sys/kern/subr_vmem.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c)2006,2007,2008,2009 YAMAMOTO Takashi,
   3  * Copyright (c) 2013 EMC Corp.
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 /*
  29  * From:
  30  *      $NetBSD: vmem_impl.h,v 1.2 2013/01/29 21:26:24 para Exp $
  31  *      $NetBSD: subr_vmem.c,v 1.83 2013/03/06 11:20:10 yamt Exp $
  32  */
  33
  34 /*
  35  * reference:
  36  * -    Magazines and Vmem: Extending the Slab Allocator
  37  *      to Many CPUs and Arbitrary Resources
  38  *      http://www.usenix.org/event/usenix01/bonwick.html
  39  */
  40
  41 #include <sys/cdefs.h>
  42 __FBSDID("$FreeBSD$");
  43
  44 #include "opt_ddb.h"
  45
  46 #include <sys/param.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/kernel.h>
  49 #include <sys/queue.h>
  50 #include <sys/callout.h>
  51 #include <sys/hash.h>
  52 #include <sys/lock.h>
  53 #include <sys/malloc.h>
  54 #include <sys/mutex.h>
  55 #include <sys/smp.h>
  56 #include <sys/condvar.h>
  57 #include <sys/sysctl.h>
  58 #include <sys/taskqueue.h>
  59 #include <sys/vmem.h>
  60
  61 #include "opt_vm.h"
  62
  63 #include <vm/uma.h>
  64 #include <vm/vm.h>
  65 #include <vm/pmap.h>
  66 #include <vm/vm_map.h>
  67 #include <vm/vm_object.h>
  68 #include <vm/vm_kern.h>
  69 #include <vm/vm_extern.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <vm/vm_pageout.h>
  72
  73 #define VMEM_OPTORDER           5
  74 #define VMEM_OPTVALUE           (1 << VMEM_OPTORDER)
  75 #define VMEM_MAXORDER                                           \
  76     (VMEM_OPTVALUE - 1 + sizeof(vmem_size_t) * NBBY - VMEM_OPTORDER)
  77
  78 #define VMEM_HASHSIZE_MIN       16
  79 #define VMEM_HASHSIZE_MAX       131072
  80
  81 #define VMEM_QCACHE_IDX_MAX     16
  82
  83 #define VMEM_FITMASK    (M_BESTFIT | M_FIRSTFIT)
  84
  85 #define VMEM_FLAGS                                              \
  86     (M_NOWAIT | M_WAITOK | M_USE_RESERVE | M_NOVM | M_BESTFIT | M_FIRSTFIT)
  87
  88 #define BT_FLAGS        (M_NOWAIT | M_WAITOK | M_USE_RESERVE | M_NOVM)
  89
  90 #define QC_NAME_MAX     16
  91
  92 /*
  93  * Data structures private to vmem.
  94  */
  95 MALLOC_DEFINE(M_VMEM, "vmem", "vmem internal structures");
  96
  97 typedef struct vmem_btag bt_t;
  98
  99 TAILQ_HEAD(vmem_seglist, vmem_btag);
 100 LIST_HEAD(vmem_freelist, vmem_btag);
 101 LIST_HEAD(vmem_hashlist, vmem_btag);
 102
 103 struct qcache {
 104         uma_zone_t      qc_cache;
 105         vmem_t          *qc_vmem;
 106         vmem_size_t     qc_size;
 107         char            qc_name[QC_NAME_MAX];
 108 };
 109 typedef struct qcache qcache_t;
 110 #define QC_POOL_TO_QCACHE(pool) ((qcache_t *)(pool->pr_qcache))
 111
 112 #define VMEM_NAME_MAX   16
 113
 114 /* vmem arena */
 115 struct vmem {
 116         struct mtx_padalign     vm_lock;
 117         struct cv               vm_cv;
 118         char                    vm_name[VMEM_NAME_MAX+1];
 119         LIST_ENTRY(vmem)        vm_alllist;
 120         struct vmem_hashlist    vm_hash0[VMEM_HASHSIZE_MIN];
 121         struct vmem_freelist    vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
 122         struct vmem_seglist     vm_seglist;
 123         struct vmem_hashlist    *vm_hashlist;
 124         vmem_size_t             vm_hashsize;
 125
 126         /* Constant after init */
 127         vmem_size_t             vm_qcache_max;
 128         vmem_size_t             vm_quantum_mask;
 129         vmem_size_t             vm_import_quantum;
 130         int                     vm_quantum_shift;
 131
 132         /* Written on alloc/free */
 133         LIST_HEAD(, vmem_btag)  vm_freetags;
 134         int                     vm_nfreetags;
 135         int                     vm_nbusytag;
 136         vmem_size_t             vm_inuse;
 137         vmem_size_t             vm_size;
 138
 139         /* Used on import. */
 140         vmem_import_t           *vm_importfn;
 141         vmem_release_t          *vm_releasefn;
 142         void                    *vm_arg;
 143
 144         /* Space exhaustion callback. */
 145         vmem_reclaim_t          *vm_reclaimfn;
 146
 147         /* quantum cache */
 148         qcache_t                vm_qcache[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
 149 };
 150
 151 /* boundary tag */
 152 struct vmem_btag {
 153         TAILQ_ENTRY(vmem_btag) bt_seglist;
 154         union {
 155                 LIST_ENTRY(vmem_btag) u_freelist; /* BT_TYPE_FREE */
 156                 LIST_ENTRY(vmem_btag) u_hashlist; /* BT_TYPE_BUSY */
 157         } bt_u;
 158 #define bt_hashlist     bt_u.u_hashlist
 159 #define bt_freelist     bt_u.u_freelist
 160         vmem_addr_t     bt_start;
 161         vmem_size_t     bt_size;
 162         int             bt_type;
 163 };
 164
 165 #define BT_TYPE_SPAN            1       /* Allocated from importfn */
 166 #define BT_TYPE_SPAN_STATIC     2       /* vmem_add() or create. */
 167 #define BT_TYPE_FREE            3       /* Available space. */
 168 #define BT_TYPE_BUSY            4       /* Used space. */
 169 #define BT_ISSPAN_P(bt) ((bt)->bt_type <= BT_TYPE_SPAN_STATIC)
 170
 171 #define BT_END(bt)      ((bt)->bt_start + (bt)->bt_size - 1)
 172
 173 #if defined(DIAGNOSTIC)
 174 static int enable_vmem_check = 1;
