5299 void
5300 uma_reclaim_wakeup(void)
5301 {
5302
5303         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
5304                 wakeup(uma_reclaim);
5305 }
5306
5307 void
5308 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
5309 {
5310
5311         for (;;) {
5312                 sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
5313                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
5314                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_reclaim_lock, PVM, "umarcl",
5315                             hz);
5316                 sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
5317                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
5318                 uma_reclaim(UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU);
5319                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
5320                 /* Don't fire more than once per-second. */
5321                 pause("umarclslp", hz);
5322         }
5323 }
5324
5325 /* See uma.h */
5326 void
5327 uma_zone_reclaim(uma_zone_t zone, int req)
5328 {
5329         uma_zone_reclaim_domain(zone, req, UMA_ANYDOMAIN);
5330 }
5331
5332 void
5333 uma_zone_reclaim_domain(uma_zone_t zone, int req, int domain)
5334 {
5335         switch (req) {
5336         case UMA_RECLAIM_TRIM:
5337                 zone_reclaim(zone, domain, M_NOWAIT, false);
5338                 break;
5339         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
5340                 zone_reclaim(zone, domain, M_NOWAIT, true);
5341                 break;
5342         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
5343                 pcpu_cache_drain_safe(zone);
5344                 zone_reclaim(zone, domain, M_NOWAIT, true);
5345                 break;
5346         default:
5347                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
5348         }
5349 }
5350
5351 /* See uma.h */
5352 int
5353 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
5354 {
5355
5356         return (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0);
5357 }
5358
5359 unsigned long
5360 uma_limit(void)
5361 {
5362
5363         return (uma_kmem_limit);
5364 }
5365
5366 void
5367 uma_set_limit(unsigned long limit)
5368 {
5369
5370         uma_kmem_limit = limit;
5371 }
5372
5373 unsigned long
5374 uma_size(void)
5375 {
5376
5377         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
5378 }
5379
5380 long
5381 uma_avail(void)
5382 {
5383
5384         return (uma_kmem_limit - uma_size());
5385 }
5386
5387 #ifdef DDB
5388 /*
5389  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
5390  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
5391  *
5392  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
5393  * per-CPU cache statistic.
5394  *
5395  */
5396 static void
5397 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
5398     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
5399 {
5400         uma_cache_t cache;
5401         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
5402         int cachefree, cpu;
5403
5404         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
5405         cachefree = 0;
5406         CPU_FOREACH(cpu) {
5407                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
5408                 cachefree += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5409                 cachefree += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5410                 xdomain += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5411                 cachefree += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5412                 allocs += cache->uc_allocs;
5413                 frees += cache->uc_frees;
5414         }
5415         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5416         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5417         xdomain += counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5418         sleeps += z->uz_sleeps;
5419         if (cachefreep != NULL)
5420                 *cachefreep = cachefree;
5421         if (allocsp != NULL)
5422                 *allocsp = allocs;
5423         if (freesp != NULL)
5424                 *freesp = frees;
5425         if (sleepsp != NULL)
5426                 *sleepsp = sleeps;
5427         if (xdomainp != NULL)
5428                 *xdomainp = xdomain;
5429 }
5430 #endif /* DDB */
5431
5432 static int
5433 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5434 {
5435         uma_keg_t kz;
5436         uma_zone_t z;
5437         int count;
5438
5439         count = 0;
5440         rw_rlock(&uma_rwlock);
5441         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5442                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5443                         count++;
5444         }
5445         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5446                 count++;
5447
5448         rw_runlock(&uma_rwlock);
5449         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
5450 }
5451
5452 static void
5453 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
5454     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
5455 {
5456         uma_zone_domain_t zdom;
5457         uma_cache_t cache;
5458         int i;
5459
5460         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5461                 zdom = ZDOM_GET(z, i);
5462                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
5463         }
5464         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5465         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5466         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
5467         uth->uth_xdomain = counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5468         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
5469
5470         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
5471                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
5472                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
5473                         continue;
5474                 cache = &z->uz_cpu[i];
5475                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5476                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5477                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5478                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
5479                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
5480         }
5481 }
5482
5483 static int
5484 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5485 {
5486         struct uma_stream_header ush;
5487         struct uma_type_header uth;
5488         struct uma_percpu_stat *ups;
5489         struct sbuf sbuf;
5490         uma_keg_t kz;
5491         uma_zone_t z;
5492         uint64_t items;
5493         uint32_t kfree, pages;
5494         int count, error, i;
5495
5496         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
5497         if (error != 0)
5498                 return (error);
5499         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
5500         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
5501         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
5502
5503         count = 0;
5504         rw_rlock(&uma_rwlock);
5505         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5506                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5507                         count++;
5508         }
5509
5510         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5511                 count++;
5512
5513         /*
5514          * Insert stream header.
