]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC r315077: uma: eliminate uk_slabsize field
[FreeBSD/stable/10.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 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 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/eventhandler.h>
68 #include <sys/kernel.h>
69 #include <sys/types.h>
70 #include <sys/queue.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/ktr.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <sys/sysctl.h>
75 #include <sys/mutex.h>
76 #include <sys/proc.h>
77 #include <sys/rwlock.h>
78 #include <sys/sbuf.h>
79 #include <sys/sched.h>
80 #include <sys/smp.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82
83 #include <vm/vm.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_param.h>
88 #include <vm/vm_map.h>
89 #include <vm/vm_kern.h>
90 #include <vm/vm_extern.h>
91 #include <vm/uma.h>
92 #include <vm/uma_int.h>
93 #include <vm/uma_dbg.h>
94
95 #include <ddb/ddb.h>
96
97 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
98 #include <vm/memguard.h>
99 #endif
100
101 /*
102  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
103  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
104  * bss section to bootstrap us.
105  */
106 static struct uma_keg masterkeg;
107 static struct uma_zone masterzone_k;
108 static struct uma_zone masterzone_z;
109 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
110 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
111
112 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
113 static uma_zone_t slabzone;
114 static uma_zone_t slabrefzone;  /* With refcounters (for UMA_ZONE_REFCNT) */
115
116 /*
117  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
118  * prior to malloc coming up.
119  */
120 static uma_zone_t hashzone;
121
122 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
123 int uma_align_cache = 64 - 1;
124
125 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
126
127 /*
128  * Are we allowed to allocate buckets?
129  */
130 static int bucketdisable = 1;
131
132 /* Linked list of all kegs in the system */
133 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
134
135 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
136 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
137     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
138
139 /* This RW lock protects the keg list */
140 static struct rwlock_padalign uma_rwlock;
141
142 /* Linked list of boot time pages */
143 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
144     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_boot_pages);
145
146 /* This mutex protects the boot time pages list */
147 static struct mtx_padalign uma_boot_pages_mtx;
148
149 static struct sx uma_drain_lock;
150
151 /* Is the VM done starting up? */
152 static int booted = 0;
153 #define UMA_STARTUP     1
154 #define UMA_STARTUP2    2
155
156 /*
157  * Only mbuf clusters use ref zones.  Just provide enough references
158  * to support the one user.  New code should not use the ref facility.
159  */
160 static const u_int uma_max_ipers_ref = PAGE_SIZE / MCLBYTES;
161
162 /*
163  * This is the handle used to schedule events that need to happen
164  * outside of the allocation fast path.
165  */
166 static struct callout uma_callout;
167 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
168
169 /*
170  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
171  * a special allocation function just for zones.
172  */
173 struct uma_zctor_args {
174         const char *name;
175         size_t size;
176         uma_ctor ctor;
177         uma_dtor dtor;
178         uma_init uminit;
179         uma_fini fini;
180         uma_import import;
181         uma_release release;
182         void *arg;
183         uma_keg_t keg;
184         int align;
185         uint32_t flags;
186 };
187
188 struct uma_kctor_args {
189         uma_zone_t zone;
190         size_t size;
191         uma_init uminit;
192         uma_fini fini;
193         int align;
194         uint32_t flags;
195 };
196
197 struct uma_bucket_zone {
198         uma_zone_t      ubz_zone;
199         char            *ubz_name;
200         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
201         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
202 };
203
204 /*
205  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
206  * of two sizes for more efficient space utilization.
