]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/7.2.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Create releng/7.2 from stable/7 in preparation for 7.2-RELEASE.
[FreeBSD/releng/7.2.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002, 2003, 2004, 2005 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * effecient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62
63 #include <sys/param.h>
64 #include <sys/systm.h>
65 #include <sys/kernel.h>
66 #include <sys/types.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/sbuf.h>
75 #include <sys/smp.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_object.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_param.h>
82 #include <vm/vm_map.h>
83 #include <vm/vm_kern.h>
84 #include <vm/vm_extern.h>
85 #include <vm/uma.h>
86 #include <vm/uma_int.h>
87 #include <vm/uma_dbg.h>
88
89 #include <machine/vmparam.h>
90
91 #include <ddb/ddb.h>
92
93 /*
94  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
95  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
96  * bss section to bootstrap us.
97  */
98 static struct uma_keg masterkeg;
99 static struct uma_zone masterzone_k;
100 static struct uma_zone masterzone_z;
101 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
102 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
103
104 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
105 static uma_zone_t slabzone;
106 static uma_zone_t slabrefzone;  /* With refcounters (for UMA_ZONE_REFCNT) */
107
108 /*
109  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
110  * prior to malloc coming up.
111  */
112 static uma_zone_t hashzone;
113
114 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
115 static int uma_align_cache = 16 - 1;
116
117 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
118
119 /*
120  * Are we allowed to allocate buckets?
121  */
122 static int bucketdisable = 1;
123
124 /* Linked list of all kegs in the system */
125 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_kegs);
126
127 /* This mutex protects the keg list */
128 static struct mtx uma_mtx;
129
130 /* Linked list of boot time pages */
131 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
132     LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_boot_pages);
133
134 /* This mutex protects the boot time pages list */
135 static struct mtx uma_boot_pages_mtx;
136
137 /* Is the VM done starting up? */
138 static int booted = 0;
139
140 /* Maximum number of allowed items-per-slab if the slab header is OFFPAGE */
141 static u_int uma_max_ipers;
142 static u_int uma_max_ipers_ref;
143
144 /*
145  * This is the handle used to schedule events that need to happen
146  * outside of the allocation fast path.
147  */
148 static struct callout uma_callout;
149 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
150
151 /*
152  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
153  * a special allocation function just for zones.
154  */
155 struct uma_zctor_args {
156         char *name;
157         size_t size;
158         uma_ctor ctor;
159         uma_dtor dtor;
160         uma_init uminit;
161         uma_fini fini;
162         uma_keg_t keg;
163         int align;
164         u_int32_t flags;
165 };
166
167 struct uma_kctor_args {
168         uma_zone_t zone;
169         size_t size;
170         uma_init uminit;
171         uma_fini fini;
172         int align;
173         u_int32_t flags;
174 };
175
176 struct uma_bucket_zone {
177         uma_zone_t      ubz_zone;
178         char            *ubz_name;
179         int             ubz_entries;
180 };
181
182 #define BUCKET_MAX      128
183
184 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
185         { NULL, "16 Bucket", 16 },
186         { NULL, "32 Bucket", 32 },
187         { NULL, "64 Bucket", 64 },
188         { NULL, "128 Bucket", 128 },
189         { NULL, NULL, 0}
190 };
191
192 #define BUCKET_SHIFT    4
193 #define BUCKET_ZONES    ((BUCKET_MAX >> BUCKET_SHIFT) + 1)
194
195 /*
196  * bucket_size[] maps requested bucket sizes to zones that allocate a bucket
197  * of approximately the right size.
198  */
199 static uint8_t bucket_size[BUCKET_ZONES];
200
201 /*
202  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
203  */
204 enum zfreeskip { SKIP_NONE, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
205
206 #define ZFREE_STATFAIL  0x00000001      /* Update zone failure statistic. */
207 #define ZFREE_STATFREE  0x00000002      /* Update zone free statistic. */
208
209 /* Prototypes.. */
210
211 static void *obj_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
212 static void *page_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
213 static void *startup_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
214 static void page_free(void *, int, u_int8_t);
215 static uma_slab_t slab_zalloc(uma_zone_t, int);
216 static void cache_drain(uma_zone_t);
217 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
218 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
219 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
220 static void keg_dtor(void *, int, void *);
221 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
222 static void zone_dtor(void *, int, void *);
223 static int zero_init(void *, int, int);
224 static void zone_small_init(uma_zone_t zone);
225 static void zone_large_init(uma_zone_t zone);
226 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
227 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
228 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
229 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
230 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
231 static void uma_timeout(void *);
232 static void uma_startup3(void);
233 static void *uma_zalloc_internal(uma_zone_t, void *, int);
234 static void uma_zfree_internal(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip,
235     int);
236 static void bucket_enable(void);
237 static void bucket_init(void);
238 static uma_bucket_t bucket_alloc(int, int);
239 static void bucket_free(uma_bucket_t);
240 static void bucket_zone_drain(void);
241 static int uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags);
242 static uma_slab_t uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags);
243 static void *uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab);
244 static uma_zone_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
245     uma_fini fini, int align, u_int32_t flags);
246
247 void uma_print_zone(uma_zone_t);
248 void uma_print_stats(void);
249 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
250 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
251
252 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
253
254 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
255     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
256
257 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
258     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
259
260 /*
261  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
262  */
263
264 static void
265 bucket_enable(void)
266 {
267         if (cnt.v_free_count < cnt.v_free_min)
268                 bucketdisable = 1;
269         else
270                 bucketdisable = 0;
271 }
272
273 /*
274  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
275  *
276  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
277  * of the header and an array of pointers.  Initialize bucket_size[] to point
278  * the range of appropriate bucket sizes at the zone.
279  */
280 static void
281 bucket_init(void)
282 {
283         struct uma_bucket_zone *ubz;
284         int i;
285         int j;
286
287         for (i = 0, j = 0; bucket_zones[j].ubz_entries != 0; j++) {
288                 int size;
289
290                 ubz = &bucket_zones[j];
291                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
292                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
293                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
294                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
295                 for (; i <= ubz->ubz_entries; i += (1 << BUCKET_SHIFT))
296                         bucket_size[i >> BUCKET_SHIFT] = j;
297         }
298 }
299
300 /*
301  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
302  * to allocate the bucket.
303  */
304 static struct uma_bucket_zone *
305 bucket_zone_lookup(int entries)
306 {
307         int idx;
308
309         idx = howmany(entries, 1 << BUCKET_SHIFT);
310         return (&bucket_zones[bucket_size[idx]]);
311 }
312
313 static uma_bucket_t
314 bucket_alloc(int entries, int bflags)
315 {
316         struct uma_bucket_zone *ubz;
317         uma_bucket_t bucket;
318
319         /*
320          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
321          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
322          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
323          * low memory situations.
324          */
325         if (bucketdisable)
326                 return (NULL);
327
328         ubz = bucket_zone_lookup(entries);
329         bucket = uma_zalloc_internal(ubz->ubz_zone, NULL, bflags);
330         if (bucket) {
331 #ifdef INVARIANTS
332                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
333 #endif
334                 bucket->ub_cnt = 0;
335                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
336         }
337
338         return (bucket);
339 }
340
341 static void
342 bucket_free(uma_bucket_t bucket)
343 {
344         struct uma_bucket_zone *ubz;
345
346         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
347         uma_zfree_internal(ubz->ubz_zone, bucket, NULL, SKIP_NONE,
348             ZFREE_STATFREE);
349 }
350
351 static void
352 bucket_zone_drain(void)
353 {
354         struct uma_bucket_zone *ubz;
355
356         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
357                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
358 }
359
360
361 /*
362  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
363  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
364  *
365  * Arguments:
366  *      arg   Unused
367  *
368  * Returns:
369  *      Nothing
370  */
371 static void
372 uma_timeout(void *unused)
373 {
374         bucket_enable();
375         zone_foreach(zone_timeout);
376
377         /* Reschedule this event */
378         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
379 }
380
381 /*
382  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
383  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
384  *
385  *  Arguments:
386  *      zone  The zone to operate on
387  *
388  *  Returns:
389  *      Nothing
390  */
391 static void
392 zone_timeout(uma_zone_t zone)
393 {
394         uma_keg_t keg;
395         u_int64_t alloc;
396
397         keg = zone->uz_keg;
398         alloc = 0;
399
400         /*
401          * Expand the zone hash table.
402          *
403          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
404          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
405          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
406          */
407         ZONE_LOCK(zone);
408         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
409             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
410                 struct uma_hash newhash;
411                 struct uma_hash oldhash;
412                 int ret;
413
414                 /*
415                  * This is so involved because allocating and freeing
416                  * while the zone lock is held will lead to deadlock.
417                  * I have to do everything in stages and check for
418                  * races.
419                  */
420                 newhash = keg->uk_hash;
421                 ZONE_UNLOCK(zone);
422                 ret = hash_alloc(&newhash);
423                 ZONE_LOCK(zone);
424                 if (ret) {
425                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
426                                 oldhash = keg->uk_hash;
427                                 keg->uk_hash = newhash;
428                         } else
429                                 oldhash = newhash;
430
431                         ZONE_UNLOCK(zone);
432                         hash_free(&oldhash);
433                         ZONE_LOCK(zone);
434                 }
435         }
436         ZONE_UNLOCK(zone);
437 }
438
439 /*
440  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
441  * backing store.