5515          */
5516         bzero(&ush, sizeof(ush));
5517         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
5518         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
5519         ush.ush_count = count;
5520         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
5521
5522         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5523                 kfree = pages = 0;
5524                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5525                         kfree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5526                         pages += kz->uk_domain[i].ud_pages;
5527                 }
5528                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5529                         bzero(&uth, sizeof(uth));
5530                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5531                         uth.uth_align = kz->uk_align;
5532                         uth.uth_size = kz->uk_size;
5533                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
5534                         if (z->uz_max_items > 0) {
5535                                 items = UZ_ITEMS_COUNT(z->uz_items);
5536                                 uth.uth_pages = (items / kz->uk_ipers) *
5537                                         kz->uk_ppera;
5538                         } else
5539                                 uth.uth_pages = pages;
5540                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
5541                             kz->uk_ppera;
5542                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
5543                         uth.uth_keg_free = kfree;
5544
5545                         /*
5546                          * A zone is secondary is it is not the first entry
5547                          * on the keg's zone list.
5548                          */
5549                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5550                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
5551                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
5552                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
5553                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
5554                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5555                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5556                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5557                 }
5558         }
5559         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5560                 bzero(&uth, sizeof(uth));
5561                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5562                 uth.uth_size = z->uz_size;
5563                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
5564                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5565                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5566                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5567         }
5568
5569         rw_runlock(&uma_rwlock);
5570         error = sbuf_finish(&sbuf);
5571         sbuf_delete(&sbuf);
5572         free(ups, M_TEMP);
5573         return (error);
5574 }
5575
5576 int
5577 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5578 {
5579         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5580         int error, max;
5581
5582         max = uma_zone_get_max(zone);
5583         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
5584         if (error || !req->newptr)
5585                 return (error);
5586
5587         uma_zone_set_max(zone, max);
5588
5589         return (0);
5590 }
5591
5592 int
5593 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5594 {
5595         uma_zone_t zone;
5596         int cur;
5597
5598         /*
5599          * Some callers want to add sysctls for global zones that
5600          * may not yet exist so they pass a pointer to a pointer.
5601          */
5602         if (arg2 == 0)
5603                 zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5604         else
5605                 zone = arg1;
5606         cur = uma_zone_get_cur(zone);
5607         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
5608 }
5609
5610 static int
5611 sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5612 {
5613         uma_zone_t zone = arg1;
5614         uint64_t cur;
5615
5616         cur = uma_zone_get_allocs(zone);
5617         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5618 }
5619
5620 static int
5621 sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5622 {
5623         uma_zone_t zone = arg1;
5624         uint64_t cur;
5625
5626         cur = uma_zone_get_frees(zone);
5627         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5628 }
5629
5630 static int
5631 sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5632 {
5633         struct sbuf sbuf;
5634         uma_zone_t zone = arg1;
5635         int error;
5636
5637         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 0, req);
5638         if (zone->uz_flags != 0)
5639                 sbuf_printf(&sbuf, "0x%b", zone->uz_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS);
5640         else
5641                 sbuf_printf(&sbuf, "0");
5642         error = sbuf_finish(&sbuf);
5643         sbuf_delete(&sbuf);
5644
5645         return (error);
5646 }
5647
5648 static int
5649 sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5650 {
5651         uma_keg_t keg = arg1;
5652         int avail, effpct, total;
5653
5654         total = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
5655         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
5656                 total += slabzone(keg->uk_ipers)->uz_keg->uk_rsize;
5657         /*
5658          * We consider the client's requested size and alignment here, not the
5659          * real size determination uk_rsize, because we also adjust the real
5660          * size for internal implementation reasons (max bitset size).