 175 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vmem_check, CTLFLAG_RWTUN,
 176     &enable_vmem_check, 0, "Enable vmem check");
 177 static void vmem_check(vmem_t *);
 178 #endif
 179
 180 static struct callout   vmem_periodic_ch;
 181 static int              vmem_periodic_interval;
 182 static struct task      vmem_periodic_wk;
 183
 184 static struct mtx_padalign vmem_list_lock;
 185 static LIST_HEAD(, vmem) vmem_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(vmem_list);
 186
 187 /* ---- misc */
 188 #define VMEM_CONDVAR_INIT(vm, wchan)    cv_init(&vm->vm_cv, wchan)
 189 #define VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm)        cv_destroy(&vm->vm_cv)
 190 #define VMEM_CONDVAR_WAIT(vm)           cv_wait(&vm->vm_cv, &vm->vm_lock)
 191 #define VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm)      cv_broadcast(&vm->vm_cv)
 192
 193
 194 #define VMEM_LOCK(vm)           mtx_lock(&vm->vm_lock)
 195 #define VMEM_TRYLOCK(vm)        mtx_trylock(&vm->vm_lock)
 196 #define VMEM_UNLOCK(vm)         mtx_unlock(&vm->vm_lock)
 197 #define VMEM_LOCK_INIT(vm, name) mtx_init(&vm->vm_lock, (name), NULL, MTX_DEF)
 198 #define VMEM_LOCK_DESTROY(vm)   mtx_destroy(&vm->vm_lock)
 199 #define VMEM_ASSERT_LOCKED(vm)  mtx_assert(&vm->vm_lock, MA_OWNED);
 200
 201 #define VMEM_ALIGNUP(addr, align)       (-(-(addr) & -(align)))
 202
 203 #define VMEM_CROSS_P(addr1, addr2, boundary) \
 204         ((((addr1) ^ (addr2)) & -(boundary)) != 0)
 205
 206 #define ORDER2SIZE(order)       ((order) < VMEM_OPTVALUE ? ((order) + 1) : \
 207     (vmem_size_t)1 << ((order) - (VMEM_OPTVALUE - VMEM_OPTORDER - 1)))
 208 #define SIZE2ORDER(size)        ((size) <= VMEM_OPTVALUE ? ((size) - 1) : \
 209     (flsl(size) + (VMEM_OPTVALUE - VMEM_OPTORDER - 2)))
 210
 211 /*
 212  * Maximum number of boundary tags that may be required to satisfy an
 213  * allocation.  Two may be required to import.  Another two may be
 214  * required to clip edges.
 215  */
 216 #define BT_MAXALLOC     4
 217
 218 /*
 219  * Max free limits the number of locally cached boundary tags.  We
 220  * just want to avoid hitting the zone allocator for every call.
 221  */
 222 #define BT_MAXFREE      (BT_MAXALLOC * 8)
 223
 224 /* Allocator for boundary tags. */
 225 static uma_zone_t vmem_bt_zone;
 226
 227 /* boot time arena storage. */
 228 static struct vmem kernel_arena_storage;
 229 static struct vmem kmem_arena_storage;
 230 static struct vmem buffer_arena_storage;
 231 static struct vmem transient_arena_storage;
 232 vmem_t *kernel_arena = &kernel_arena_storage;
 233 vmem_t *kmem_arena = &kmem_arena_storage;
 234 vmem_t *buffer_arena = &buffer_arena_storage;
 235 vmem_t *transient_arena = &transient_arena_storage;
 236
 237 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 238 static struct vmem memguard_arena_storage;
 239 vmem_t *memguard_arena = &memguard_arena_storage;
 240 #endif
 241
 242 /*
 243  * Fill the vmem's boundary tag cache.  We guarantee that boundary tag
 244  * allocation will not fail once bt_fill() passes.  To do so we cache
 245  * at least the maximum possible tag allocations in the arena.
 246  */
 247 static int
 248 bt_fill(vmem_t *vm, int flags)
 249 {
 250         bt_t *bt;
 251
 252         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 253
 254         /*
 255          * Only allow the kmem arena to dip into reserve tags.  It is the
 256          * vmem where new tags come from.
 257          */
 258         flags &= BT_FLAGS;
 259         if (vm != kmem_arena)
 260                 flags &= ~M_USE_RESERVE;
 261
 262         /*
 263          * Loop until we meet the reserve.  To minimize the lock shuffle
 264          * and prevent simultaneous fills we first try a NOWAIT regardless
 265          * of the caller's flags.  Specify M_NOVM so we don't recurse while
 266          * holding a vmem lock.
 267          */
 268         while (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC) {
 269                 bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone,
 270                     (flags & M_USE_RESERVE) | M_NOWAIT | M_NOVM);
 271                 if (bt == NULL) {
 272                         VMEM_UNLOCK(vm);
 273                         bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone, flags);
 274                         VMEM_LOCK(vm);
 275                         if (bt == NULL && (flags & M_NOWAIT) != 0)
 276                                 break;
 277                 }
 278                 LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 279                 vm->vm_nfreetags++;
 280         }
 281
 282         if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC)
 283                 return ENOMEM;
 284
 285         return 0;
 286 }
 287
 288 /*
 289  * Pop a tag off of the freetag stack.
 290  */
 291 static bt_t *
 292 bt_alloc(vmem_t *vm)
 293 {
 294         bt_t *bt;
 295
 296         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 297         bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 298         MPASS(bt != NULL);
 299         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 300         vm->vm_nfreetags--;
 301
 302         return bt;
 303 }
 304
 305 /*
 306  * Trim the per-vmem free list.  Returns with the lock released to
 307  * avoid allocator recursions.