442  *
443  * Arguments:
444  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
445  *
446  * Returns:
447  *      1 on sucess and 0 on failure.
448  */
449 static int
450 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
451 {
452         int oldsize;
453         int alloc;
454
455         oldsize = hash->uh_hashsize;
456
457         /* We're just going to go to a power of two greater */
458         if (oldsize)  {
459                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
460                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
461                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
462                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
463         } else {
464                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
465                 hash->uh_slab_hash = uma_zalloc_internal(hashzone, NULL,
466                     M_WAITOK);
467                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
468         }
469         if (hash->uh_slab_hash) {
470                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
471                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
472                 return (1);
473         }
474
475         return (0);
476 }
477
478 /*
479  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
480  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
481  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
482  *
483  * Arguments:
484  *      oldhash  The hash you want to expand
485  *      newhash  The hash structure for the new table
486  *
487  * Returns:
488  *      Nothing
489  *
490  * Discussion:
491  */
492 static int
493 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
494 {
495         uma_slab_t slab;
496         int hval;
497         int i;
498
499         if (!newhash->uh_slab_hash)
500                 return (0);
501
502         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
503                 return (0);
504
505         /*
506          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
507          * full rehash.
508          */
509
510         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
511                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
512                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
513                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
514                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
515                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
516                             slab, us_hlink);
517                 }
518
519         return (1);
520 }
521
522 /*
523  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
524  *
525  * Arguments:
526  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
527  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
528  *
529  * Returns:
530  *      Nothing
531  */
532 static void
533 hash_free(struct uma_hash *hash)
534 {
535         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
536                 return;
537         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
538                 uma_zfree_internal(hashzone,
539                     hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
540         else
541                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
542 }
543
544 /*
545  * Frees all outstanding items in a bucket
546  *
547  * Arguments:
548  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
549  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
550  *
551  * Returns:
552  *      Nothing
553  */
554
555 static void
556 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
557 {
558         uma_slab_t slab;
559         int mzone;
560         void *item;
561
562         if (bucket == NULL)
563                 return;
564
565         slab = NULL;
566         mzone = 0;
567
568         /* We have to lookup the slab again for malloc.. */
569         if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
570                 mzone = 1;
571
572         while (bucket->ub_cnt > 0)  {
573                 bucket->ub_cnt--;
574                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
575 #ifdef INVARIANTS
576                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
577                 KASSERT(item != NULL,
578                     ("bucket_drain: botched ptr, item is NULL"));
579 #endif
580                 /*
581                  * This is extremely inefficient.  The slab pointer was passed
582                  * to uma_zfree_arg, but we lost it because the buckets don't
583                  * hold them.  This will go away when free() gets a size passed
584                  * to it.
585                  */
586                 if (mzone)
587                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
588                 uma_zfree_internal(zone, item, slab, SKIP_DTOR, 0);
589         }
590 }
591
592 /*
593  * Drains the per cpu caches for a zone.
594  *
595  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
596  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
597  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
598  *
599  * Arguments:
600  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
601  *
602  * Returns:
603  *      Nothing
604  */
605 static void
606 cache_drain(uma_zone_t zone)
607 {
608         uma_cache_t cache;
609         int cpu;
610
611         /*
612          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
613          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
614          * of the caches at this point.
615          *
616          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
617          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
618          *
619          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
620          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
621          * there in some form?
622          */
623         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
624                 if (CPU_ABSENT(cpu))
625                         continue;
626                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
627                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
628                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
629                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
630                         bucket_free(cache->uc_allocbucket);
631                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
632                         bucket_free(cache->uc_freebucket);
633                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
634         }
635         ZONE_LOCK(zone);
636         bucket_cache_drain(zone);
637         ZONE_UNLOCK(zone);
638 }
639
640 /*
641  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
642  */
643 static void
644 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
645 {
646         uma_bucket_t bucket;
647
648         /*
649          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
650          * cpu (alloc/free).
651          */
652         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
653                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
654                 ZONE_UNLOCK(zone);
655                 bucket_drain(zone, bucket);
656                 bucket_free(bucket);
657                 ZONE_LOCK(zone);
658         }
659
660         /* Now we do the free queue.. */
661         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
662                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
663                 bucket_free(bucket);
664         }
665 }
666
667 /*
668  * Frees pages from a zone back to the system.  This is done on demand from
669  * the pageout daemon.
670  *
671  * Arguments:
672  *      zone  The zone to free pages from
673  *       all  Should we drain all items?
674  *
675  * Returns:
676  *      Nothing.
677  */
678 void
679 zone_drain(uma_zone_t zone)
680 {
681         struct slabhead freeslabs = { 0 };
682         uma_keg_t keg;
683         uma_slab_t slab;
684         uma_slab_t n;
685         u_int8_t flags;
686         u_int8_t *mem;
687         int i;
688
689         keg = zone->uz_keg;
690
691         /*
692          * We don't want to take pages from statically allocated zones at this
693          * time
694          */
695         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
696                 return;
697
698         ZONE_LOCK(zone);
699
700 #ifdef UMA_DEBUG
701         printf("%s free items: %u\n", zone->uz_name, keg->uk_free);
702 #endif
703         bucket_cache_drain(zone);
704         if (keg->uk_free == 0)
705                 goto finished;
706
707         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
708         while (slab) {
709                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
710
711                 /* We have no where to free these to */
712                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
713                         slab = n;
714                         continue;
715                 }
716
717                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
718                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
719                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
720
721                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
722                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
723
724                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
725
726                 slab = n;
727         }
728 finished:
729         ZONE_UNLOCK(zone);
730
731         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
732                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
733                 if (keg->uk_fini)
734                         for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
735                                 keg->uk_fini(
736                                     slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
737                                     keg->uk_size);
738                 flags = slab->us_flags;
739                 mem = slab->us_data;
740
741                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
742                     (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
743                         vm_object_t obj;
744
745                         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
746                                 obj = kmem_object;
747                         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
748                                 obj = kernel_object;
749                         else
750                                 obj = NULL;
751                         for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
752                                 vsetobj((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
753                                     obj);
754                 }
755                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
756                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
757                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
758 #ifdef UMA_DEBUG
759                 printf("%s: Returning %d bytes.\n",
760                     zone->uz_name, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera);
761 #endif
762                 keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
763         }
764 }
765
766 /*
767  * Allocate a new slab for a zone.  This does not insert the slab onto a list.
768  *
769  * Arguments:
770  *      zone  The zone to allocate slabs for
771  *      wait  Shall we wait?
772  *
773  * Returns:
774  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
775  *      caller specified M_NOWAIT.
776  */
777 static uma_slab_t
778 slab_zalloc(uma_zone_t zone, int wait)
779 {
780         uma_slabrefcnt_t slabref;
781         uma_slab_t slab;
782         uma_keg_t keg;
783         u_int8_t *mem;
784         u_int8_t flags;
785         int i;
786
787         slab = NULL;
788         keg = zone->uz_keg;
789
790 #ifdef UMA_DEBUG
791         printf("slab_zalloc:  Allocating a new slab for %s\n", zone->uz_name);
792 #endif
793         ZONE_UNLOCK(zone);
794
795         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
796                 slab = uma_zalloc_internal(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
797                 if (slab == NULL) {
798                         ZONE_LOCK(zone);
799                         return NULL;
800                 }
801         }
802
803         /*
804          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
805          * first time they are added to a zone.
806          *
807          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
808          */
809
810         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
811                 wait |= M_ZERO;
812         else
813                 wait &= ~M_ZERO;
814
815         mem = keg->uk_allocf(zone, keg->uk_ppera * UMA_SLAB_SIZE,
816             &flags, wait);
817         if (mem == NULL) {
818                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
819                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
820                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
821                 ZONE_LOCK(zone);
822                 return (NULL);
823         }
824
825         /* Point the slab into the allocated memory */
826         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
827                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
828
829         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
830             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT))
831                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
832                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
833
834         slab->us_keg = keg;
835         slab->us_data = mem;
836         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
837         slab->us_firstfree = 0;
838         slab->us_flags = flags;
839
840         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
841                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
842                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++) {
843                         slabref->us_freelist[i].us_refcnt = 0;
844                         slabref->us_freelist[i].us_item = i+1;
845                 }
846         } else {
847                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
848                         slab->us_freelist[i].us_item = i+1;
849         }
850
851         if (keg->uk_init != NULL) {
852                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
853                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
854                             keg->uk_size, wait) != 0)
855                                 break;
856                 if (i != keg->uk_ipers) {
857                         if (keg->uk_fini != NULL) {
858                                 for (i--; i > -1; i--)
859                                         keg->uk_fini(slab->us_data +
860                                             (keg->uk_rsize * i),
861                                             keg->uk_size);
862                         }
863                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
864                             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
865                                 vm_object_t obj;
866
867                                 if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
868                                         obj = kmem_object;
869                                 else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
870                                         obj = kernel_object;
871                                 else
872                                         obj = NULL;
873                                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
874                                         vsetobj((vm_offset_t)mem +
875                                             (i * PAGE_SIZE), obj);
876                         }
877                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
878                                 uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab,
879                                     NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
880                         keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera,
881                             flags);
882                         ZONE_LOCK(zone);
883                         return (NULL);
884                 }
885         }
886         ZONE_LOCK(zone);
887
888         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
889                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
890
891         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
892         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
893
894         return (slab);
895 }
896
897 /*
898  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
899  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
900  * the VM is ready.