5661          */
5662         avail = keg->uk_ipers * roundup2(keg->uk_size, keg->uk_align + 1);
5663         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
5664                 avail *= mp_maxid + 1;
5665         effpct = 100 * avail / total;
5666         return (sysctl_handle_int(oidp, &effpct, 0, req));
5667 }
5668
5669 static int
5670 sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5671 {
5672         uma_zone_t zone = arg1;
5673         uint64_t cur;
5674
5675         cur = UZ_ITEMS_COUNT(atomic_load_64(&zone->uz_items));
5676         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5677 }
5678
5679 #ifdef INVARIANTS
5680 static uma_slab_t
5681 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
5682 {
5683         uma_slab_t slab;
5684         uma_keg_t keg;
5685         uint8_t *mem;
5686
5687         /*
5688          * It is safe to return the slab here even though the
5689          * zone is unlocked because the item's allocation state
5690          * essentially holds a reference.
5691          */
5692         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
5693         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5694                 return (NULL);
5695         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
5696                 return (vtoslab((vm_offset_t)mem));
5697         keg = zone->uz_keg;
5698         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
5699                 return ((uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff));
5700         KEG_LOCK(keg, 0);
5701         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
5702         KEG_UNLOCK(keg, 0);
5703
5704         return (slab);
5705 }
5706
5707 static bool
5708 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
5709 {
5710
5711         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5712                 return (true);
5713
5714         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
5715 }
5716
5717 static bool
5718 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
5719 {
5720         uintptr_t idx;
5721
5722         if (dbg_divisor == 0)
5723                 return (true);
5724
5725         if (dbg_divisor == 1)
5726                 return (false);
5727
5728         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
5729         if (keg->uk_ipers > 1) {
5730                 idx *= keg->uk_ipers;
5731                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
5732         }
5733
5734         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
5735                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
5736                 return (true);
5737         }
5738         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
5739
5740         return (false);
5741 }
5742
5743 /*
5744  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
5745  *
5746  */
5747 static void
5748 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5749 {
5750         uma_keg_t keg;
5751         int freei;
5752
5753         if (slab == NULL) {
5754                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5755                 if (slab == NULL)
5756                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s",
5757                             item, zone->uz_name);
5758         }
5759         keg = zone->uz_keg;
5760         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5761
5762         if (BIT_TEST_SET_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5763             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5764                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5765                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5766 }
5767
5768 /*
5769  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
5770  * and duplicate frees.