207  */
208 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
209     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
210
211 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
212
213 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
214         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
215         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
216         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
217         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
218         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
219         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
220         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
221         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
222         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
223         { NULL, NULL, 0}
224 };
225
226 /*
227  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
228  */
229 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
230
231 /* Prototypes.. */
232
233 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
234 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
235 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
236 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
237 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
238 static void cache_drain(uma_zone_t);
239 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
240 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
241 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
242 static void keg_dtor(void *, int, void *);
243 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
244 static void zone_dtor(void *, int, void *);
245 static int zero_init(void *, int, int);
246 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
247 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
248 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
249 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
250 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
251 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
252 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
253 static void uma_timeout(void *);
254 static void uma_startup3(void);
255 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
256 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
257 static void bucket_enable(void);
258 static void bucket_init(void);
259 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
260 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
261 static void bucket_zone_drain(void);
262 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
263 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
264 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
265 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
266 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
267 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
268     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
269 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
270 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
271 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
272
273 void uma_print_zone(uma_zone_t);
274 void uma_print_stats(void);
275 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
276 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
277
278 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
279
280 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
281     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
282
283 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
284     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
285
286 static int zone_warnings = 1;
287 TUNABLE_INT("vm.zone_warnings", &zone_warnings);
288 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RW, &zone_warnings, 0,
289     "Warn when UMA zones becomes full");
290
291 /*
292  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
293  */
294 static void
295 bucket_enable(void)
296 {
297         bucketdisable = vm_page_count_min();
298 }
299
300 /*
301  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
302  *
303  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
304  * of the header and an array of pointers.
305  */
306 static void
307 bucket_init(void)
308 {
309         struct uma_bucket_zone *ubz;
310         int size;
311         int i;
312
313         for (i = 0, ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
314                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
315                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
316                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
317                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
318                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
319         }
320 }
321
322 /*
323  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
324  * to allocate the bucket.
325  */
326 static struct uma_bucket_zone *
327 bucket_zone_lookup(int entries)
328 {
329         struct uma_bucket_zone *ubz;
330
331         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
332                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
333                         return (ubz);
334         ubz--;
335         return (ubz);
336 }
337
338 static int
339 bucket_select(int size)
340 {
341         struct uma_bucket_zone *ubz;
342
343         ubz = &bucket_zones[0];
344         if (size > ubz->ubz_maxsize)
345                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
346
347         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
348                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
349                         break;
350         ubz--;
351         return (ubz->ubz_entries);
352 }
353
354 static uma_bucket_t
355 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
356 {
357         struct uma_bucket_zone *ubz;
358         uma_bucket_t bucket;
359
360         /*
361          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
362          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
363          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
364          * low memory situations.
365          */
366         if (bucketdisable)
367                 return (NULL);
368         /*
369          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
370          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
371          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
372          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
373          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
374          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
375          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
376          * free path.
377          */
378         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
379                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
380         else {
381                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
382                         return (NULL);
383                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
384         }
385         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
386                 flags |= M_NOVM;
387         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
388         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
389                 ubz++;
390         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
391         if (bucket) {
392 #ifdef INVARIANTS
393                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
394 #endif
395                 bucket->ub_cnt = 0;
396                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
397         }
398
399         return (bucket);
400 }
401
402 static void
403 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
404 {
405         struct uma_bucket_zone *ubz;
406
407         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
408             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
409         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
410                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
411         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
412         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
413 }
414
415 static void
416 bucket_zone_drain(void)
417 {
418         struct uma_bucket_zone *ubz;
419
420         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
421                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
422 }
423
424 static void
425 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
426 {
427         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
428
429         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
430                 return;
431
432         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
433                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
434 }
435
436 static void
437 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
438 {
439         uma_klink_t klink;
440
441         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
442                 kegfn(klink->kl_keg);
443 }
444
445 /*
446  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
447  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
448  *
449  * Arguments:
450  *      arg   Unused
451  *
452  * Returns:
453  *      Nothing
454  */
455 static void
456 uma_timeout(void *unused)
457 {
458         bucket_enable();
459         zone_foreach(zone_timeout);
460
461         /* Reschedule this event */
462         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
463 }
464
465 /*
466  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
467  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
468  *
469  *  Returns nothing.
470  */
471 static void
472 keg_timeout(uma_keg_t keg)
473 {
474
475         KEG_LOCK(keg);
476         /*
477          * Expand the keg hash table.
478          *
479          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
480          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
481          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
482          */
483         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
484             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
485                 struct uma_hash newhash;
486                 struct uma_hash oldhash;
487                 int ret;
488
489                 /*
490                  * This is so involved because allocating and freeing
491                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
492                  * I have to do everything in stages and check for
493                  * races.