901  */
902 static void *
903 startup_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
904 {
905         uma_keg_t keg;
906         uma_slab_t tmps;
907
908         keg = zone->uz_keg;
909
910         /*
911          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
912          */
913         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
914         if ((tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages)) != NULL) {
915                 LIST_REMOVE(tmps, us_link);
916                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
917                 *pflag = tmps->us_flags;
918                 return (tmps->us_data);
919         }
920         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
921         if (booted == 0)
922                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
923         /*
924          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
925          */
926 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
927         keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
928 #else
929         keg->uk_allocf = page_alloc;
930 #endif
931         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
932 }
933
934 /*
935  * Allocates a number of pages from the system
936  *
937  * Arguments:
938  *      zone  Unused
939  *      bytes  The number of bytes requested
940  *      wait  Shall we wait?
941  *
942  * Returns:
943  *      A pointer to the alloced memory or possibly
944  *      NULL if M_NOWAIT is set.
945  */
946 static void *
947 page_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
948 {
949         void *p;        /* Returned page */
950
951         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
952         p = (void *) kmem_malloc(kmem_map, bytes, wait);
953
954         return (p);
955 }
956
957 /*
958  * Allocates a number of pages from within an object
959  *
960  * Arguments:
961  *      zone   Unused
962  *      bytes  The number of bytes requested
963  *      wait   Shall we wait?
964  *
965  * Returns:
966  *      A pointer to the alloced memory or possibly
967  *      NULL if M_NOWAIT is set.
968  */
969 static void *
970 obj_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait)
971 {
972         vm_object_t object;
973         vm_offset_t retkva, zkva;
974         vm_page_t p;
975         int pages, startpages;
976
977         object = zone->uz_keg->uk_obj;
978         retkva = 0;
979
980         /*
981          * This looks a little weird since we're getting one page at a time.
982          */
983         VM_OBJECT_LOCK(object);
984         p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
985         pages = p != NULL ? p->pindex + 1 : 0;
986         startpages = pages;
987         zkva = zone->uz_keg->uk_kva + pages * PAGE_SIZE;
988         for (; bytes > 0; bytes -= PAGE_SIZE) {
989                 p = vm_page_alloc(object, pages,
990                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED);
991                 if (p == NULL) {
992                         if (pages != startpages)
993                                 pmap_qremove(retkva, pages - startpages);
994                         while (pages != startpages) {
995                                 pages--;
996                                 p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
997                                 vm_page_lock_queues();
998                                 vm_page_unwire(p, 0);
999                                 vm_page_free(p);
1000                                 vm_page_unlock_queues();
1001                         }
1002                         retkva = 0;
1003                         goto done;
1004                 }
1005                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1006                 if (retkva == 0)
1007                         retkva = zkva;
1008                 zkva += PAGE_SIZE;
1009                 pages += 1;
1010         }
1011 done:
1012         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1013         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1014
1015         return ((void *)retkva);
1016 }
1017
1018 /*
1019  * Frees a number of pages to the system
1020  *
1021  * Arguments:
1022  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1023  *      size  The size of the memory being freed
1024  *      flags The original p->us_flags field
1025  *
1026  * Returns:
1027  *      Nothing
1028  */
1029 static void
1030 page_free(void *mem, int size, u_int8_t flags)
1031 {
1032         vm_map_t map;
1033
1034         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1035                 map = kmem_map;
1036         else
1037                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d\n", flags);
1038
1039         kmem_free(map, (vm_offset_t)mem, size);
1040 }
1041
1042 /*
1043  * Zero fill initializer
1044  *
1045  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1046  */
1047 static int
1048 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1049 {
1050         bzero(mem, size);
1051         return (0);
1052 }
1053
1054 /*
1055  * Finish creating a small uma zone.  This calculates ipers, and the zone size.
1056  *
1057  * Arguments
1058  *      zone  The zone we should initialize
1059  *
1060  * Returns
1061  *      Nothing
1062  */
1063 static void
1064 zone_small_init(uma_zone_t zone)
1065 {
1066         uma_keg_t keg;
1067         u_int rsize;
1068         u_int memused;
1069         u_int wastedspace;
1070         u_int shsize;
1071
1072         keg = zone->uz_keg;
1073         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_small_init"));
1074         rsize = keg->uk_size;
1075
1076         if (rsize < UMA_SMALLEST_UNIT)
1077                 rsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1078         if (rsize & keg->uk_align)
1079                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1080
1081         keg->uk_rsize = rsize;
1082         keg->uk_ppera = 1;
1083
1084         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1085                 rsize += UMA_FRITMREF_SZ;       /* linkage & refcnt */
1086                 shsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1087         } else {
1088                 rsize += UMA_FRITM_SZ;  /* Account for linkage */
1089                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1090         }
1091
1092         keg->uk_ipers = (UMA_SLAB_SIZE - shsize) / rsize;
1093         KASSERT(keg->uk_ipers != 0, ("zone_small_init: ipers is 0"));
1094         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1095         wastedspace = UMA_SLAB_SIZE - memused;
1096
1097         /*
1098          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1099          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1100          * may end up going to the VM (kmem_map) for slabs which we
1101          * do not want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a
1102          * result of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1103          */
1104         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1105             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1106                 return;
1107
1108         if ((wastedspace >= UMA_MAX_WASTE) &&
1109             (keg->uk_ipers < (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize))) {
1110                 keg->uk_ipers = UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize;
1111                 KASSERT(keg->uk_ipers <= 255,
1112                     ("zone_small_init: keg->uk_ipers too high!"));
1113 #ifdef UMA_DEBUG
1114                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1115                     "zone: %s, calculated wastedspace = %d, "
1116                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1117                     "calculated ipers = %d, "
1118                     "new wasted space = %d\n", zone->uz_name, wastedspace,
1119                     UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1120                     UMA_SLAB_SIZE - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1121 #endif
1122                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1123                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1124                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1125         }
1126 }
1127
1128 /*
1129  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma zone.  Just give in and do
1130  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1131  * more complicated.
1132  *
1133  * Arguments
1134  *      zone  The zone we should initialize
1135  *
1136  * Returns
1137  *      Nothing
1138  */
1139 static void
1140 zone_large_init(uma_zone_t zone)
1141 {
1142         uma_keg_t keg;
1143         int pages;
1144
1145         keg = zone->uz_keg;
1146
1147         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_large_init"));
1148         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1149             ("zone_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY zone"));
1150
1151         pages = keg->uk_size / UMA_SLAB_SIZE;
1152
1153         /* Account for remainder */
1154         if ((pages * UMA_SLAB_SIZE) < keg->uk_size)
1155                 pages++;
1156
1157         keg->uk_ppera = pages;
1158         keg->uk_ipers = 1;
1159
1160         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1161         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1162                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1163
1164         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1165 }
1166
1167 /*
1168  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1169  * the keg onto the global keg list.
1170  *
1171  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1172  *      udata  Actually uma_kctor_args
1173  */
1174 static int
1175 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1176 {
1177         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1178         uma_keg_t keg = mem;
1179         uma_zone_t zone;
1180
1181         bzero(keg, size);
1182         keg->uk_size = arg->size;
1183         keg->uk_init = arg->uminit;
1184         keg->uk_fini = arg->fini;
1185         keg->uk_align = arg->align;
1186         keg->uk_free = 0;
1187         keg->uk_pages = 0;
1188         keg->uk_flags = arg->flags;
1189         keg->uk_allocf = page_alloc;
1190         keg->uk_freef = page_free;
1191         keg->uk_recurse = 0;
1192         keg->uk_slabzone = NULL;
1193
1194         /*
1195          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1196          */
1197         zone = arg->zone;
1198         zone->uz_keg = keg;
1199
1200         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1201                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1202
1203         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1204                 keg->uk_init = zero_init;
1205
1206         /*
1207          * The +UMA_FRITM_SZ added to uk_size is to account for the
1208          * linkage that is added to the size in zone_small_init().  If
1209          * we don't account for this here then we may end up in
1210          * zone_small_init() with a calculated 'ipers' of 0.
1211          */
1212         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1213                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITMREF_SZ) >
1214                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)))
1215                         zone_large_init(zone);
1216                 else
1217                         zone_small_init(zone);
1218         } else {
1219                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITM_SZ) >
1220                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1221                         zone_large_init(zone);
1222                 else
1223                         zone_small_init(zone);
1224         }
1225
1226         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1227                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1228                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1229                 else
1230                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1231         }
1232
1233         /*
1234          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1235          * startup cache until the vm is ready.