 308  */
 309 static void
 310 bt_freetrim(vmem_t *vm, int freelimit)
 311 {
 312         LIST_HEAD(, vmem_btag) freetags;
 313         bt_t *bt;
 314
 315         LIST_INIT(&freetags);
 316         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 317         while (vm->vm_nfreetags > freelimit) {
 318                 bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 319                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 320                 vm->vm_nfreetags--;
 321                 LIST_INSERT_HEAD(&freetags, bt, bt_freelist);
 322         }
 323         VMEM_UNLOCK(vm);
 324         while ((bt = LIST_FIRST(&freetags)) != NULL) {
 325                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 326                 uma_zfree(vmem_bt_zone, bt);
 327         }
 328 }
 329
 330 static inline void
 331 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 332 {
 333
 334         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 335         MPASS(LIST_FIRST(&vm->vm_freetags) != bt);
 336         LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 337         vm->vm_nfreetags++;
 338 }
 339
 340 /*
 341  * freelist[0] ... [1, 1]
 342  * freelist[1] ... [2, 2]
 343  *  :
 344  * freelist[29] ... [30, 30]
 345  * freelist[30] ... [31, 31]
 346  * freelist[31] ... [32, 63]
 347  * freelist[33] ... [64, 127]
 348  *  :
 349  * freelist[n] ... [(1 << (n - 26)), (1 << (n - 25)) - 1]
 350  *  :
 351  */
 352
 353 static struct vmem_freelist *
 354 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
 355 {
 356         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 357         const int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 358
 359         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 360         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 361         MPASS(idx >= 0);
 362         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 363
 364         return &vm->vm_freelist[idx];
 365 }
 366
 367 /*
 368  * bt_freehead_toalloc: return the freelist for the given size and allocation
 369  * strategy.
 370  *
 371  * For M_FIRSTFIT, return the list in which any blocks are large enough
 372  * for the requested size.  otherwise, return the list which can have blocks
 373  * large enough for the requested size.
 374  */
 375 static struct vmem_freelist *
 376 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int strat)
 377 {
 378         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 379         int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 380
 381         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 382         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 383
 384         if (strat == M_FIRSTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
 385                 idx++;
 386                 /* check too large request? */
 387         }
 388         MPASS(idx >= 0);
 389         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 390
 391         return &vm->vm_freelist[idx];
 392 }
 393
 394 /* ---- boundary tag hash */
 395
 396 static struct vmem_hashlist *
 397 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 398 {
 399         struct vmem_hashlist *list;
 400         unsigned int hash;
 401
 402         hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), 0);
 403         list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
 404
 405         return list;
 406 }
 407
 408 static bt_t *
 409 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 410 {
 411         struct vmem_hashlist *list;
 412         bt_t *bt;
 413
 414         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 415         list = bt_hashhead(vm, addr);
 416         LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
 417                 if (bt->bt_start == addr) {
 418                         break;
 419                 }
 420         }
 421
 422         return bt;
 423 }
 424
 425 static void
 426 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 427 {
 428
 429         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 430         MPASS(vm->vm_nbusytag > 0);
 431         vm->vm_inuse -= bt->bt_size;
 432         vm->vm_nbusytag--;
 433         LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
 434 }
 435
 436 static void
 437 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 438 {
 439         struct vmem_hashlist *list;
 440
 441         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 442         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
 443
 444         list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
 445         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
 446         vm->vm_nbusytag++;
 447         vm->vm_inuse += bt->bt_size;
 448 }
 449
 450 /* ---- boundary tag list */
 451
 452 static void
 453 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 454 {
 455
 456         TAILQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 457         bt_free(vm, bt);
 458 }
 459
 460 static void
 461 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
 462 {
 463
 464         TAILQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
 465 }
 466
 467 static void
 468 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 469 {
 470
 471         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 472 }
 473
 474 static void
 475 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 476 {
 477
 478         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 479
 480         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 481 }
 482
 483 static void
 484 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 485 {
 486         struct vmem_freelist *list;
 487
 488         list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
 489         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
 490 }
 491
 492 /* ---- vmem internal functions */
 493
 494 /*
 495  * Import from the arena into the quantum cache in UMA.
 496  */
 497 static int
 498 qc_import(void *arg, void **store, int cnt, int flags)
 499 {
 500         qcache_t *qc;
 501         vmem_addr_t addr;
 502         int i;
 503
 504         qc = arg;
 505         if ((flags & VMEM_FITMASK) == 0)
 506                 flags |= M_BESTFIT;
 507         for (i = 0; i < cnt; i++) {
 508                 if (vmem_xalloc(qc->qc_vmem, qc->qc_size, 0, 0, 0,
 509                     VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags, &addr) != 0)
 510                         break;
 511                 store[i] = (void *)addr;
 512                 /* Only guarantee one allocation. */
 513                 flags &= ~M_WAITOK;
 514                 flags |= M_NOWAIT;
 515         }
 516         return i;
 517 }
 518
 519 /*
 520  * Release memory from the UMA cache to the arena.
 521  */
 522 static void
 523 qc_release(void *arg, void **store, int cnt)
 524 {
 525         qcache_t *qc;
 526         int i;
 527
 528         qc = arg;
 529         for (i = 0; i < cnt; i++)
 530                 vmem_xfree(qc->qc_vmem, (vmem_addr_t)store[i], qc->qc_size);
 531 }
 532
 533 static void
 534 qc_init(vmem_t *vm, vmem_size_t qcache_max)
 535 {
 536         qcache_t *qc;
 537         vmem_size_t size;
 538         int qcache_idx_max;
 539         int i;
 540
 541         MPASS((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 542         qcache_idx_max = MIN(qcache_max >> vm->vm_quantum_shift,
 543             VMEM_QCACHE_IDX_MAX);
 544         vm->vm_qcache_max = qcache_idx_max << vm->vm_quantum_shift;
 545         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
 546                 qc = &vm->vm_qcache[i];
 547                 size = (i + 1) << vm->vm_quantum_shift;
 548                 snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
 549                     vm->vm_name, size);
 550                 qc->qc_vmem = vm;
 551                 qc->qc_size = size;
 552                 qc->qc_cache = uma_zcache_create(qc->qc_name, size,
 553                     NULL, NULL, NULL, NULL, qc_import, qc_release, qc,
 554                     UMA_ZONE_VM);
 555                 MPASS(qc->qc_cache);
 556         }
 557 }
 558
 559 static void
 560 qc_destroy(vmem_t *vm)
 561 {
 562         int qcache_idx_max;
 563         int i;
 564
 565         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 566         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 567                 uma_zdestroy(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 568 }
 569
 570 static void
 571 qc_drain(vmem_t *vm)
 572 {
 573         int qcache_idx_max;
 574         int i;
 575
 576         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 577         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 578                 zone_drain(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 579 }
 580
 581 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 582
 583 static struct mtx_padalign vmem_bt_lock;
 584
 585 /*
 586  * vmem_bt_alloc:  Allocate a new page of boundary tags.