494                  */
495                 newhash = keg->uk_hash;
496                 KEG_UNLOCK(keg);
497                 ret = hash_alloc(&newhash);
498                 KEG_LOCK(keg);
499                 if (ret) {
500                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
501                                 oldhash = keg->uk_hash;
502                                 keg->uk_hash = newhash;
503                         } else
504                                 oldhash = newhash;
505
506                         KEG_UNLOCK(keg);
507                         hash_free(&oldhash);
508                         return;
509                 }
510         }
511         KEG_UNLOCK(keg);
512 }
513
514 static void
515 zone_timeout(uma_zone_t zone)
516 {
517
518         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
519 }
520
521 /*
522  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
523  * backing store.
524  *
525  * Arguments:
526  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
527  *
528  * Returns:
529  *      1 on sucess and 0 on failure.
530  */
531 static int
532 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
533 {
534         int oldsize;
535         int alloc;
536
537         oldsize = hash->uh_hashsize;
538
539         /* We're just going to go to a power of two greater */
540         if (oldsize)  {
541                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
542                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
543                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
544                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
545         } else {
546                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
547                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
548                     M_WAITOK);
549                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
550         }
551         if (hash->uh_slab_hash) {
552                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
553                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
554                 return (1);
555         }
556
557         return (0);
558 }
559
560 /*
561  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
562  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
563  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
564  *
565  * Arguments:
566  *      oldhash  The hash you want to expand
567  *      newhash  The hash structure for the new table
568  *
569  * Returns:
570  *      Nothing
571  *
572  * Discussion:
573  */
574 static int
575 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
576 {
577         uma_slab_t slab;
578         int hval;
579         int i;
580
581         if (!newhash->uh_slab_hash)
582                 return (0);
583
584         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
585                 return (0);
586
587         /*
588          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
589          * full rehash.
590          */
591
592         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
593                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
594                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
595                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
596                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
597                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
598                             slab, us_hlink);
599                 }
600
601         return (1);
602 }
603
604 /*
605  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
606  *
607  * Arguments:
608  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
609  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
610  *
611  * Returns:
612  *      Nothing
613  */
614 static void
615 hash_free(struct uma_hash *hash)
616 {
617         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
618                 return;
619         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
620                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
621         else
622                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
623 }
624
625 /*
626  * Frees all outstanding items in a bucket
627  *
628  * Arguments:
629  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
630  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
631  *
632  * Returns:
633  *      Nothing
634  */
635
636 static void
637 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
638 {
639         int i;
640
641         if (bucket == NULL)
642                 return;
643
644         if (zone->uz_fini)
645                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
646                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
647         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
648         bucket->ub_cnt = 0;
649 }
650
651 /*
652  * Drains the per cpu caches for a zone.
653  *
654  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
655  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
656  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
657  *
658  * Arguments:
659  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
660  *
661  * Returns:
662  *      Nothing
663  */
664 static void
665 cache_drain(uma_zone_t zone)
666 {
667         uma_cache_t cache;
668         int cpu;
669
670         /*
671          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
672          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
673          * of the caches at this point.
674          *
675          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
676          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
677          *
678          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
679          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
680          * there in some form?
681          */
682         CPU_FOREACH(cpu) {
683                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
684                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
685                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
686                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
687                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
688                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
689                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
690                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
691         }
692         ZONE_LOCK(zone);
693         bucket_cache_drain(zone);
694         ZONE_UNLOCK(zone);
695 }
696
697 static void
698 cache_shrink(uma_zone_t zone)
699 {
700
701         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
702                 return;
703
704         ZONE_LOCK(zone);
705         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
706         ZONE_UNLOCK(zone);
707 }
708
709 static void
710 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
711 {
712         uma_cache_t cache;
713         uma_bucket_t b1, b2;
714
715         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
716                 return;
717
718         b1 = b2 = NULL;
719         ZONE_LOCK(zone);
720         critical_enter();
721         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
722         if (cache->uc_allocbucket) {
723                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
724                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
725                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
726                 else
727                         b1 = cache->uc_allocbucket;
728                 cache->uc_allocbucket = NULL;
729         }
730         if (cache->uc_freebucket) {
731                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
732                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
733                             cache->uc_freebucket, ub_link);
734                 else
735                         b2 = cache->uc_freebucket;
736                 cache->uc_freebucket = NULL;
737         }
738         critical_exit();
739         ZONE_UNLOCK(zone);
740         if (b1)
741                 bucket_free(zone, b1, NULL);
742         if (b2)
743                 bucket_free(zone, b2, NULL);
744 }
745
746 /*
747  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
748  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
749  * one by one and enter a critical section on each of them in order
750  * to safely access their cache buckets.