1236          */
1237         if (keg->uk_ppera == 1) {
1238 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1239                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1240                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1241 #endif
1242                 if (booted == 0)
1243                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1244         }
1245
1246         /*
1247          * Initialize keg's lock (shared among zones) through
1248          * Master zone
1249          */
1250         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1251         if (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS)
1252                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 1);
1253         else
1254                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 0);
1255
1256         /*
1257          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1258          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1259          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1260          */
1261         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1262                 u_int totsize;
1263
1264                 /* Size of the slab struct and free list */
1265                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1266                         totsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt) +
1267                             keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1268                 else
1269                         totsize = sizeof(struct uma_slab) +
1270                             keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1271
1272                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1273                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1274                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1275                 keg->uk_pgoff = UMA_SLAB_SIZE - totsize;
1276
1277                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1278                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab_refcnt)
1279                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1280                 else
1281                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab)
1282                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1283
1284                 /*
1285                  * The only way the following is possible is if with our
1286                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1287                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1288                  * mathematically possible for all cases, so we make
1289                  * sure here anyway.
1290                  */
1291                 if (totsize > UMA_SLAB_SIZE) {
1292                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1293                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1294                             keg->uk_size);
1295                         panic("UMA slab won't fit.\n");
1296                 }
1297         }
1298
1299         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1300                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1301
1302 #ifdef UMA_DEBUG
1303         printf("%s(%p) size = %d ipers = %d ppera = %d pgoff = %d\n",
1304             zone->uz_name, zone,
1305             keg->uk_size, keg->uk_ipers,
1306             keg->uk_ppera, keg->uk_pgoff);
1307 #endif
1308
1309         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1310
1311         mtx_lock(&uma_mtx);
1312         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1313         mtx_unlock(&uma_mtx);
1314         return (0);
1315 }
1316
1317 /*
1318  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1319  *
1320  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1321  *      udata  Actually uma_zctor_args
1322  */
1323
1324 static int
1325 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1326 {
1327         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1328         uma_zone_t zone = mem;
1329         uma_zone_t z;
1330         uma_keg_t keg;
1331
1332         bzero(zone, size);
1333         zone->uz_name = arg->name;
1334         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1335         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1336         zone->uz_init = NULL;
1337         zone->uz_fini = NULL;
1338         zone->uz_allocs = 0;
1339         zone->uz_frees = 0;
1340         zone->uz_fails = 0;
1341         zone->uz_fills = zone->uz_count = 0;
1342
1343         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1344                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1345                 keg = arg->keg;
1346                 zone->uz_keg = keg;
1347                 zone->uz_init = arg->uminit;
1348                 zone->uz_fini = arg->fini;
1349                 zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1350                 mtx_lock(&uma_mtx);
1351                 ZONE_LOCK(zone);
1352                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1353                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1354                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1355                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1356                                 break;
1357                         }
1358                 }
1359                 ZONE_UNLOCK(zone);
1360                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1361         } else if (arg->keg == NULL) {
1362                 if (uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1363                     arg->align, arg->flags) == NULL)
1364                         return (ENOMEM);
1365         } else {
1366                 struct uma_kctor_args karg;
1367                 int error;
1368
1369                 /* We should only be here from uma_startup() */
1370                 karg.size = arg->size;
1371                 karg.uminit = arg->uminit;
1372                 karg.fini = arg->fini;
1373                 karg.align = arg->align;
1374                 karg.flags = arg->flags;
1375                 karg.zone = zone;
1376                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1377                     flags);
1378                 if (error)
1379                         return (error);
1380         }
1381         keg = zone->uz_keg;
1382         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1383
1384         /*
1385          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1386          * caches.  If we're internal, bail out here.
1387          */
1388         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1389                 KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1390                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1391                 return (0);
1392         }
1393
1394         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET)
1395                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1396         else if (keg->uk_ipers <= BUCKET_MAX)
1397                 zone->uz_count = keg->uk_ipers;
1398         else
1399                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1400         return (0);
1401 }
1402
1403 /*
1404  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1405  * table and removes the keg from the global list.
1406  *
1407  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1408  *      udata  unused
1409  */
1410 static void
1411 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1412 {
1413         uma_keg_t keg;
1414
1415         keg = (uma_keg_t)arg;
1416         mtx_lock(&keg->uk_lock);
1417         if (keg->uk_free != 0) {
1418                 printf("Freed UMA keg was not empty (%d items). "
1419                     " Lost %d pages of memory.\n",
1420                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1421         }
1422         mtx_unlock(&keg->uk_lock);
1423
1424         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1425                 hash_free(&keg->uk_hash);
1426
1427         mtx_destroy(&keg->uk_lock);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * Zone header dtor.
1432  *
1433  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1434  *      udata  unused
1435  */
1436 static void
1437 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1438 {
1439         uma_zone_t zone;
1440         uma_keg_t keg;
1441
1442         zone = (uma_zone_t)arg;
1443         keg = zone->uz_keg;
1444
1445         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1446                 cache_drain(zone);
1447
1448         mtx_lock(&uma_mtx);
1449         zone_drain(zone);
1450         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1451                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1452                 /*
1453                  * XXX there are some races here where
1454                  * the zone can be drained but zone lock
1455                  * released and then refilled before we
1456                  * remove it... we dont care for now
1457                  */
1458                 ZONE_LOCK(zone);
1459                 if (LIST_EMPTY(&keg->uk_zones))
1460                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_SECONDARY;
1461                 ZONE_UNLOCK(zone);
1462                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1463         } else {
1464                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1465                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1466                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1467                 uma_zfree_internal(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE,
1468                     ZFREE_STATFREE);
1469         }
1470         zone->uz_keg = NULL;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1475  *
1476  * Arguments:
1477  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1478  *              as an argument.
1479  *
1480  * Returns:
1481  *      Nothing
1482  */
1483 static void
1484 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1485 {
1486         uma_keg_t keg;
1487         uma_zone_t zone;
1488
1489         mtx_lock(&uma_mtx);
1490         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1491                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1492                         zfunc(zone);
1493         }
1494         mtx_unlock(&uma_mtx);
1495 }
1496
1497 /* Public functions */
1498 /* See uma.h */
1499 void
1500 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1501 {
1502         struct uma_zctor_args args;
1503         uma_slab_t slab;
1504         u_int slabsize;
1505         u_int objsize, totsize, wsize;
1506         int i;
1507
1508 #ifdef UMA_DEBUG
1509         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1510 #endif
1511         mtx_init(&uma_mtx, "UMA lock", NULL, MTX_DEF);
1512
1513         /*
1514          * Figure out the maximum number of items-per-slab we'll have if
1515          * we're using the OFFPAGE slab header to track free items, given
1516          * all possible object sizes and the maximum desired wastage
1517          * (UMA_MAX_WASTE).
1518          *
1519          * We iterate until we find an object size for
1520          * which the calculated wastage in zone_small_init() will be
1521          * enough to warrant OFFPAGE.  Since wastedspace versus objsize
1522          * is an overall increasing see-saw function, we find the smallest
1523          * objsize such that the wastage is always acceptable for objects
1524          * with that objsize or smaller.  Since a smaller objsize always
1525          * generates a larger possible uma_max_ipers, we use this computed
1526          * objsize to calculate the largest ipers possible.  Since the
1527          * ipers calculated for OFFPAGE slab headers is always larger than
1528          * the ipers initially calculated in zone_small_init(), we use
1529          * the former's equation (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize) to
1530          * obtain the maximum ipers possible for offpage slab headers.
1531          *
1532          * It should be noted that ipers versus objsize is an inversly
1533          * proportional function which drops off rather quickly so as
1534          * long as our UMA_MAX_WASTE is such that the objsize we calculate
1535          * falls into the portion of the inverse relation AFTER the steep
1536          * falloff, then uma_max_ipers shouldn't be too high (~10 on i386).
1537          *
1538          * Note that we have 8-bits (1 byte) to use as a freelist index
1539          * inside the actual slab header itself and this is enough to
1540          * accomodate us.  In the worst case, a UMA_SMALLEST_UNIT sized
1541          * object with offpage slab header would have ipers =
1542          * UMA_SLAB_SIZE / UMA_SMALLEST_UNIT (currently = 256), which is
1543          * 1 greater than what our byte-integer freelist index can
1544          * accomodate, but we know that this situation never occurs as
1545          * for UMA_SMALLEST_UNIT-sized objects, we will never calculate
1546          * that we need to go to offpage slab headers.  Or, if we do,
1547          * then we trap that condition below and panic in the INVARIANTS case.