 587  *
 588  * On architectures with uma_small_alloc there is no recursion; no address
 589  * space need be allocated to allocate boundary tags.  For the others, we
 590  * must handle recursion.  Boundary tags are necessary to allocate new
 591  * boundary tags.
 592  *
 593  * UMA guarantees that enough tags are held in reserve to allocate a new
 594  * page of kva.  We dip into this reserve by specifying M_USE_RESERVE only
 595  * when allocating the page to hold new boundary tags.  In this way the
 596  * reserve is automatically filled by the allocation that uses the reserve.
 597  *
 598  * We still have to guarantee that the new tags are allocated atomically since
 599  * many threads may try concurrently.  The bt_lock provides this guarantee.
 600  * We convert WAITOK allocations to NOWAIT and then handle the blocking here
 601  * on failure.  It's ok to return NULL for a WAITOK allocation as UMA will
 602  * loop again after checking to see if we lost the race to allocate.
 603  *
 604  * There is a small race between vmem_bt_alloc() returning the page and the
 605  * zone lock being acquired to add the page to the zone.  For WAITOK
 606  * allocations we just pause briefly.  NOWAIT may experience a transient
 607  * failure.  To alleviate this we permit a small number of simultaneous
 608  * fills to proceed concurrently so NOWAIT is less likely to fail unless
 609  * we are really out of KVA.
 610  */
 611 static void *
 612 vmem_bt_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
 613 {
 614         vmem_addr_t addr;
 615
 616         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
 617
 618         /*
 619          * Single thread boundary tag allocation so that the address space
 620          * and memory are added in one atomic operation.
 621          */
 622         mtx_lock(&vmem_bt_lock);
 623         if (vmem_xalloc(kmem_arena, bytes, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN,
 624             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_NOVM | M_USE_RESERVE | M_BESTFIT,
 625             &addr) == 0) {
 626                 if (kmem_back(kmem_object, addr, bytes,
 627                     M_NOWAIT | M_USE_RESERVE) == 0) {
 628                         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 629                         return ((void *)addr);
 630                 }
 631                 vmem_xfree(kmem_arena, addr, bytes);
 632                 mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 633                 /*
 634                  * Out of memory, not address space.  This may not even be
 635                  * possible due to M_USE_RESERVE page allocation.
 636                  */
 637                 if (wait & M_WAITOK)
 638                         VM_WAIT;
 639                 return (NULL);
 640         }
 641         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 642         /*
 643          * We're either out of address space or lost a fill race.
 644          */
 645         if (wait & M_WAITOK)
 646                 pause("btalloc", 1);
 647
 648         return (NULL);
 649 }
 650 #endif
 651
 652 void
 653 vmem_startup(void)
 654 {
 655
 656         mtx_init(&vmem_list_lock, "vmem list lock", NULL, MTX_DEF);
 657         vmem_bt_zone = uma_zcreate("vmem btag",
 658             sizeof(struct vmem_btag), NULL, NULL, NULL, NULL,
 659             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM);
 660 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 661         mtx_init(&vmem_bt_lock, "btag lock", NULL, MTX_DEF);
 662         uma_prealloc(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC);
 663         /*
 664          * Reserve enough tags to allocate new tags.  We allow multiple
 665          * CPUs to attempt to allocate new tags concurrently to limit
 666          * false restarts in UMA.
 667          */
 668         uma_zone_reserve(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC * (mp_ncpus + 1) / 2);
 669         uma_zone_set_allocf(vmem_bt_zone, vmem_bt_alloc);
 670 #endif
 671 }
 672
 673 /* ---- rehash */
 674
 675 static int
 676 vmem_rehash(vmem_t *vm, vmem_size_t newhashsize)
 677 {
 678         bt_t *bt;
 679         int i;
 680         struct vmem_hashlist *newhashlist;
 681         struct vmem_hashlist *oldhashlist;
 682         vmem_size_t oldhashsize;
 683
 684         MPASS(newhashsize > 0);
 685
 686         newhashlist = malloc(sizeof(struct vmem_hashlist) * newhashsize,
 687             M_VMEM, M_NOWAIT);
 688         if (newhashlist == NULL)
 689                 return ENOMEM;
 690         for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
 691                 LIST_INIT(&newhashlist[i]);
 692         }
 693
 694         VMEM_LOCK(vm);
 695         oldhashlist = vm->vm_hashlist;
 696         oldhashsize = vm->vm_hashsize;
 697         vm->vm_hashlist = newhashlist;
 698         vm->vm_hashsize = newhashsize;
 699         if (oldhashlist == NULL) {
 700                 VMEM_UNLOCK(vm);
 701                 return 0;
 702         }
 703         for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
 704                 while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
 705                         bt_rembusy(vm, bt);
 706                         bt_insbusy(vm, bt);
 707                 }
 708         }
 709         VMEM_UNLOCK(vm);
 710
 711         if (oldhashlist != vm->vm_hash0) {
 712                 free(oldhashlist, M_VMEM);
 713         }
 714
 715         return 0;
 716 }
 717
 718 static void
 719 vmem_periodic_kick(void *dummy)
 720 {
 721
 722         taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &vmem_periodic_wk);
 723 }
 724
 725 static void
 726 vmem_periodic(void *unused, int pending)
 727 {
 728         vmem_t *vm;
 729         vmem_size_t desired;
 730         vmem_size_t current;
 731
 732         mtx_lock(&vmem_list_lock);
 733         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
 734 #ifdef DIAGNOSTIC
 735                 /* Convenient time to verify vmem state. */
 736                 if (enable_vmem_check == 1) {
 737                         VMEM_LOCK(vm);
 738                         vmem_check(vm);
 739                         VMEM_UNLOCK(vm);
 740                 }
 741 #endif
 742                 desired = 1 << flsl(vm->vm_nbusytag);
 743                 desired = MIN(MAX(desired, VMEM_HASHSIZE_MIN),
 744                     VMEM_HASHSIZE_MAX);
 745                 current = vm->vm_hashsize;
 746
 747                 /* Grow in powers of two.  Shrink less aggressively. */
 748                 if (desired >= current * 2 || desired * 4 <= current)
 749                         vmem_rehash(vm, desired);
 750
 751                 /*
 752                  * Periodically wake up threads waiting for resources,
 753                  * so they could ask for reclamation again.
