sys/vm/uma_core.c

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