1548          */
1549         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab) - UMA_MAX_WASTE;
1550         totsize = wsize;
1551         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1552         while (totsize >= wsize) {
1553                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)) /
1554                     (objsize + UMA_FRITM_SZ);
1555                 totsize *= (UMA_FRITM_SZ + objsize);
1556                 objsize++;
1557         }
1558         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1559                 objsize--;
1560         uma_max_ipers = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1561
1562         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) - UMA_MAX_WASTE;
1563         totsize = wsize;
1564         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1565         while (totsize >= wsize) {
1566                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)) /
1567                     (objsize + UMA_FRITMREF_SZ);
1568                 totsize *= (UMA_FRITMREF_SZ + objsize);
1569                 objsize++;
1570         }
1571         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1572                 objsize--;
1573         uma_max_ipers_ref = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1574
1575         KASSERT((uma_max_ipers_ref <= 255) && (uma_max_ipers <= 255),
1576             ("uma_startup: calculated uma_max_ipers values too large!"));
1577
1578 #ifdef UMA_DEBUG
1579         printf("Calculated uma_max_ipers (for OFFPAGE) is %d\n", uma_max_ipers);
1580         printf("Calculated uma_max_ipers_slab (for OFFPAGE) is %d\n",
1581             uma_max_ipers_ref);
1582 #endif
1583
1584         /* "manually" create the initial zone */
1585         args.name = "UMA Kegs";
1586         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1587         args.ctor = keg_ctor;
1588         args.dtor = keg_dtor;
1589         args.uminit = zero_init;
1590         args.fini = NULL;
1591         args.keg = &masterkeg;
1592         args.align = 32 - 1;
1593         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1594         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1595         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1596
1597 #ifdef UMA_DEBUG
1598         printf("Filling boot free list.\n");
1599 #endif
1600         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1601                 slab = (uma_slab_t)((u_int8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1602                 slab->us_data = (u_int8_t *)slab;
1603                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1604                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1605         }
1606         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1607
1608 #ifdef UMA_DEBUG
1609         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1610 #endif
1611         args.name = "UMA Zones";
1612         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1613             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1614         args.ctor = zone_ctor;
1615         args.dtor = zone_dtor;
1616         args.uminit = zero_init;
1617         args.fini = NULL;
1618         args.keg = NULL;
1619         args.align = 32 - 1;
1620         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1621         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1622         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1623
1624 #ifdef UMA_DEBUG
1625         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1626 #endif
1627 #ifdef UMA_DEBUG
1628         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1629 #endif
1630
1631         /*
1632          * This is the max number of free list items we'll have with
1633          * offpage slabs.
1634          */
1635         slabsize = uma_max_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1636         slabsize += sizeof(struct uma_slab);
1637
1638         /* Now make a zone for slab headers */
1639         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1640                                 slabsize,
1641                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1642                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1643
1644         /*
1645          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1646          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1647          */
1648         slabsize = uma_max_ipers_ref * UMA_FRITMREF_SZ;
1649         slabsize += sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1650         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1651                                   slabsize,
1652                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1653                                   UMA_ALIGN_PTR,
1654                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1655
1656         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1657             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1658             NULL, NULL, NULL, NULL,
1659             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1660
1661         bucket_init();
1662
1663 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1664         booted = 1;
1665 #endif
1666
1667 #ifdef UMA_DEBUG
1668         printf("UMA startup complete.\n");
1669 #endif
1670 }
1671
1672 /* see uma.h */
1673 void
1674 uma_startup2(void)
1675 {
1676         booted = 1;
1677         bucket_enable();
1678 #ifdef UMA_DEBUG
1679         printf("UMA startup2 complete.\n");
1680 #endif
1681 }
1682
1683 /*
1684  * Initialize our callout handle
1685  *
1686  */
1687
1688 static void
1689 uma_startup3(void)
1690 {
1691 #ifdef UMA_DEBUG
1692         printf("Starting callout.\n");
1693 #endif
1694         callout_init(&uma_callout, CALLOUT_MPSAFE);
1695         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1696 #ifdef UMA_DEBUG
1697         printf("UMA startup3 complete.\n");
1698 #endif
1699 }
1700
1701 static uma_zone_t
1702 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1703                 int align, u_int32_t flags)
1704 {
1705         struct uma_kctor_args args;
1706
1707         args.size = size;
1708         args.uminit = uminit;
1709         args.fini = fini;
1710         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1711         args.flags = flags;
1712         args.zone = zone;
1713         return (uma_zalloc_internal(kegs, &args, M_WAITOK));
1714 }
1715
1716 /* See uma.h */
1717 void
1718 uma_set_align(int align)
1719 {
1720
1721         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1722                 uma_align_cache = align;
1723 }
1724
1725 /* See uma.h */
1726 uma_zone_t
1727 uma_zcreate(char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1728                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, u_int32_t flags)
1729
1730 {
1731         struct uma_zctor_args args;
1732
1733         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1734         args.name = name;
1735         args.size = size;
1736         args.ctor = ctor;
1737         args.dtor = dtor;
1738         args.uminit = uminit;
1739         args.fini = fini;
1740         args.align = align;
1741         args.flags = flags;
1742         args.keg = NULL;
1743
1744         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1745 }
1746
1747 /* See uma.h */
1748 uma_zone_t
1749 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1750                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1751 {
1752         struct uma_zctor_args args;
1753
1754         args.name = name;
1755         args.size = master->uz_keg->uk_size;
1756         args.ctor = ctor;
1757         args.dtor = dtor;
1758         args.uminit = zinit;
1759         args.fini = zfini;
1760         args.align = master->uz_keg->uk_align;
1761         args.flags = master->uz_keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1762         args.keg = master->uz_keg;
1763
1764         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1765 }
1766
1767 /* See uma.h */
1768 void
1769 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
1770 {
1771
1772         uma_zfree_internal(zones, zone, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
1773 }
1774
1775 /* See uma.h */
1776 void *
1777 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
1778 {
1779         void *item;
1780         uma_cache_t cache;
1781         uma_bucket_t bucket;
1782         int cpu;
1783
1784         /* This is the fast path allocation */
1785 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
1786         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
1787 #endif
1788         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
1789             zone->uz_name, flags);
1790
1791         if (flags & M_WAITOK) {
1792                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
1793                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
1794         }
1795
1796         /*
1797          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
1798          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
1799          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
1800          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
1801          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
1802          * preemption and migration.  We release the critical section in
1803          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
1804          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
1805          * must detect and handle migration if it has occurred.
1806          */
1807 zalloc_restart:
1808         critical_enter();
1809         cpu = curcpu;
1810         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1811
1812 zalloc_start:
1813         bucket = cache->uc_allocbucket;
1814
1815         if (bucket) {
1816                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1817                         bucket->ub_cnt--;
1818                         item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
1819 #ifdef INVARIANTS
1820                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
1821 #endif
1822                         KASSERT(item != NULL,
1823                             ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
1824                         cache->uc_allocs++;
1825                         critical_exit();
1826 #ifdef INVARIANTS
1827                         ZONE_LOCK(zone);
1828                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
1829                         ZONE_UNLOCK(zone);
1830 #endif
1831                         if (zone->uz_ctor != NULL) {
1832                                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_keg->uk_size,
1833                                     udata, flags) != 0) {
1834                                         uma_zfree_internal(zone, item, udata,
1835                                             SKIP_DTOR, ZFREE_STATFAIL |
1836                                             ZFREE_STATFREE);
1837                                         return (NULL);
1838                                 }
1839                         }
1840                         if (flags & M_ZERO)
1841                                 bzero(item, zone->uz_keg->uk_size);
1842                         return (item);
1843                 } else if (cache->uc_freebucket) {
1844                         /*
1845                          * We have run out of items in our allocbucket.
1846                          * See if we can switch with our free bucket.
1847                          */
1848                         if (cache->uc_freebucket->ub_cnt > 0) {
1849 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
1850                                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with"
1851                                     " alloc.\n");
1852 #endif
1853                                 bucket = cache->uc_freebucket;
1854                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
1855                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1856
1857                                 goto zalloc_start;
1858                         }
1859                 }
1860         }
1861         /*
1862          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
1863          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
1864          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
1865          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
1866          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
1867          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
1868          * the critical section.
1869          */
1870         critical_exit();
1871         ZONE_LOCK(zone);
1872         critical_enter();
1873         cpu = curcpu;
1874         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1875         bucket = cache->uc_allocbucket;
1876         if (bucket != NULL) {
1877                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1878                         ZONE_UNLOCK(zone);
1879                         goto zalloc_start;
1880                 }
1881                 bucket = cache->uc_freebucket;
1882                 if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
1883                         ZONE_UNLOCK(zone);
1884                         goto zalloc_start;
1885                 }
1886         }
1887
1888         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
1889         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
1890         cache->uc_allocs = 0;
1891         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
1892         cache->uc_frees = 0;
1893
1894         /* Our old one is now a free bucket */
1895         if (cache->uc_allocbucket) {
1896                 KASSERT(cache->uc_allocbucket->ub_cnt == 0,
1897                     ("uma_zalloc_arg: Freeing a non free bucket."));
1898                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
1899                     cache->uc_allocbucket, ub_link);
1900                 cache->uc_allocbucket = NULL;
1901         }
1902
1903         /* Check the free list for a new alloc bucket */
1904         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
1905                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
1906                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
1907
1908                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
1909                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1910                 ZONE_UNLOCK(zone);
1911                 goto zalloc_start;
1912         }
1913         /* We are no longer associated with this CPU. */
1914         critical_exit();
1915
1916         /* Bump up our uz_count so we get here less */
1917         if (zone->uz_count < BUCKET_MAX)
1918                 zone->uz_count++;
1919
1920         /*
1921          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
1922          * works we'll restart the allocation from the begining.