 754                  */
 755                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
 756         }
 757         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
 758
 759         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 760             vmem_periodic_kick, NULL);
 761 }
 762
 763 static void
 764 vmem_start_callout(void *unused)
 765 {
 766
 767         TASK_INIT(&vmem_periodic_wk, 0, vmem_periodic, NULL);
 768         vmem_periodic_interval = hz * 10;
 769         callout_init(&vmem_periodic_ch, CALLOUT_MPSAFE);
 770         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 771             vmem_periodic_kick, NULL);
 772 }
 773 SYSINIT(vfs, SI_SUB_CONFIGURE, SI_ORDER_ANY, vmem_start_callout, NULL);
 774
 775 static void
 776 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int type)
 777 {
 778         bt_t *btspan;
 779         bt_t *btfree;
 780
 781         MPASS(type == BT_TYPE_SPAN || type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
 782         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 783
 784         btspan = bt_alloc(vm);
 785         btspan->bt_type = type;
 786         btspan->bt_start = addr;
 787         btspan->bt_size = size;
 788         bt_insseg_tail(vm, btspan);
 789
 790         btfree = bt_alloc(vm);
 791         btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 792         btfree->bt_start = addr;
 793         btfree->bt_size = size;
 794         bt_insseg(vm, btfree, btspan);
 795         bt_insfree(vm, btfree);
 796
 797         vm->vm_size += size;
 798 }
 799
 800 static void
 801 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
 802 {
 803         bt_t *bt;
 804
 805         /*
 806          * Drain per-cpu quantum caches.
 807          */
 808         qc_destroy(vm);
 809
 810         /*
 811          * The vmem should now only contain empty segments.
 812          */
 813         VMEM_LOCK(vm);
 814         MPASS(vm->vm_nbusytag == 0);
 815
 816         while ((bt = TAILQ_FIRST(&vm->vm_seglist)) != NULL)
 817                 bt_remseg(vm, bt);
 818
 819         if (vm->vm_hashlist != NULL && vm->vm_hashlist != vm->vm_hash0)
 820                 free(vm->vm_hashlist, M_VMEM);
 821
 822         bt_freetrim(vm, 0);
 823
 824         VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
 825         VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
 826         free(vm, M_VMEM);
 827 }
 828
 829 static int
 830 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vmem_size_t align, int flags)
 831 {
 832         vmem_addr_t addr;
 833         int error;
 834
 835         if (vm->vm_importfn == NULL)
 836                 return EINVAL;
 837
 838         /*
 839          * To make sure we get a span that meets the alignment we double it
 840          * and add the size to the tail.  This slightly overestimates.
 841          */
 842         if (align != vm->vm_quantum_mask + 1)
 843                 size = (align * 2) + size;
 844         size = roundup(size, vm->vm_import_quantum);
 845
 846         /*
 847          * Hide MAXALLOC tags so we're guaranteed to be able to add this
 848          * span and the tag we want to allocate from it.
 849          */
 850         MPASS(vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC);
 851         vm->vm_nfreetags -= BT_MAXALLOC;
 852         VMEM_UNLOCK(vm);
 853         error = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
 854         VMEM_LOCK(vm);
 855         vm->vm_nfreetags += BT_MAXALLOC;
 856         if (error)
 857                 return ENOMEM;
 858
 859         vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN);
 860
 861         return 0;
 862 }
 863
 864 /*
 865  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
 866  *
 867  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
 868  * before calling us.
 869  */
 870 static int
 871 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
 872     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr,
 873     vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
 874 {
 875         vmem_addr_t start;
 876         vmem_addr_t end;
 877
 878         MPASS(size > 0);
 879         MPASS(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
 880
 881         /*
 882          * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
 883          * unsigned integer of the same size.
 884          */
 885
 886         start = bt->bt_start;
 887         if (start < minaddr) {
 888                 start = minaddr;
 889         }
 890         end = BT_END(bt);
 891         if (end > maxaddr)
 892                 end = maxaddr;
 893         if (start > end)
 894                 return (ENOMEM);
 895
 896         start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
 897         if (start < bt->bt_start)
 898                 start += align;
 899         if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
 900                 MPASS(align < nocross);
 901                 start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
 902         }
 903         if (start <= end && end - start >= size - 1) {
 904                 MPASS((start & (align - 1)) == phase);
 905                 MPASS(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
 906                 MPASS(minaddr <= start);
 907                 MPASS(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
 908                 MPASS(bt->bt_start <= start);
 909                 MPASS(BT_END(bt) - start >= size - 1);
 910                 *addrp = start;
 911
 912                 return (0);
 913         }
 914         return (ENOMEM);
 915 }
 916
 917 /*
 918  * vmem_clip:  Trim the boundary tag edges to the requested start and size.
