sys/vm/uma_int.h

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  13  *    disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  *
  18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  19  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  20  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  21  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  22  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  23  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  24  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  25  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  26  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  27  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  28  *
  29  * $FreeBSD$
  30  *
  31  */
  32
  33 #include <sys/counter.h>
  34 #include <sys/_bitset.h>
  35 #include <sys/_domainset.h>
  36 #include <sys/_task.h>
  37
  38 /*
  39  * This file includes definitions, structures, prototypes, and inlines that
  40  * should not be used outside of the actual implementation of UMA.
  41  */
  42
  43 /*
  44  * The brief summary;  Zones describe unique allocation types.  Zones are
  45  * organized into per-CPU caches which are filled by buckets.  Buckets are
  46  * organized according to memory domains.  Buckets are filled from kegs which
  47  * are also organized according to memory domains.  Kegs describe a unique
  48  * allocation type, backend memory provider, and layout.  Kegs are associated
  49  * with one or more zones and zones reference one or more kegs.  Kegs provide
  50  * slabs which are virtually contiguous collections of pages.  Each slab is
  51  * broken down int one or more items that will satisfy an individual allocation.
  52  *
  53  * Allocation is satisfied in the following order:
  54  * 1) Per-CPU cache
  55  * 2) Per-domain cache of buckets
  56  * 3) Slab from any of N kegs
  57  * 4) Backend page provider
  58  *
  59  * More detail on individual objects is contained below:
  60  *
  61  * Kegs contain lists of slabs which are stored in either the full bin, empty
  62  * bin, or partially allocated bin, to reduce fragmentation.  They also contain
  63  * the user supplied value for size, which is adjusted for alignment purposes
  64  * and rsize is the result of that.  The Keg also stores information for
  65  * managing a hash of page addresses that maps pages to uma_slab_t structures
  66  * for pages that don't have embedded uma_slab_t's.
  67  *
  68  * Keg slab lists are organized by memory domain to support NUMA allocation
  69  * policies.  By default allocations are spread across domains to reduce the
  70  * potential for hotspots.  Special keg creation flags may be specified to
  71  * prefer location allocation.  However there is no strict enforcement as frees
  72  * may happen on any CPU and these are returned to the CPU-local cache
  73  * regardless of the originating domain.
  74  *
  75  * The uma_slab_t may be embedded in a UMA_SLAB_SIZE chunk of memory or it may
  76  * be allocated off the page from a special slab zone.  The free list within a
  77  * slab is managed with a bitmask.  For item sizes that would yield more than
  78  * 10% memory waste we potentially allocate a separate uma_slab_t if this will
  79  * improve the number of items per slab that will fit.
  80  *
  81  * The only really gross cases, with regards to memory waste, are for those
  82  * items that are just over half the page size.   You can get nearly 50% waste,
  83  * so you fall back to the memory footprint of the power of two allocator. I
  84  * have looked at memory allocation sizes on many of the machines available to
  85  * me, and there does not seem to be an abundance of allocations at this range
  86  * so at this time it may not make sense to optimize for it.  This can, of
  87  * course, be solved with dynamic slab sizes.
  88  *
  89  * Kegs may serve multiple Zones but by far most of the time they only serve
  90  * one.  When a Zone is created, a Keg is allocated and setup for it.  While
  91  * the backing Keg stores slabs, the Zone caches Buckets of items allocated
  92  * from the slabs.  Each Zone is equipped with an init/fini and ctor/dtor
  93  * pair, as well as with its own set of small per-CPU caches, layered above
  94  * the Zone's general Bucket cache.
  95  *
  96  * The PCPU caches are protected by critical sections, and may be accessed
  97  * safely only from their associated CPU, while the Zones backed by the same
  98  * Keg all share a common Keg lock (to coalesce contention on the backing
  99  * slabs).  The backing Keg typically only serves one Zone but in the case of
 100  * multiple Zones, one of the Zones is considered the Master Zone and all
 101  * Zone-related stats from the Keg are done in the Master Zone.  For an
 102  * example of a Multi-Zone setup, refer to the Mbuf allocation code.
 103  */
 104
 105 /*
 106  *      This is the representation for normal (Non OFFPAGE slab)
 107  *
 108  *      i == item
 109  *      s == slab pointer
 110  *
 111  *      <----------------  Page (UMA_SLAB_SIZE) ------------------>
 112  *      ___________________________________________________________
 113  *     | _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _   ___________ |
 114  *     ||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i| |slab header||
 115  *     ||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_| |___________||
 116  *     |___________________________________________________________|
 117  *
 118  *
 119  *      This is an OFFPAGE slab. These can be larger than UMA_SLAB_SIZE.