1923          */
1924         if (uma_zalloc_bucket(zone, flags)) {
1925                 ZONE_UNLOCK(zone);
1926                 goto zalloc_restart;
1927         }
1928         ZONE_UNLOCK(zone);
1929         /*
1930          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
1931          */
1932 #ifdef UMA_DEBUG
1933         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
1934 #endif
1935
1936         return (uma_zalloc_internal(zone, udata, flags));
1937 }
1938
1939 static uma_slab_t
1940 uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags)
1941 {
1942         uma_slab_t slab;
1943         uma_keg_t keg;
1944
1945         keg = zone->uz_keg;
1946
1947         /*
1948          * This is to prevent us from recursively trying to allocate
1949          * buckets.  The problem is that if an allocation forces us to
1950          * grab a new bucket we will call page_alloc, which will go off
1951          * and cause the vm to allocate vm_map_entries.  If we need new
1952          * buckets there too we will recurse in kmem_alloc and bad
1953          * things happen.  So instead we return a NULL bucket, and make
1954          * the code that allocates buckets smart enough to deal with it
1955          *
1956          * XXX: While we want this protection for the bucket zones so that
1957          * recursion from the VM is handled (and the calling code that
1958          * allocates buckets knows how to deal with it), we do not want
1959          * to prevent allocation from the slab header zones (slabzone
1960          * and slabrefzone) if uk_recurse is not zero for them.  The
1961          * reason is that it could lead to NULL being returned for
1962          * slab header allocations even in the M_WAITOK case, and the
1963          * caller can't handle that. 
1964          */
1965         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL && keg->uk_recurse != 0)
1966                 if (zone != slabzone && zone != slabrefzone && zone != zones)
1967                         return (NULL);
1968
1969         slab = NULL;
1970
1971         for (;;) {
1972                 /*
1973                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
1974                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
1975                  * fragmentation.
1976                  */
1977                 if (keg->uk_free != 0) {
1978                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
1979                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
1980                         } else {
1981                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
1982                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1983                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
1984                                     us_link);
1985                         }
1986                         return (slab);
1987                 }
1988
1989                 /*
1990                  * M_NOVM means don't ask at all!
1991                  */
1992                 if (flags & M_NOVM)
1993                         break;
1994
1995                 if (keg->uk_maxpages &&
1996                     keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
1997                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
1998
1999                         if (flags & M_NOWAIT)
2000                                 break;
2001                         else
2002                                 msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM,
2003                                     "zonelimit", 0);
2004                         continue;
2005                 }
2006                 keg->uk_recurse++;
2007                 slab = slab_zalloc(zone, flags);
2008                 keg->uk_recurse--;
2009
2010                 /*
2011                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2012                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2013                  * at least one item.
2014                  */
2015                 if (slab) {
2016                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2017                         return (slab);
2018                 }
2019                 /*
2020                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2021                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2022                  * fail.
2023                  */
2024                 if (flags & M_NOWAIT)
2025                         flags |= M_NOVM;
2026         }
2027         return (slab);
2028 }
2029
2030 static void *
2031 uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab)
2032 {
2033         uma_keg_t keg;
2034         uma_slabrefcnt_t slabref;
2035         void *item;
2036         u_int8_t freei;
2037
2038         keg = zone->uz_keg;
2039
2040         freei = slab->us_firstfree;
2041         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2042                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2043                 slab->us_firstfree = slabref->us_freelist[freei].us_item;
2044         } else {
2045                 slab->us_firstfree = slab->us_freelist[freei].us_item;
2046         }
2047         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2048
2049         slab->us_freecount--;
2050         keg->uk_free--;
2051 #ifdef INVARIANTS
2052         uma_dbg_alloc(zone, slab, item);
2053 #endif
2054         /* Move this slab to the full list */
2055         if (slab->us_freecount == 0) {
2056                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2057                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2058         }
2059
2060         return (item);
2061 }
2062
2063 static int
2064 uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags)
2065 {
2066         uma_bucket_t bucket;
2067         uma_slab_t slab;
2068         int16_t saved;
2069         int max, origflags = flags;
2070
2071         /*
2072          * Try this zone's free list first so we don't allocate extra buckets.
2073          */
2074         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2075                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
2076                     ("uma_zalloc_bucket: Bucket on free list is not empty."));
2077                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2078         } else {
2079                 int bflags;
2080
2081                 bflags = (flags & ~M_ZERO);
2082                 if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2083                         bflags |= M_NOVM;
2084
2085                 ZONE_UNLOCK(zone);
2086                 bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2087                 ZONE_LOCK(zone);
2088         }
2089
2090         if (bucket == NULL)
2091                 return (0);
2092
2093 #ifdef SMP
2094         /*
2095          * This code is here to limit the number of simultaneous bucket fills
2096          * for any given zone to the number of per cpu caches in this zone. This
2097          * is done so that we don't allocate more memory than we really need.
2098          */
2099         if (zone->uz_fills >= mp_ncpus)
2100                 goto done;
2101
2102 #endif
2103         zone->uz_fills++;
2104
2105         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2106         /* Try to keep the buckets totally full */
2107         saved = bucket->ub_cnt;
2108         while (bucket->ub_cnt < max &&
2109             (slab = uma_zone_slab(zone, flags)) != NULL) {
2110                 while (slab->us_freecount && bucket->ub_cnt < max) {
2111                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt++] =
2112                             uma_slab_alloc(zone, slab);
2113                 }
2114
2115                 /* Don't block on the next fill */
2116                 flags |= M_NOWAIT;
2117         }
2118
2119         /*
2120          * We unlock here because we need to call the zone's init.
2121          * It should be safe to unlock because the slab dealt with
2122          * above is already on the appropriate list within the keg
2123          * and the bucket we filled is not yet on any list, so we
2124          * own it.
2125          */
2126         if (zone->uz_init != NULL) {
2127                 int i;
2128
2129                 ZONE_UNLOCK(zone);
2130                 for (i = saved; i < bucket->ub_cnt; i++)
2131                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i],
2132                             zone->uz_keg->uk_size, origflags) != 0)
2133                                 break;
2134                 /*
2135                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2136                  * rest back onto the freelist.
2137                  */
2138                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2139                         int j;
2140
2141                         for (j = i; j < bucket->ub_cnt; j++) {
2142                                 uma_zfree_internal(zone, bucket->ub_bucket[j],
2143                                     NULL, SKIP_FINI, 0);
2144 #ifdef INVARIANTS
2145                                 bucket->ub_bucket[j] = NULL;
2146 #endif
2147                         }
2148                         bucket->ub_cnt = i;
2149                 }
2150                 ZONE_LOCK(zone);
2151         }
2152
2153         zone->uz_fills--;
2154         if (bucket->ub_cnt != 0) {
2155                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2156                     bucket, ub_link);
2157                 return (1);
2158         }
2159 #ifdef SMP
2160 done:
2161 #endif
2162         bucket_free(bucket);
2163
2164         return (0);
2165 }
2166 /*
2167  * Allocates an item for an internal zone
2168  *
2169  * Arguments
2170  *      zone   The zone to alloc for.
2171  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2172  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2173  *
2174  * Returns
2175  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2176  *      An item if successful
2177  */
2178
2179 static void *
2180 uma_zalloc_internal(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2181 {
2182         uma_keg_t keg;
2183         uma_slab_t slab;
2184         void *item;
2185
2186         item = NULL;
2187         keg = zone->uz_keg;
2188
2189 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2190         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2191 #endif
2192         ZONE_LOCK(zone);
2193
2194         slab = uma_zone_slab(zone, flags);
2195         if (slab == NULL) {
2196                 zone->uz_fails++;
2197                 ZONE_UNLOCK(zone);
2198                 return (NULL);
2199         }
2200
2201         item = uma_slab_alloc(zone, slab);
2202
2203         zone->uz_allocs++;
2204
2205         ZONE_UNLOCK(zone);
2206
2207         /*
2208          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2209          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2210          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2211          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2212          */
2213         if (zone->uz_init != NULL) {
2214                 if (zone->uz_init(item, keg->uk_size, flags) != 0) {
2215                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_FINI,
2216                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2217                         return (NULL);
2218                 }
2219         }
2220         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2221                 if (zone->uz_ctor(item, keg->uk_size, udata, flags) != 0) {
2222                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR,
2223                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2224                         return (NULL);
2225                 }
2226         }
2227         if (flags & M_ZERO)
2228                 bzero(item, keg->uk_size);
2229
2230         return (item);
2231 }
2232
2233 /* See uma.h */
2234 void
2235 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2236 {
2237         uma_keg_t keg;
2238         uma_cache_t cache;
2239         uma_bucket_t bucket;
2240         int bflags;
2241         int cpu;
2242
2243         keg = zone->uz_keg;
2244
2245 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2246         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2247 #endif
2248         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2249             zone->uz_name);
2250
2251         if (zone->uz_dtor)
2252                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2253 #ifdef INVARIANTS
2254         ZONE_LOCK(zone);
2255         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2256                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2257         else
2258                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2259         ZONE_UNLOCK(zone);
2260 #endif
2261         /*
2262          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2263          * a little longer for the limits to be reset.
2264          */
2265         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2266                 goto zfree_internal;
2267
2268         /*
2269          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2270          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2271          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2272          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2273          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2274          * preemption and migration.  We release the critical section in
2275          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2276          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2277          * detect and handle migration if it has occurred.
2278          */
2279 zfree_restart:
2280         critical_enter();
2281         cpu = curcpu;
2282         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2283
2284 zfree_start:
2285         bucket = cache->uc_freebucket;
2286
2287         if (bucket) {
2288                 /*
2289                  * Do we have room in our bucket? It is OK for this uz count
2290                  * check to be slightly out of sync.