 919  */
 920 static void
 921 vmem_clip(vmem_t *vm, bt_t *bt, vmem_addr_t start, vmem_size_t size)
 922 {
 923         bt_t *btnew;
 924         bt_t *btprev;
 925
 926         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 927         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 928         MPASS(bt->bt_size >= size);
 929         bt_remfree(vm, bt);
 930         if (bt->bt_start != start) {
 931                 btprev = bt_alloc(vm);
 932                 btprev->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 933                 btprev->bt_start = bt->bt_start;
 934                 btprev->bt_size = start - bt->bt_start;
 935                 bt->bt_start = start;
 936                 bt->bt_size -= btprev->bt_size;
 937                 bt_insfree(vm, btprev);
 938                 bt_insseg(vm, btprev,
 939                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 940         }
 941         MPASS(bt->bt_start == start);
 942         if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
 943                 /* split */
 944                 btnew = bt_alloc(vm);
 945                 btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 946                 btnew->bt_start = bt->bt_start;
 947                 btnew->bt_size = size;
 948                 bt->bt_start = bt->bt_start + size;
 949                 bt->bt_size -= size;
 950                 bt_insfree(vm, bt);
 951                 bt_insseg(vm, btnew,
 952                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 953                 bt_insbusy(vm, btnew);
 954                 bt = btnew;
 955         } else {
 956                 bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 957                 bt_insbusy(vm, bt);
 958         }
 959         MPASS(bt->bt_size >= size);
 960         bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 961 }
 962
 963 /* ---- vmem API */
 964
 965 void
 966 vmem_set_import(vmem_t *vm, vmem_import_t *importfn,
 967      vmem_release_t *releasefn, void *arg, vmem_size_t import_quantum)
 968 {
 969
 970         VMEM_LOCK(vm);
 971         vm->vm_importfn = importfn;
 972         vm->vm_releasefn = releasefn;
 973         vm->vm_arg = arg;
 974         vm->vm_import_quantum = import_quantum;
 975         VMEM_UNLOCK(vm);
 976 }
 977
 978 void
 979 vmem_set_reclaim(vmem_t *vm, vmem_reclaim_t *reclaimfn)
 980 {
 981
 982         VMEM_LOCK(vm);
 983         vm->vm_reclaimfn = reclaimfn;
 984         VMEM_UNLOCK(vm);
 985 }
 986
 987 /*
 988  * vmem_init: Initializes vmem arena.
 989  */
 990 vmem_t *
 991 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
 992     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
 993 {
 994         int i;
 995
 996         MPASS(quantum > 0);
 997         MPASS((quantum & (quantum - 1)) == 0);
 998
 999         bzero(vm, sizeof(*vm));
1000
1001         VMEM_CONDVAR_INIT(vm, name);
1002         VMEM_LOCK_INIT(vm, name);
1003         vm->vm_nfreetags = 0;
1004         LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
1005         strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
1006         vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
1007         vm->vm_quantum_shift = flsl(quantum) - 1;
1008         vm->vm_nbusytag = 0;
1009         vm->vm_size = 0;
1010         vm->vm_inuse = 0;
1011         qc_init(vm, qcache_max);
1012
1013         TAILQ_INIT(&vm->vm_seglist);
1014         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1015                 LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
1016         }
1017         memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(vm->vm_hash0));
1018         vm->vm_hashsize = VMEM_HASHSIZE_MIN;
1019         vm->vm_hashlist = vm->vm_hash0;
1020
1021         if (size != 0) {
1022                 if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
1023                         vmem_destroy1(vm);
1024                         return NULL;
1025                 }
1026         }
1027
1028         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1029         LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
1030         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1031
1032         return vm;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * vmem_create: create an arena.
1037  */
1038 vmem_t *
1039 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
1040     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
1041 {
1042
1043         vmem_t *vm;
1044
1045         vm = malloc(sizeof(*vm), M_VMEM, flags & (M_WAITOK|M_NOWAIT));
1046         if (vm == NULL)
1047                 return (NULL);
1048         if (vmem_init(vm, name, base, size, quantum, qcache_max,
1049             flags) == NULL) {
1050                 free(vm, M_VMEM);
1051                 return (NULL);
1052         }
1053         return (vm);
1054 }
1055
1056 void
1057 vmem_destroy(vmem_t *vm)
1058 {
1059
1060         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1061         LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
1062         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1063
1064         vmem_destroy1(vm);
1065 }
1066
1067 vmem_size_t
1068 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
1069 {
1070
1071         return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
1072 }
1073
1074 /*
1075  * vmem_alloc: allocate resource from the arena.
1076  */
1077 int
1078 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
1079 {
1080         const int strat __unused = flags & VMEM_FITMASK;
1081         qcache_t *qc;
1082
1083         flags &= VMEM_FLAGS;
1084         MPASS(size > 0);
1085         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1086         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1087                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_alloc");
1088
1089         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1090                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1091                 *addrp = (vmem_addr_t)uma_zalloc(qc->qc_cache, flags);
1092                 if (*addrp == 0)
1093                         return (ENOMEM);
1094                 return (0);
1095         }
1096
1097         return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
1098             flags, addrp);
1099 }
1100
1101 int
1102 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
1103     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
1104     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, int flags,
1105     vmem_addr_t *addrp)
1106 {
1107         const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
1108         struct vmem_freelist *list;
1109         struct vmem_freelist *first;
1110         struct vmem_freelist *end;
1111         vmem_size_t avail;
1112         bt_t *bt;
1113         int error;
1114         int strat;
1115
1116         flags &= VMEM_FLAGS;
1117         strat = flags & VMEM_FITMASK;
1118         MPASS(size0 > 0);
1119         MPASS(size > 0);
1120         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1121         MPASS((flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) != (M_NOWAIT|M_WAITOK));
1122         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1123                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_xalloc");
1124         MPASS((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1125         MPASS((align & (align - 1)) == 0);
1126         MPASS((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1127         MPASS((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1128         MPASS((nocross & (nocross - 1)) == 0);
1129         MPASS((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
1130         MPASS(nocross == 0 || nocross >= size);
1131         MPASS(minaddr <= maxaddr);
1132         MPASS(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
1133
1134         if (align == 0)
1135                 align = vm->vm_quantum_mask + 1;
1136
1137         *addrp = 0;
1138         end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
1139         /*
1140          * choose a free block from which we allocate.
1141          */
1142         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1143         VMEM_LOCK(vm);
1144         for (;;) {
1145                 /*
1146                  * Make sure we have enough tags to complete the
1147                  * operation.
1148                  */
1149                 if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC &&
1150                     bt_fill(vm, flags) != 0) {
1151                         error = ENOMEM;
1152                         break;
1153                 }
1154                 /*
1155                  * Scan freelists looking for a tag that satisfies the
1156                  * allocation.  If we're doing BESTFIT we may encounter
1157                  * sizes below the request.  If we're doing FIRSTFIT we
1158                  * inspect only the first element from each list.