 120  *
 121  *      ___________________________________________________________
 122  *     | _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _  _   |
 123  *     ||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i||i|  |
 124  *     ||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_||_|  |
 125  *     |___________________________________________________________|
 126  *       ___________    ^
 127  *      |slab header|   |
 128  *      |___________|---*
 129  *
 130  */
 131
 132 #ifndef VM_UMA_INT_H
 133 #define VM_UMA_INT_H
 134
 135 #define UMA_SLAB_SIZE   PAGE_SIZE       /* How big are our slabs? */
 136 #define UMA_SLAB_MASK   (PAGE_SIZE - 1) /* Mask to get back to the page */
 137 #define UMA_SLAB_SHIFT  PAGE_SHIFT      /* Number of bits PAGE_MASK */
 138
 139 /* Max waste percentage before going to off page slab management */
 140 #define UMA_MAX_WASTE   10
 141
 142 /* Max size of a CACHESPREAD slab. */
 143 #define UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE        (128 * 1024)
 144
 145 /*
 146  * These flags must not overlap with the UMA_ZONE flags specified in uma.h.
 147  */
 148 #define UMA_ZFLAG_OFFPAGE       0x00200000      /*
 149                                                  * Force the slab structure
 150                                                  * allocation off of the real
 151                                                  * memory.
 152                                                  */
 153 #define UMA_ZFLAG_HASH          0x00400000      /*
 154                                                  * Use a hash table instead of
 155                                                  * caching information in the
 156                                                  * vm_page.
 157                                                  */
 158 #define UMA_ZFLAG_VTOSLAB       0x00800000      /*
 159                                                  * Zone uses vtoslab for
 160                                                  * lookup.
 161                                                  */
 162 #define UMA_ZFLAG_CTORDTOR      0x01000000      /* Zone has ctor/dtor set. */
 163 #define UMA_ZFLAG_LIMIT         0x02000000      /* Zone has limit set. */
 164 #define UMA_ZFLAG_CACHE         0x04000000      /* uma_zcache_create()d it */
 165 #define UMA_ZFLAG_RECLAIMING    0x08000000      /* Running zone_reclaim(). */
 166 #define UMA_ZFLAG_BUCKET        0x10000000      /* Bucket zone. */
 167 #define UMA_ZFLAG_INTERNAL      0x20000000      /* No offpage no PCPU. */
 168 #define UMA_ZFLAG_TRASH         0x40000000      /* Add trash ctor/dtor. */
 169 #define UMA_ZFLAG_CACHEONLY     0x80000000      /* Don't ask VM for buckets. */
 170
 171 #define UMA_ZFLAG_INHERIT                                               \
 172     (UMA_ZFLAG_OFFPAGE | UMA_ZFLAG_HASH | UMA_ZFLAG_VTOSLAB |           \
 173      UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 174
 175 #define PRINT_UMA_ZFLAGS        "\20"   \
 176     "\40CACHEONLY"                      \
 177     "\37TRASH"                          \
 178     "\36INTERNAL"                       \
 179     "\35BUCKET"                         \
 180     "\34RECLAIMING"                     \
 181     "\33CACHE"                          \
 182     "\32LIMIT"                          \
 183     "\31CTORDTOR"                       \
 184     "\30VTOSLAB"                        \
 185     "\27HASH"                           \
 186     "\26OFFPAGE"                        \
 187     "\22ROUNDROBIN"                     \
 188     "\21FIRSTTOUCH"                     \
 189     "\20PCPU"                           \
 190     "\17NODUMP"                         \
 191     "\16CACHESPREAD"                    \
 192     "\15MINBUCKET"                      \
 193     "\14MAXBUCKET"                      \
 194     "\13NOBUCKET"                       \
 195     "\12SECONDARY"                      \
 196     "\11NOTPAGE"                        \
 197     "\10VM"                             \
 198     "\7MTXCLASS"                        \
 199     "\6NOFREE"                          \
 200     "\5MALLOC"                          \
 201     "\4NOTOUCH"                         \
 202     "\2ZINIT"
 203
 204 /*
 205  * Hash table for freed address -> slab translation.