5771  *
5772  */
5773 static void
5774 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5775 {
5776         uma_keg_t keg;
5777         int freei;
5778
5779         if (slab == NULL) {
5780                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5781                 if (slab == NULL)
5782                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s",
5783                             item, zone->uz_name);
5784         }
5785         keg = zone->uz_keg;
5786         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5787
5788         if (freei >= keg->uk_ipers)
5789                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5790                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5791
5792         if (slab_item(slab, keg, freei) != item)
5793                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5794                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5795
5796         if (!BIT_TEST_CLR_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5797             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5798                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5799                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5800 }
5801 #endif /* INVARIANTS */
5802
5803 #ifdef DDB
5804 static int64_t
5805 get_uma_stats(uma_keg_t kz, uma_zone_t z, uint64_t *allocs, uint64_t *used,
5806     uint64_t *sleeps, long *cachefree, uint64_t *xdomain)
5807 {
5808         uint64_t frees;
5809         int i;
5810
5811         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
5812                 *allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5813                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5814                 *sleeps = z->uz_sleeps;
5815                 *cachefree = 0;
5816                 *xdomain = 0;
5817         } else
5818                 uma_zone_sumstat(z, cachefree, allocs, &frees, sleeps,
5819                     xdomain);
5820         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5821                 *cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5822                 if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5823                     (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
5824                         *cachefree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5825         }
5826         *used = *allocs - frees;
5827         return (((int64_t)*used + *cachefree) * kz->uk_size);
5828 }
5829
5830 DB_SHOW_COMMAND_FLAGS(uma, db_show_uma, DB_CMD_MEMSAFE)
5831 {
5832         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
5833         uma_keg_t kz;
5834         uma_zone_t z;
5835         uint64_t allocs, used, sleeps, xdomain;
5836         long cachefree;
5837         /* variables for sorting */
5838         uma_keg_t cur_keg;
5839         uma_zone_t cur_zone, last_zone;
5840         int64_t cur_size, last_size, size;
5841         int ties;
5842
5843         /* /i option produces machine-parseable CSV output */
5844         if (modif[0] == 'i') {
5845                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s\n";
5846                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jd,%ld,%ju,%ju,%u,%jd,%ju\n";
5847         } else {
5848                 fmt_hdr = "%18s %6s %7s %7s %11s %7s %7s %10s %8s\n";
5849                 fmt_entry = "%18s %6ju %7jd %7ld %11ju %7ju %7u %10jd %8ju\n";
5850         }
5851
5852         db_printf(fmt_hdr, "Zone", "Size", "Used", "Free", "Requests",
5853             "Sleeps", "Bucket", "Total Mem", "XFree");
5854
5855         /* Sort the zones with largest size first. */
5856         last_zone = NULL;
5857         last_size = INT64_MAX;
5858         for (;;) {
5859                 cur_zone = NULL;
5860                 cur_size = -1;
5861                 ties = 0;
5862                 LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5863                         LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5864                                 /*
5865                                  * In the case of size ties, print out zones
5866                                  * in the order they are encountered.  That is,
5867                                  * when we encounter the most recently output
5868                                  * zone, we have already printed all preceding
5869                                  * ties, and we must print all following ties.
5870                                  */
5871                                 if (z == last_zone) {
5872                                         ties = 1;
5873                                         continue;
5874                                 }
5875                                 size = get_uma_stats(kz, z, &allocs, &used,
5876                                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5877                                 if (size > cur_size && size < last_size + ties)
5878                                 {
5879                                         cur_size = size;
5880                                         cur_zone = z;
5881                                         cur_keg = kz;
5882                                 }
5883                         }
5884                 }
5885                 if (cur_zone == NULL)
5886                         break;
5887
5888                 size = get_uma_stats(cur_keg, cur_zone, &allocs, &used,
5889                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5890                 db_printf(fmt_entry, cur_zone->uz_name,
5891                     (uintmax_t)cur_keg->uk_size, (intmax_t)used, cachefree,
5892                     (uintmax_t)allocs, (uintmax_t)sleeps,
5893                     (unsigned)cur_zone->uz_bucket_size, (intmax_t)size,
5894                     xdomain);
5895
5896                 if (db_pager_quit)
5897                         return;
5898                 last_zone = cur_zone;
5899                 last_size = cur_size;
5900         }
5901 }
5902
5903 DB_SHOW_COMMAND_FLAGS(umacache, db_show_umacache, DB_CMD_MEMSAFE)
5904 {
5905         uma_zone_t z;
5906         uint64_t allocs, frees;
5907         long cachefree;
5908         int i;
5909
5910         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
5911             "Requests", "Bucket");
5912         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5913                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
5914                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5915                         cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5916                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
5917                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
5918                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
5919                     (uintmax_t)allocs, z->uz_bucket_size);
5920                 if (db_pager_quit)
5921                         return;
5922         }
5923 }
5924 #endif  /* DDB */