1159                  */
1160                 for (list = first; list < end; list++) {
1161                         LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
1162                                 if (bt->bt_size >= size) {
1163                                         error = vmem_fit(bt, size, align, phase,
1164                                             nocross, minaddr, maxaddr, addrp);
1165                                         if (error == 0) {
1166                                                 vmem_clip(vm, bt, *addrp, size);
1167                                                 goto out;
1168                                         }
1169                                 }
1170                                 /* FIRST skips to the next list. */
1171                                 if (strat == M_FIRSTFIT)
1172                                         break;
1173                         }
1174                 }
1175                 /*
1176                  * Retry if the fast algorithm failed.
1177                  */
1178                 if (strat == M_FIRSTFIT) {
1179                         strat = M_BESTFIT;
1180                         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1181                         continue;
1182                 }
1183                 /*
1184                  * XXX it is possible to fail to meet restrictions with the
1185                  * imported region.  It is up to the user to specify the
1186                  * import quantum such that it can satisfy any allocation.
1187                  */
1188                 if (vmem_import(vm, size, align, flags) == 0)
1189                         continue;
1190
1191                 /*
1192                  * Try to free some space from the quantum cache or reclaim
1193                  * functions if available.
1194                  */
1195                 if (vm->vm_qcache_max != 0 || vm->vm_reclaimfn != NULL) {
1196                         avail = vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1197                         VMEM_UNLOCK(vm);
1198                         if (vm->vm_qcache_max != 0)
1199                                 qc_drain(vm);
1200                         if (vm->vm_reclaimfn != NULL)
1201                                 vm->vm_reclaimfn(vm, flags);
1202                         VMEM_LOCK(vm);
1203                         /* If we were successful retry even NOWAIT. */
1204                         if (vm->vm_size - vm->vm_inuse > avail)
1205                                 continue;
1206                 }
1207                 if ((flags & M_NOWAIT) != 0) {
1208                         error = ENOMEM;
1209                         break;
1210                 }
1211                 VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
1212         }
1213 out:
1214         VMEM_UNLOCK(vm);
1215         if (error != 0 && (flags & M_NOWAIT) == 0)
1216                 panic("failed to allocate waiting allocation\n");
1217
1218         return (error);
1219 }
1220
1221 /*
1222  * vmem_free: free the resource to the arena.
1223  */
1224 void
1225 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1226 {
1227         qcache_t *qc;
1228         MPASS(size > 0);
1229
1230         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1231                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1232                 uma_zfree(qc->qc_cache, (void *)addr);
1233         } else
1234                 vmem_xfree(vm, addr, size);
1235 }
1236
1237 void
1238 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1239 {
1240         bt_t *bt;
1241         bt_t *t;
1242
1243         MPASS(size > 0);
1244
1245         VMEM_LOCK(vm);
1246         bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
1247         MPASS(bt != NULL);
1248         MPASS(bt->bt_start == addr);
1249         MPASS(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
1250             bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
1251         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1252         bt_rembusy(vm, bt);
1253         bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
1254
1255         /* coalesce */
1256         t = TAILQ_NEXT(bt, bt_seglist);
1257         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1258                 MPASS(BT_END(bt) < t->bt_start);        /* YYY */
1259                 bt->bt_size += t->bt_size;
1260                 bt_remfree(vm, t);
1261                 bt_remseg(vm, t);
1262         }
1263         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1264         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1265                 MPASS(BT_END(t) < bt->bt_start);        /* YYY */
1266                 bt->bt_size += t->bt_size;
1267                 bt->bt_start = t->bt_start;
1268                 bt_remfree(vm, t);
1269                 bt_remseg(vm, t);
1270         }
1271
1272         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1273         MPASS(t != NULL);
1274         MPASS(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1275         if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
1276             t->bt_size == bt->bt_size) {
1277                 vmem_addr_t spanaddr;
1278                 vmem_size_t spansize;
1279
1280                 MPASS(t->bt_start == bt->bt_start);
1281                 spanaddr = bt->bt_start;
1282                 spansize = bt->bt_size;
1283                 bt_remseg(vm, bt);
1284                 bt_remseg(vm, t);
1285                 vm->vm_size -= spansize;
1286                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1287                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1288                 (*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
1289         } else {
1290                 bt_insfree(vm, bt);
1291                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1292                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1293         }
1294 }
1295
1296 /*
1297  * vmem_add:
1298  *
1299  */
1300 int
1301 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int flags)
1302 {
1303         int error;
1304
1305         error = 0;
1306         flags &= VMEM_FLAGS;
1307         VMEM_LOCK(vm);
1308         if (vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC || bt_fill(vm, flags) == 0)
1309                 vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
1310         else
1311                 error = ENOMEM;
1312         VMEM_UNLOCK(vm);
1313
1314         return (error);
1315 }
1316
1317 /*
1318  * vmem_size: information about arenas size
1319  */
1320 vmem_size_t
1321 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
1322 {
1323         int i;
1324
1325         switch (typemask) {
1326         case VMEM_ALLOC:
1327                 return vm->vm_inuse;
1328         case VMEM_FREE:
1329                 return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1330         case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
1331                 return vm->vm_size;
1332         case VMEM_MAXFREE:
1333                 VMEM_LOCK(vm);
1334                 for (i = VMEM_MAXORDER - 1; i >= 0; i--) {
1335                         if (LIST_EMPTY(&vm->vm_freelist[i]))
1336                                 continue;
1337                         VMEM_UNLOCK(vm);
1338                         return ((vmem_size_t)ORDER2SIZE(i) <<
1339                             vm->vm_quantum_shift);
1340                 }
1341                 VMEM_UNLOCK(vm);
1342                 return (0);
1343         default:
1344                 panic("vmem_size");
1345         }
1346 }
1347
1348 /* ---- debug */
1349
1350 #if defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC)
1351
1352 static void bt_dump(const bt_t *, int (*)(const char *, ...)
1353     __printflike(1, 2));
1354
1355 static const char *
1356 bt_type_string(int type)
1357 {
1358
1359         switch (type) {
1360         case BT_TYPE_BUSY:
1361                 return "busy";
1362         case BT_TYPE_FREE:
1363                 return "free";
1364         case BT_TYPE_SPAN:
1365                 return "span";
1366         case BT_TYPE_SPAN_STATIC:
1367                 return "static span";
1368         default:
1369                 break;
1370         }
1371         return "BOGUS";
1372 }
1373
1374 static void
1375 bt_dump(const bt_t *bt, int (*pr)(const char *, ...))