 206  *
 207  * Only zones with memory not touchable by the allocator use the
 208  * hash table.  Otherwise slabs are found with vtoslab().
 209  */
 210 #define UMA_HASH_SIZE_INIT      32
 211
 212 #define UMA_HASH(h, s) ((((uintptr_t)s) >> UMA_SLAB_SHIFT) & (h)->uh_hashmask)
 213
 214 #define UMA_HASH_INSERT(h, s, mem)                                      \
 215         LIST_INSERT_HEAD(&(h)->uh_slab_hash[UMA_HASH((h),               \
 216             (mem))], (uma_hash_slab_t)(s), uhs_hlink)
 217
 218 #define UMA_HASH_REMOVE(h, s)                                           \
 219         LIST_REMOVE((uma_hash_slab_t)(s), uhs_hlink)
 220
 221 LIST_HEAD(slabhashhead, uma_hash_slab);
 222
 223 struct uma_hash {
 224         struct slabhashhead     *uh_slab_hash;  /* Hash table for slabs */
 225         u_int           uh_hashsize;    /* Current size of the hash table */
 226         u_int           uh_hashmask;    /* Mask used during hashing */
 227 };
 228
 229 /*
 230  * Align field or structure to cache 'sector' in intel terminology.  This
 231  * is more efficient with adjacent line prefetch.
 232  */
 233 #if defined(__amd64__) || defined(__powerpc64__)
 234 #define UMA_SUPER_ALIGN (CACHE_LINE_SIZE * 2)
 235 #else
 236 #define UMA_SUPER_ALIGN CACHE_LINE_SIZE
 237 #endif
 238
 239 #define UMA_ALIGN       __aligned(UMA_SUPER_ALIGN)
 240
 241 /*
 242  * The uma_bucket structure is used to queue and manage buckets divorced
 243  * from per-cpu caches.  They are loaded into uma_cache_bucket structures
 244  * for use.
 245  */
 246 struct uma_bucket {
 247         TAILQ_ENTRY(uma_bucket) ub_link;        /* Link into the zone */
 248         int16_t ub_cnt;                         /* Count of items in bucket. */
 249         int16_t ub_entries;                     /* Max items. */
 250         void    *ub_bucket[];                   /* actual allocation storage */
 251 };
 252
 253 typedef struct uma_bucket * uma_bucket_t;
 254
 255 /*
 256  * The uma_cache_bucket structure is statically allocated on each per-cpu
 257  * cache.  Its use reduces branches and cache misses in the fast path.
 258  */
 259 struct uma_cache_bucket {
 260         uma_bucket_t    ucb_bucket;
 261         int16_t         ucb_cnt;
 262         int16_t         ucb_entries;
 263         uint32_t        ucb_spare;
 264 };
 265
 266 typedef struct uma_cache_bucket * uma_cache_bucket_t;
 267
 268 /*
 269  * The uma_cache structure is allocated for each cpu for every zone
 270  * type.  This optimizes synchronization out of the allocator fast path.
 271  */
 272 struct uma_cache {
 273         struct uma_cache_bucket uc_freebucket;  /* Bucket we're freeing to */
 274         struct uma_cache_bucket uc_allocbucket; /* Bucket to allocate from */
 275         struct uma_cache_bucket uc_crossbucket; /* cross domain bucket */
 276         uint64_t                uc_allocs;      /* Count of allocations */
 277         uint64_t                uc_frees;       /* Count of frees */
 278 } UMA_ALIGN;
 279
 280 typedef struct uma_cache * uma_cache_t;
 281
 282 LIST_HEAD(slabhead, uma_slab);
 283
 284 /*
 285  * The cache structure pads perfectly into 64 bytes so we use spare
 286  * bits from the embedded cache buckets to store information from the zone
 287  * and keep all fast-path allocations accessing a single per-cpu line.
 288  */
 289 static inline void
 290 cache_set_uz_flags(uma_cache_t cache, uint32_t flags)
 291 {
 292
 293         cache->uc_freebucket.ucb_spare = flags;
 294 }
 295
 296 static inline void
 297 cache_set_uz_size(uma_cache_t cache, uint32_t size)
 298 {
 299
 300         cache->uc_allocbucket.ucb_spare = size;
 301 }
 302
 303 static inline uint32_t
 304 cache_uz_flags(uma_cache_t cache)
 305 {
 306
 307         return (cache->uc_freebucket.ucb_spare);
 308 }
 309
 310 static inline uint32_t
 311 cache_uz_size(uma_cache_t cache)
 312 {
 313
 314         return (cache->uc_allocbucket.ucb_spare);
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Per-domain slab lists.  Embedded in the kegs.