2291                  */
2292
2293                 if (bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2294                         KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2295                             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2296                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2297                         bucket->ub_cnt++;
2298                         cache->uc_frees++;
2299                         critical_exit();
2300                         return;
2301                 } else if (cache->uc_allocbucket) {
2302 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2303                         printf("uma_zfree: Swapping buckets.\n");
2304 #endif
2305                         /*
2306                          * We have run out of space in our freebucket.
2307                          * See if we can switch with our alloc bucket.
2308                          */
2309                         if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2310                             cache->uc_freebucket->ub_cnt) {
2311                                 bucket = cache->uc_freebucket;
2312                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2313                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2314                                 goto zfree_start;
2315                         }
2316                 }
2317         }
2318         /*
2319          * We can get here for two reasons:
2320          *
2321          * 1) The buckets are NULL
2322          * 2) The alloc and free buckets are both somewhat full.
2323          *
2324          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2325          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2326          * section.  Since the critical section is released, we may be
2327          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2328          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2329          * the critical section.
2330          */
2331         critical_exit();
2332         ZONE_LOCK(zone);
2333         critical_enter();
2334         cpu = curcpu;
2335         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2336         if (cache->uc_freebucket != NULL) {
2337                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt <
2338                     cache->uc_freebucket->ub_entries) {
2339                         ZONE_UNLOCK(zone);
2340                         goto zfree_start;
2341                 }
2342                 if (cache->uc_allocbucket != NULL &&
2343                     (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2344                     cache->uc_freebucket->ub_cnt)) {
2345                         ZONE_UNLOCK(zone);
2346                         goto zfree_start;
2347                 }
2348         }
2349
2350         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
2351         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
2352         cache->uc_allocs = 0;
2353         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
2354         cache->uc_frees = 0;
2355
2356         bucket = cache->uc_freebucket;
2357         cache->uc_freebucket = NULL;
2358
2359         /* Can we throw this on the zone full list? */
2360         if (bucket != NULL) {
2361 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2362                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2363 #endif
2364                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2365                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2366                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2367                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2368                     bucket, ub_link);
2369         }
2370         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2371                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2372                 ZONE_UNLOCK(zone);
2373                 cache->uc_freebucket = bucket;
2374                 goto zfree_start;
2375         }
2376         /* We are no longer associated with this CPU. */
2377         critical_exit();
2378
2379         /* And the zone.. */
2380         ZONE_UNLOCK(zone);
2381
2382 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2383         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2384 #endif
2385         bflags = M_NOWAIT;
2386
2387         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2388                 bflags |= M_NOVM;
2389         bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2390         if (bucket) {
2391                 ZONE_LOCK(zone);
2392                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
2393                     bucket, ub_link);
2394                 ZONE_UNLOCK(zone);
2395                 goto zfree_restart;
2396         }
2397
2398         /*
2399          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2400          */
2401 zfree_internal:
2402         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR, ZFREE_STATFREE);
2403
2404         return;
2405 }
2406
2407 /*
2408  * Frees an item to an INTERNAL zone or allocates a free bucket
2409  *
2410  * Arguments:
2411  *      zone   The zone to free to
2412  *      item   The item we're freeing
2413  *      udata  User supplied data for the dtor
2414  *      skip   Skip dtors and finis
2415  */
2416 static void
2417 uma_zfree_internal(uma_zone_t zone, void *item, void *udata,
2418     enum zfreeskip skip, int flags)
2419 {
2420         uma_slab_t slab;
2421         uma_slabrefcnt_t slabref;
2422         uma_keg_t keg;
2423         u_int8_t *mem;
2424         u_int8_t freei;
2425
2426         keg = zone->uz_keg;
2427
2428         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2429                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2430         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2431                 zone->uz_fini(item, keg->uk_size);
2432
2433         ZONE_LOCK(zone);
2434
2435         if (flags & ZFREE_STATFAIL)
2436                 zone->uz_fails++;
2437         if (flags & ZFREE_STATFREE)
2438                 zone->uz_frees++;
2439
2440         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)) {
2441                 mem = (u_int8_t *)((unsigned long)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2442                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
2443                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2444                 else {
2445                         mem += keg->uk_pgoff;
2446                         slab = (uma_slab_t)mem;
2447                 }
2448         } else {
2449                 slab = (uma_slab_t)udata;
2450         }
2451
2452         /* Do we need to remove from any lists? */
2453         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2454                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2455                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2456         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2457                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2458                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2459         }
2460
2461         /* Slab management stuff */
2462         freei = ((unsigned long)item - (unsigned long)slab->us_data)
2463                 / keg->uk_rsize;
2464
2465 #ifdef INVARIANTS
2466         if (!skip)
2467                 uma_dbg_free(zone, slab, item);
2468 #endif
2469
2470         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2471                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2472                 slabref->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2473         } else {
2474                 slab->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2475         }
2476         slab->us_firstfree = freei;
2477         slab->us_freecount++;
2478
2479         /* Zone statistics */
2480         keg->uk_free++;
2481
2482         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2483                 if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages)
2484                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2485
2486                 /* 
2487                  * We can handle one more allocation. Since we're clearing ZFLAG_FULL,
2488                  * wake up all procs blocked on pages. This should be uncommon, so 
2489                  * keeping this simple for now (rather than adding count of blocked 
2490                  * threads etc).
2491                  */
2492                 wakeup(keg);
2493         }
2494
2495         ZONE_UNLOCK(zone);
2496 }
2497
2498 /* See uma.h */
2499 void
2500 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2501 {
2502         uma_keg_t keg;
2503
2504         keg = zone->uz_keg;
2505         ZONE_LOCK(zone);
2506         if (keg->uk_ppera > 1)
2507                 keg->uk_maxpages = nitems * keg->uk_ppera;
2508         else
2509                 keg->uk_maxpages = nitems / keg->uk_ipers;
2510
2511         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2512                 keg->uk_maxpages++;
2513
2514         ZONE_UNLOCK(zone);
2515 }
2516
2517 /* See uma.h */
2518 void
2519 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2520 {
2521         ZONE_LOCK(zone);
2522         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2523             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2524         zone->uz_keg->uk_init = uminit;
2525         ZONE_UNLOCK(zone);
2526 }
2527
2528 /* See uma.h */
2529 void
2530 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2531 {
2532         ZONE_LOCK(zone);
2533         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2534             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2535         zone->uz_keg->uk_fini = fini;
2536         ZONE_UNLOCK(zone);
2537 }
2538
2539 /* See uma.h */
2540 void
2541 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2542 {
2543         ZONE_LOCK(zone);
2544         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2545             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
2546         zone->uz_init = zinit;
2547         ZONE_UNLOCK(zone);
2548 }
2549
2550 /* See uma.h */
2551 void
2552 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
2553 {
2554         ZONE_LOCK(zone);
2555         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2556             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
2557         zone->uz_fini = zfini;
2558         ZONE_UNLOCK(zone);
2559 }
2560
2561 /* See uma.h */
2562 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
2563 void
2564 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
2565 {
2566         ZONE_LOCK(zone);
2567         zone->uz_keg->uk_freef = freef;
2568         ZONE_UNLOCK(zone);
2569 }
2570
2571 /* See uma.h */
2572 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
2573 void
2574 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
2575 {
2576         ZONE_LOCK(zone);
2577         zone->uz_keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2578         zone->uz_keg->uk_allocf = allocf;
2579         ZONE_UNLOCK(zone);
2580 }
2581
2582 /* See uma.h */
2583 int
2584 uma_zone_set_obj(uma_zone_t zone, struct vm_object *obj, int count)
2585 {
2586         uma_keg_t keg;
2587         vm_offset_t kva;
2588         int pages;
2589
2590         keg = zone->uz_keg;
2591         pages = count / keg->uk_ipers;
2592
2593         if (pages * keg->uk_ipers < count)
2594                 pages++;
2595
2596         kva = kmem_alloc_nofault(kernel_map, pages * UMA_SLAB_SIZE);
2597
2598         if (kva == 0)
2599                 return (0);
2600         if (obj == NULL) {
2601                 obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2602                     pages);
2603         } else {
2604                 VM_OBJECT_LOCK_INIT(obj, "uma object");
2605                 _vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2606                     pages, obj);
2607         }
2608         ZONE_LOCK(zone);
2609         keg->uk_kva = kva;
2610         keg->uk_obj = obj;
2611         keg->uk_maxpages = pages;
2612         keg->uk_allocf = obj_alloc;
2613         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2614         ZONE_UNLOCK(zone);
2615         return (1);
2616 }
2617
2618 /* See uma.h */
2619 void
2620 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
2621 {
2622         int slabs;
2623         uma_slab_t slab;
2624         uma_keg_t keg;
2625
2626         keg = zone->uz_keg;
2627         ZONE_LOCK(zone);
2628         slabs = items / keg->uk_ipers;
2629         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
2630                 slabs++;
2631         while (slabs > 0) {
2632                 slab = slab_zalloc(zone, M_WAITOK);
2633                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2634                 slabs--;
2635         }
2636         ZONE_UNLOCK(zone);
2637 }
2638
2639 /* See uma.h */
2640 u_int32_t *
2641 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
2642 {
2643         uma_slabrefcnt_t slabref;
2644         uma_keg_t keg;
2645         u_int32_t *refcnt;
2646         int idx;
2647
2648         keg = zone->uz_keg;
2649         slabref = (uma_slabrefcnt_t)vtoslab((vm_offset_t)item &
2650             (~UMA_SLAB_MASK));
2651         KASSERT(slabref != NULL && slabref->us_keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
2652             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
2653         idx = ((unsigned long)item - (unsigned long)slabref->us_data)
2654             / keg->uk_rsize;
2655         refcnt = &slabref->us_freelist[idx].us_refcnt;
2656         return refcnt;
2657 }
2658
2659 /* See uma.h */
2660 void
2661 uma_reclaim(void)
2662 {
2663 #ifdef UMA_DEBUG
2664         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
2665 #endif
2666         bucket_enable();
2667         zone_foreach(zone_drain);
2668         /*
2669          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