1376 {
1377
1378         (*pr)("\t%p: %jx %jx, %d(%s)\n",
1379             bt, (intmax_t)bt->bt_start, (intmax_t)bt->bt_size,
1380             bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
1381 }
1382
1383 static void
1384 vmem_dump(const vmem_t *vm , int (*pr)(const char *, ...) __printflike(1, 2))
1385 {
1386         const bt_t *bt;
1387         int i;
1388
1389         (*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1390         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1391                 bt_dump(bt, pr);
1392         }
1393
1394         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1395                 const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
1396
1397                 if (LIST_EMPTY(fl)) {
1398                         continue;
1399                 }
1400
1401                 (*pr)("freelist[%d]\n", i);
1402                 LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
1403                         bt_dump(bt, pr);
1404                 }
1405         }
1406 }
1407
1408 #endif /* defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC) */
1409
1410 #if defined(DDB)
1411 #include <ddb/ddb.h>
1412
1413 static bt_t *
1414 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
1415 {
1416         bt_t *bt;
1417
1418         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1419                 if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
1420                         continue;
1421                 }
1422                 if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
1423                         return bt;
1424                 }
1425         }
1426
1427         return NULL;
1428 }
1429
1430 void
1431 vmem_whatis(vmem_addr_t addr, int (*pr)(const char *, ...))
1432 {
1433         vmem_t *vm;
1434
1435         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1436                 bt_t *bt;
1437
1438                 bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
1439                 if (bt == NULL) {
1440                         continue;
1441                 }
1442                 (*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
1443                     (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
1444                     (vmem_size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
1445                     (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
1446         }
1447 }
1448
1449 void
1450 vmem_printall(const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1451 {
1452         const vmem_t *vm;
1453
1454         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1455                 vmem_dump(vm, pr);
1456         }
1457 }
1458
1459 void
1460 vmem_print(vmem_addr_t addr, const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1461 {
1462         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1463
1464         vmem_dump(vm, pr);
1465 }
1466
1467 DB_SHOW_COMMAND(vmemdump, vmemdump)
1468 {
1469
1470         if (!have_addr) {
1471                 db_printf("usage: show vmemdump <addr>\n");
1472                 return;
1473         }
1474
1475         vmem_dump((const vmem_t *)addr, db_printf);
1476 }
1477
1478 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmemdump, vmemdumpall)
1479 {
1480         const vmem_t *vm;
1481
1482         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1483                 vmem_dump(vm, db_printf);
1484 }
1485
1486 DB_SHOW_COMMAND(vmem, vmem_summ)
1487 {
1488         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1489         const bt_t *bt;
1490         size_t ft[VMEM_MAXORDER], ut[VMEM_MAXORDER];
1491         size_t fs[VMEM_MAXORDER], us[VMEM_MAXORDER];
1492         int ord;
1493
1494         if (!have_addr) {
1495                 db_printf("usage: show vmem <addr>\n");
1496                 return;
1497         }
1498
1499         db_printf("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1500         db_printf("\tquantum:\t%zu\n", vm->vm_quantum_mask + 1);
1501         db_printf("\tsize:\t%zu\n", vm->vm_size);
1502         db_printf("\tinuse:\t%zu\n", vm->vm_inuse);
1503         db_printf("\tfree:\t%zu\n", vm->vm_size - vm->vm_inuse);
1504         db_printf("\tbusy tags:\t%d\n", vm->vm_nbusytag);
1505         db_printf("\tfree tags:\t%d\n", vm->vm_nfreetags);
1506
1507         memset(&ft, 0, sizeof(ft));
1508         memset(&ut, 0, sizeof(ut));
1509         memset(&fs, 0, sizeof(fs));
1510         memset(&us, 0, sizeof(us));
1511         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1512                 ord = SIZE2ORDER(bt->bt_size >> vm->vm_quantum_shift);
1513                 if (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) {
1514                         ut[ord]++;
1515                         us[ord] += bt->bt_size;
1516                 } else if (bt->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1517                         ft[ord]++;
1518                         fs[ord] += bt->bt_size;
1519                 }
1520         }
1521         db_printf("\t\t\tinuse\tsize\t\tfree\tsize\n");
1522         for (ord = 0; ord < VMEM_MAXORDER; ord++) {
1523                 if (ut[ord] == 0 && ft[ord] == 0)
1524                         continue;
1525                 db_printf("\t%-15zu %zu\t%-15zu %zu\t%-16zu\n",
1526                     ORDER2SIZE(ord) << vm->vm_quantum_shift,
1527                     ut[ord], us[ord], ft[ord], fs[ord]);
1528         }
1529 }
1530
1531 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmem, vmem_summall)
1532 {
1533         const vmem_t *vm;
1534
1535         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1536                 vmem_summ((db_expr_t)vm, TRUE, count, modif);
1537 }
1538 #endif /* defined(DDB) */
1539
1540 #define vmem_printf printf
1541
1542 #if defined(DIAGNOSTIC)
1543
1544 static bool
1545 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
1546 {
1547         const bt_t *bt, *bt2;
1548
1549         MPASS(vm != NULL);
1550
1551         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1552                 if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
1553                         printf("corrupted tag\n");
1554                         bt_dump(bt, vmem_printf);
1555                         return false;
1556                 }
1557         }
1558         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1559                 TAILQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1560                         if (bt == bt2) {
1561                                 continue;
1562                         }
1563                         if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
1564                                 continue;
1565                         }
1566                         if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
1567                             bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
1568                                 printf("overwrapped tags\n");
1569                                 bt_dump(bt, vmem_printf);
1570                                 bt_dump(bt2, vmem_printf);
1571                                 return false;
1572                         }
1573                 }
1574         }
1575
1576         return true;
1577 }
1578
1579 static void
1580 vmem_check(vmem_t *vm)
1581 {
1582
1583         if (!vmem_check_sanity(vm)) {
1584                 panic("insanity vmem %p", vm);
1585         }
1586 }
1587
1588 #endif /* defined(DIAGNOSTIC) */