 319  */
 320 struct uma_domain {
 321         struct mtx_padalign ud_lock;    /* Lock for the domain lists. */
 322         struct slabhead ud_part_slab;   /* partially allocated slabs */
 323         struct slabhead ud_free_slab;   /* completely unallocated slabs */
 324         struct slabhead ud_full_slab;   /* fully allocated slabs */
 325         uint32_t        ud_pages;       /* Total page count */
 326         uint32_t        ud_free;        /* Count of items free in slabs */
 327 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
 328
 329 typedef struct uma_domain * uma_domain_t;
 330
 331 /*
 332  * Keg management structure
 333  *
 334  * TODO: Optimize for cache line size
 335  *
 336  */
 337 struct uma_keg {
 338         struct uma_hash uk_hash;
 339         LIST_HEAD(,uma_zone)    uk_zones;       /* Keg's zones */
 340
 341         struct domainset_ref uk_dr;     /* Domain selection policy. */
 342         uint32_t        uk_align;       /* Alignment mask */
 343         uint32_t        uk_reserve;     /* Number of reserved items. */
 344         uint32_t        uk_size;        /* Requested size of each item */
 345         uint32_t        uk_rsize;       /* Real size of each item */
 346
 347         uma_init        uk_init;        /* Keg's init routine */
 348         uma_fini        uk_fini;        /* Keg's fini routine */
 349         uma_alloc       uk_allocf;      /* Allocation function */
 350         uma_free        uk_freef;       /* Free routine */
 351
 352         u_long          uk_offset;      /* Next free offset from base KVA */
 353         vm_offset_t     uk_kva;         /* Zone base KVA */
 354         uma_zone_t      uk_slabzone;    /* Slab zone backing us, if OFFPAGE */
 355
 356         uint32_t        uk_pgoff;       /* Offset to uma_slab struct */
 357         uint16_t        uk_ppera;       /* pages per allocation from backend */
 358         uint16_t        uk_ipers;       /* Items per slab */
 359         uint32_t        uk_flags;       /* Internal flags */
 360
 361         /* Least used fields go to the last cache line. */
 362         const char      *uk_name;               /* Name of creating zone. */
 363         LIST_ENTRY(uma_keg)     uk_link;        /* List of all kegs */
 364
 365         /* Must be last, variable sized. */
 366         struct uma_domain       uk_domain[];    /* Keg's slab lists. */
 367 };
 368 typedef struct uma_keg  * uma_keg_t;
 369
 370 #ifdef _KERNEL
 371 #define KEG_ASSERT_COLD(k)                                              \
 372         KASSERT(uma_keg_get_allocs((k)) == 0,                           \
 373             ("keg %s initialization after use.", (k)->uk_name))
 374
 375 /*
 376  * Free bits per-slab.
 377  */
 378 #define SLAB_MAX_SETSIZE        (PAGE_SIZE / UMA_SMALLEST_UNIT)
 379 #define SLAB_MIN_SETSIZE        _BITSET_BITS
 380 BITSET_DEFINE(slabbits, SLAB_MAX_SETSIZE);
 381 BITSET_DEFINE(noslabbits, 0);
 382
 383 /*
 384  * The slab structure manages a single contiguous allocation from backing
 385  * store and subdivides it into individually allocatable items.
 386  */
 387 struct uma_slab {
 388         LIST_ENTRY(uma_slab)    us_link;        /* slabs in zone */
 389         uint16_t        us_freecount;           /* How many are free? */
 390         uint8_t         us_flags;               /* Page flags see uma.h */
 391         uint8_t         us_domain;              /* Backing NUMA domain. */
 392         struct noslabbits us_free;              /* Free bitmask, flexible. */
 393 };
 394 _Static_assert(sizeof(struct uma_slab) == offsetof(struct uma_slab, us_free),
 395     "us_free field must be last");
 396 #if MAXMEMDOM >= 255
 397 #error "Slab domain type insufficient"
 398 #endif
 399
 400 typedef struct uma_slab * uma_slab_t;
 401
 402 /*
 403  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
 404  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
 405  */
 406 #ifdef INVARIANTS
 407 #define SLAB_BITSETS    2
 408 #else
 409 #define SLAB_BITSETS    1
 410 #endif
 411
 412 /* These three functions are for embedded (!OFFPAGE) use only. */
 413 size_t slab_sizeof(int nitems);
 414 size_t slab_space(int nitems);
 415 int slab_ipers(size_t size, int align);
 416
 417 /*
 418  * Slab structure with a full sized bitset and hash link for both
 419  * HASH and OFFPAGE zones.