2670          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
2671          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
2672          */
2673         zone_drain(slabzone);
2674         zone_drain(slabrefzone);
2675         bucket_zone_drain();
2676 }
2677
2678 /* See uma.h */
2679 int
2680 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
2681 {
2682         int full;
2683
2684         ZONE_LOCK(zone);
2685         full = (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
2686         ZONE_UNLOCK(zone);
2687         return (full);  
2688 }
2689
2690 int
2691 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
2692 {
2693         return (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
2694 }
2695
2696 void *
2697 uma_large_malloc(int size, int wait)
2698 {
2699         void *mem;
2700         uma_slab_t slab;
2701         u_int8_t flags;
2702
2703         slab = uma_zalloc_internal(slabzone, NULL, wait);
2704         if (slab == NULL)
2705                 return (NULL);
2706         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
2707         if (mem) {
2708                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
2709                 slab->us_data = mem;
2710                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
2711                 slab->us_size = size;
2712         } else {
2713                 uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE,
2714                     ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2715         }
2716
2717         return (mem);
2718 }
2719
2720 void
2721 uma_large_free(uma_slab_t slab)
2722 {
2723         vsetobj((vm_offset_t)slab->us_data, kmem_object);
2724         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
2725         uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
2726 }
2727
2728 void
2729 uma_print_stats(void)
2730 {
2731         zone_foreach(uma_print_zone);
2732 }
2733
2734 static void
2735 slab_print(uma_slab_t slab)
2736 {
2737         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d, firstfree %d\n",
2738                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount,
2739                 slab->us_firstfree);
2740 }
2741
2742 static void
2743 cache_print(uma_cache_t cache)
2744 {
2745         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
2746                 cache->uc_allocbucket,
2747                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
2748                 cache->uc_freebucket,
2749                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
2750 }
2751
2752 void
2753 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
2754 {
2755         uma_cache_t cache;
2756         uma_keg_t keg;
2757         uma_slab_t slab;
2758         int i;
2759
2760         keg = zone->uz_keg;
2761         printf("%s(%p) size %d(%d) flags %d ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
2762             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
2763             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
2764             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
2765         printf("Part slabs:\n");
2766         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
2767                 slab_print(slab);
2768         printf("Free slabs:\n");
2769         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
2770                 slab_print(slab);
2771         printf("Full slabs:\n");
2772         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
2773                 slab_print(slab);
2774         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2775                 if (CPU_ABSENT(i))
2776                         continue;
2777                 cache = &zone->uz_cpu[i];
2778                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
2779                 cache_print(cache);
2780         }
2781 }
2782
2783 #ifdef DDB
2784 /*
2785  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
2786  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
2787  *
2788  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
2789  * per-CPU cache statistic.
2790  *
2791  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
2792  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
2793  * directly so that we don't have to.
2794  */
2795 static void
2796 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, u_int64_t *allocsp,
2797     u_int64_t *freesp)
2798 {
2799         uma_cache_t cache;
2800         u_int64_t allocs, frees;
2801         int cachefree, cpu;
2802
2803         allocs = frees = 0;
2804         cachefree = 0;
2805         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
2806                 if (CPU_ABSENT(cpu))
2807                         continue;
2808                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
2809                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
2810                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
2811                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
2812                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
2813                 allocs += cache->uc_allocs;
2814                 frees += cache->uc_frees;
2815         }
2816         allocs += z->uz_allocs;
2817         frees += z->uz_frees;
2818         if (cachefreep != NULL)
2819                 *cachefreep = cachefree;
2820         if (allocsp != NULL)
2821                 *allocsp = allocs;
2822         if (freesp != NULL)
2823                 *freesp = frees;
2824 }
2825 #endif /* DDB */
2826
2827 static int
2828 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2829 {
2830         uma_keg_t kz;
2831         uma_zone_t z;
2832         int count;
2833
2834         count = 0;
2835         mtx_lock(&uma_mtx);
2836         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2837                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2838                         count++;
2839         }
2840         mtx_unlock(&uma_mtx);
2841         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
2842 }
2843
2844 static int
2845 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2846 {
2847         struct uma_stream_header ush;
2848         struct uma_type_header uth;
2849         struct uma_percpu_stat ups;
2850         uma_bucket_t bucket;
2851         struct sbuf sbuf;
2852         uma_cache_t cache;
2853         uma_keg_t kz;
2854         uma_zone_t z;
2855         char *buffer;
2856         int buflen, count, error, i;
2857
2858         mtx_lock(&uma_mtx);
2859 restart:
2860         mtx_assert(&uma_mtx, MA_OWNED);
2861         count = 0;
2862         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2863                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2864                         count++;
2865         }
2866         mtx_unlock(&uma_mtx);
2867
2868         buflen = sizeof(ush) + count * (sizeof(uth) + sizeof(ups) *
2869             (mp_maxid + 1)) + 1;
2870         buffer = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2871
2872         mtx_lock(&uma_mtx);
2873         i = 0;
2874         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2875                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2876                         i++;
2877         }
2878         if (i > count) {
2879                 free(buffer, M_TEMP);
2880                 goto restart;
2881         }
2882         count =  i;
2883
2884         sbuf_new(&sbuf, buffer, buflen, SBUF_FIXEDLEN);
2885
2886         /*
2887          * Insert stream header.
2888          */
2889         bzero(&ush, sizeof(ush));
2890         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
2891         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
2892         ush.ush_count = count;
2893         if (sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush)) < 0) {
2894                 mtx_unlock(&uma_mtx);
2895                 error = ENOMEM;
2896                 goto out;
2897         }
2898
2899         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2900                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
2901                         bzero(&uth, sizeof(uth));
2902                         ZONE_LOCK(z);
2903                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
2904                         uth.uth_align = kz->uk_align;
2905                         uth.uth_pages = kz->uk_pages;
2906                         uth.uth_keg_free = kz->uk_free;
2907                         uth.uth_size = kz->uk_size;
2908                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
2909                         uth.uth_maxpages = kz->uk_maxpages;
2910                         if (kz->uk_ppera > 1)
2911                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages /
2912                                     kz->uk_ppera;
2913                         else
2914                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages *
2915                                     kz->uk_ipers;
2916
2917                         /*
2918                          * A zone is secondary is it is not the first entry
2919                          * on the keg's zone list.
2920                          */
2921                         if ((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
2922                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
2923                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
2924
2925                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
2926                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
2927                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
2928                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
2929                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
2930                         if (sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth)) < 0) {
2931                                 ZONE_UNLOCK(z);
2932                                 mtx_unlock(&uma_mtx);
2933                                 error = ENOMEM;
2934                                 goto out;
2935                         }
2936                         /*
2937                          * While it is not normally safe to access the cache
2938                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
2939                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
2940                          * without the zone lock held, not invalidated, so
2941                          * accept the possible race associated with bucket
2942                          * exchange during monitoring.
2943                          */
2944                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
2945                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
2946                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2947                                         goto skip;
2948                                 if (CPU_ABSENT(i))
2949                                         goto skip;
2950                                 cache = &z->uz_cpu[i];
2951                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
2952                                         ups.ups_cache_free +=
2953                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
2954                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
2955                                         ups.ups_cache_free +=
2956                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
2957                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
2958                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
2959 skip:
2960                                 if (sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups)) < 0) {
2961                                         ZONE_UNLOCK(z);
2962                                         mtx_unlock(&uma_mtx);
2963                                         error = ENOMEM;
2964                                         goto out;
2965                                 }
2966                         }
2967                         ZONE_UNLOCK(z);
2968                 }
2969         }
2970         mtx_unlock(&uma_mtx);
2971         sbuf_finish(&sbuf);
2972         error = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(&sbuf), sbuf_len(&sbuf));
2973 out:
2974         free(buffer, M_TEMP);
2975         return (error);
2976 }
2977
2978 #ifdef DDB
2979 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
2980 {
2981         u_int64_t allocs, frees;
2982         uma_bucket_t bucket;
2983         uma_keg_t kz;
2984         uma_zone_t z;
2985         int cachefree;
2986
2987         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
2988             "Requests");
2989         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2990                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
2991                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
2992                                 allocs = z->uz_allocs;
2993                                 frees = z->uz_frees;
2994                                 cachefree = 0;
2995                         } else
2996                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
2997                                     &frees);
2998                         if (!((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
2999                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3000                                 cachefree += kz->uk_free;
3001                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
3002                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3003                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju\n", z->uz_name,
3004                             (uintmax_t)kz->uk_size,
3005                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3006                             (uintmax_t)allocs);
3007                 }
3008         }
3009 }
3010 #endif