 420  */
 421 struct uma_hash_slab {
 422         struct uma_slab         uhs_slab;       /* Must be first. */
 423         struct slabbits         uhs_bits1;      /* Must be second. */
 424 #ifdef INVARIANTS
 425         struct slabbits         uhs_bits2;      /* Must be third. */
 426 #endif
 427         LIST_ENTRY(uma_hash_slab) uhs_hlink;    /* Link for hash table */
 428         uint8_t                 *uhs_data;      /* First item */
 429 };
 430
 431 typedef struct uma_hash_slab * uma_hash_slab_t;
 432
 433 static inline void *
 434 slab_data(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
 435 {
 436
 437         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0)
 438                 return ((void *)((uintptr_t)slab - keg->uk_pgoff));
 439         else
 440                 return (((uma_hash_slab_t)slab)->uhs_data);
 441 }
 442
 443 static inline void *
 444 slab_item(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg, int index)
 445 {
 446         uintptr_t data;
 447
 448         data = (uintptr_t)slab_data(slab, keg);
 449         return ((void *)(data + keg->uk_rsize * index));
 450 }
 451
 452 static inline int
 453 slab_item_index(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg, void *item)
 454 {
 455         uintptr_t data;
 456
 457         data = (uintptr_t)slab_data(slab, keg);
 458         return (((uintptr_t)item - data) / keg->uk_rsize);
 459 }
 460 #endif /* _KERNEL */
 461
 462 TAILQ_HEAD(uma_bucketlist, uma_bucket);
 463
 464 struct uma_zone_domain {
 465         struct uma_bucketlist uzd_buckets; /* full buckets */
 466         uma_bucket_t    uzd_cross;      /* Fills from cross buckets. */
 467         long            uzd_nitems;     /* total item count */
 468         long            uzd_imax;       /* maximum item count this period */
 469         long            uzd_imin;       /* minimum item count this period */
 470         long            uzd_wss;        /* working set size estimate */
 471 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
 472
 473 typedef struct uma_zone_domain * uma_zone_domain_t;
 474
 475 /*
 476  * Zone structure - per memory type.
 477  */
 478 struct uma_zone {
 479         /* Offset 0, used in alloc/free fast/medium fast path and const. */
 480         uma_keg_t       uz_keg;         /* This zone's keg if !CACHE */
 481         struct uma_zone_domain  *uz_domain;     /* per-domain buckets */
 482         uint32_t        uz_flags;       /* Flags inherited from kegs */
 483         uint32_t        uz_size;        /* Size inherited from kegs */
 484         uma_ctor        uz_ctor;        /* Constructor for each allocation */
 485         uma_dtor        uz_dtor;        /* Destructor */
 486         uint64_t        uz_spare0;
 487         uint64_t        uz_max_items;   /* Maximum number of items to alloc */
 488         uint32_t        uz_sleepers;    /* Threads sleeping on limit */
 489         uint16_t        uz_bucket_size; /* Number of items in full bucket */
 490         uint16_t        uz_bucket_size_max; /* Maximum number of bucket items */
 491
 492         /* Offset 64, used in bucket replenish. */
 493         uma_import      uz_import;      /* Import new memory to cache. */
 494         uma_release     uz_release;     /* Release memory from cache. */
 495         void            *uz_arg;        /* Import/release argument. */
 496         uma_init        uz_init;        /* Initializer for each item */
 497         uma_fini        uz_fini;        /* Finalizer for each item. */
 498         void            *uz_spare1;
 499         uint64_t        uz_bkt_count;    /* Items in bucket cache */
 500         uint64_t        uz_bkt_max;     /* Maximum bucket cache size */
 501
 502         /* Offset 128 Rare. */
 503         /*
 504          * The lock is placed here to avoid adjacent line prefetcher
 505          * in fast paths and to take up space near infrequently accessed
 506          * members to reduce alignment overhead.
 507          */
 508         struct mtx      uz_lock;        /* Lock for the zone */
 509         LIST_ENTRY(uma_zone) uz_link;   /* List of all zones in keg */
 510         const char      *uz_name;       /* Text name of the zone */
 511         /* The next two fields are used to print a rate-limited warnings. */
 512         const char      *uz_warning;    /* Warning to print on failure */
 513         struct timeval  uz_ratecheck;   /* Warnings rate-limiting */
 514         struct task     uz_maxaction;   /* Task to run when at limit */
 515         uint16_t        uz_bucket_size_min; /* Min number of items in bucket */
 516
 517         struct mtx_padalign     uz_cross_lock;  /* Cross domain free lock */
 518
 519         /* Offset 256+, stats and misc. */
 520         counter_u64_t   uz_allocs;      /* Total number of allocations */
 521         counter_u64_t   uz_frees;       /* Total number of frees */
 522         counter_u64_t   uz_fails;       /* Total number of alloc failures */
 523         uint64_t        uz_sleeps;      /* Total number of alloc sleeps */
 524         uint64_t        uz_xdomain;     /* Total number of cross-domain frees */
 525         volatile uint64_t uz_items;     /* Total items count & sleepers */
 526
 527         char            *uz_ctlname;    /* sysctl safe name string. */
 528         struct sysctl_oid *uz_oid;      /* sysctl oid pointer. */
 529         int             uz_namecnt;     /* duplicate name count. */
 530
 531         /*
 532          * This HAS to be the last item because we adjust the zone size
 533          * based on NCPU and then allocate the space for the zones.
 534          */
 535         struct uma_cache        uz_cpu[]; /* Per cpu caches */
 536
 537         /* uz_domain follows here. */
 538 };
 539
 540 /*
 541  * Macros for interpreting the uz_items field.  20 bits of sleeper count
 542  * and 44 bit of item count.
 543  */
 544 #define UZ_ITEMS_SLEEPER_SHIFT  44LL
 545 #define UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX   ((1 << (64 - UZ_ITEMS_SLEEPER_SHIFT)) - 1)
 546 #define UZ_ITEMS_COUNT_MASK     ((1LL << UZ_ITEMS_SLEEPER_SHIFT) - 1)
 547 #define UZ_ITEMS_COUNT(x)       ((x) & UZ_ITEMS_COUNT_MASK)
 548 #define UZ_ITEMS_SLEEPERS(x)    ((x) >> UZ_ITEMS_SLEEPER_SHIFT)
 549 #define UZ_ITEMS_SLEEPER        (1LL << UZ_ITEMS_SLEEPER_SHIFT)
 550
 551 #define ZONE_ASSERT_COLD(z)                                             \
 552         KASSERT(uma_zone_get_allocs((z)) == 0,                          \
 553             ("zone %s initialization after use.", (z)->uz_name))
 554
 555 #undef  UMA_ALIGN
 556
 557 #ifdef _KERNEL
 558 /* Internal prototypes */
 559 static __inline uma_slab_t hash_sfind(struct uma_hash *hash, uint8_t *data);
 560
 561 /* Lock Macros */
 562
 563 #define KEG_LOCKPTR(k, d)       (struct mtx *)&(k)->uk_domain[(d)].ud_lock
 564 #define KEG_LOCK_INIT(k, d, lc)                                         \
 565         do {                                                            \
 566                 if ((lc))                                               \
 567                         mtx_init(KEG_LOCKPTR(k, d), (k)->uk_name,       \
 568                             (k)->uk_name, MTX_DEF | MTX_DUPOK);         \
 569                 else                                                    \
 570                         mtx_init(KEG_LOCKPTR(k, d), (k)->uk_name,       \
 571                             "UMA zone", MTX_DEF | MTX_DUPOK);           \
 572         } while (0)
 573
 574 #define KEG_LOCK_FINI(k, d)     mtx_destroy(KEG_LOCKPTR(k, d))
 575 #define KEG_LOCK(k, d)                                                  \
 576         ({ mtx_lock(KEG_LOCKPTR(k, d)); KEG_LOCKPTR(k, d); })
 577 #define KEG_UNLOCK(k, d)        mtx_unlock(KEG_LOCKPTR(k, d))
 578 #define KEG_LOCK_ASSERT(k, d)   mtx_assert(KEG_LOCKPTR(k, d), MA_OWNED)
 579
 580 #define KEG_GET(zone, keg) do {                                 \
 581         (keg) = (zone)->uz_keg;                                 \
 582         KASSERT((void *)(keg) != (void *)&(zone)->uz_lock,      \
 583             ("%s: Invalid zone %p type", __func__, (zone)));    \
 584         } while (0)
 585
 586 #define ZONE_LOCK_INIT(z, lc)                                   \
 587         do {                                                    \
 588                 if ((lc))                                       \
 589                         mtx_init(&(z)->uz_lock, (z)->uz_name,   \
 590                             (z)->uz_name, MTX_DEF | MTX_DUPOK); \
 591                 else                                            \
 592                         mtx_init(&(z)->uz_lock, (z)->uz_name,   \
 593                             "UMA zone", MTX_DEF | MTX_DUPOK);   \
 594         } while (0)
 595
 596 #define ZONE_LOCK(z)    mtx_lock(&(z)->uz_lock)
 597 #define ZONE_TRYLOCK(z) mtx_trylock(&(z)->uz_lock)
 598 #define ZONE_UNLOCK(z)  mtx_unlock(&(z)->uz_lock)
 599 #define ZONE_LOCK_FINI(z)       mtx_destroy(&(z)->uz_lock)
 600 #define ZONE_LOCK_ASSERT(z)     mtx_assert(&(z)->uz_lock, MA_OWNED)
 601
 602 #define ZONE_CROSS_LOCK_INIT(z)                                 \
 603         mtx_init(&(z)->uz_cross_lock, "UMA Cross", NULL, MTX_DEF)
 604 #define ZONE_CROSS_LOCK(z)      mtx_lock(&(z)->uz_cross_lock)
 605 #define ZONE_CROSS_UNLOCK(z)    mtx_unlock(&(z)->uz_cross_lock)
 606 #define ZONE_CROSS_LOCK_FINI(z) mtx_destroy(&(z)->uz_cross_lock)
 607
 608 /*
 609  * Find a slab within a hash table.  This is used for OFFPAGE zones to lookup
 610  * the slab structure.
 611  *
 612  * Arguments:
 613  *      hash  The hash table to search.
 614  *      data  The base page of the item.
 615  *
 616  * Returns:
 617  *      A pointer to a slab if successful, else NULL.
 618  */
 619 static __inline uma_slab_t
 620 hash_sfind(struct uma_hash *hash, uint8_t *data)
 621 {
 622         uma_hash_slab_t slab;
 623         u_int hval;
 624
 625         hval = UMA_HASH(hash, data);
 626
 627         LIST_FOREACH(slab, &hash->uh_slab_hash[hval], uhs_hlink) {
 628                 if ((uint8_t *)slab->uhs_data == data)
 629                         return (&slab->uhs_slab);
 630         }
 631         return (NULL);
 632 }
 633
 634 static __inline uma_slab_t
 635 vtoslab(vm_offset_t va)
 636 {
 637         vm_page_t p;
 638
 639         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
 640         return (p->plinks.uma.slab);
 641 }
 642
 643 static __inline void
 644 vtozoneslab(vm_offset_t va, uma_zone_t *zone, uma_slab_t *slab)
 645 {
 646         vm_page_t p;
 647
 648         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
 649         *slab = p->plinks.uma.slab;
 650         *zone = p->plinks.uma.zone;
 651 }
 652
 653 static __inline void
 654 vsetzoneslab(vm_offset_t va, uma_zone_t zone, uma_slab_t slab)
 655 {
 656         vm_page_t p;
 657
 658         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
 659         p->plinks.uma.slab = slab;
 660         p->plinks.uma.zone = zone;
 661 }
 662
 663 extern unsigned long uma_kmem_limit;
 664 extern unsigned long uma_kmem_total;
 665
 666 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 667 static inline void
 668 uma_total_dec(unsigned long size)
 669 {
 670
 671         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 672 }
 673
 674 static inline void
 675 uma_total_inc(unsigned long size)
 676 {
 677
 678         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 679                 uma_reclaim_wakeup();
 680 }
 681
 682 /*
 683  * The following two functions may be defined by architecture specific code
 684  * if they can provide more efficient allocation functions.  This is useful
 685  * for using direct mapped addresses.
 686  */
 687 void *uma_small_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
 688     uint8_t *pflag, int wait);
 689 void uma_small_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags);
 690
 691 /* Set a global soft limit on UMA managed memory. */
 692 void uma_set_limit(unsigned long limit);
 693 #endif /* _KERNEL */
 694
 695 #endif /* VM_UMA_INT_H */