751  * Zone lock must not be held on call this function.
752  */
753 static void
754 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
755 {
756         int cpu;
757
758         /*
759          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
760          */
761         if (zone)
762                 cache_shrink(zone);
763         else
764                 zone_foreach(cache_shrink);
765
766         CPU_FOREACH(cpu) {
767                 thread_lock(curthread);
768                 sched_bind(curthread, cpu);
769                 thread_unlock(curthread);
770
771                 if (zone)
772                         cache_drain_safe_cpu(zone);
773                 else
774                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
775         }
776         thread_lock(curthread);
777         sched_unbind(curthread);
778         thread_unlock(curthread);
779 }
780
781 /*
782  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
783  */
784 static void
785 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
786 {
787         uma_bucket_t bucket;
788
789         /*
790          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
791          * cpu (alloc/free).
792          */
793         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
794                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
795                 ZONE_UNLOCK(zone);
796                 bucket_drain(zone, bucket);
797                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
798                 ZONE_LOCK(zone);
799         }
800
801         /*
802          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
803          * is probably lower then price of global cache drain.
804          */
805         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
806                 zone->uz_count--;
807 }
808
809 static void
810 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
811 {
812         uint8_t *mem;
813         int i;
814         uint8_t flags;
815
816         mem = slab->us_data;
817         flags = slab->us_flags;
818         i = start;
819         if (keg->uk_fini != NULL) {
820                 for (i--; i > -1; i--)
821                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
822                             keg->uk_size);
823         }
824         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
825                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
826 #ifdef UMA_DEBUG
827         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
828             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
829 #endif
830         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
831 }
832
833 /*
834  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
835  * the pageout daemon.
836  *
837  * Returns nothing.
838  */
839 static void
840 keg_drain(uma_keg_t keg)
841 {
842         struct slabhead freeslabs = { 0 };
843         uma_slab_t slab;
844         uma_slab_t n;
845
846         /*
847          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
848          * time
849          */
850         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
851                 return;
852
853 #ifdef UMA_DEBUG
854         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
855 #endif
856         KEG_LOCK(keg);
857         if (keg->uk_free == 0)
858                 goto finished;
859
860         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
861         while (slab) {
862                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
863
864                 /* We have no where to free these to */
865                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
866                         slab = n;
867                         continue;
868                 }
869
870                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
871                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
872                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
873
874                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
875                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
876
877                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
878
879                 slab = n;
880         }
881 finished:
882         KEG_UNLOCK(keg);
883
884         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
885                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
886                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
887         }
888 }
889
890 static void
891 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
892 {
893
894         /*
895          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
896          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
897          * is the only call that knows the structure will still be available
898          * when it wakes up.
899          */
900         ZONE_LOCK(zone);
901         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
902                 if (waitok == M_NOWAIT)
903                         goto out;
904                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
905         }
906         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
907         bucket_cache_drain(zone);
908         ZONE_UNLOCK(zone);
909         /*
910          * The DRAINING flag protects us from being freed while
911          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
912          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
913          */
914         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
915         ZONE_LOCK(zone);
916         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
917         wakeup(zone);
918 out:
919         ZONE_UNLOCK(zone);
920 }
921
922 void
923 zone_drain(uma_zone_t zone)
924 {
925
926         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
927 }
928
929 /*
930  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
931  *
932  * Arguments:
933  *      wait  Shall we wait?
934  *
935  * Returns:
936  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
937  *      caller specified M_NOWAIT.
938  */
939 static uma_slab_t
940 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
941 {
942         uma_slabrefcnt_t slabref;
943         uma_alloc allocf;
944         uma_slab_t slab;
945         uint8_t *mem;
946         uint8_t flags;
947         int i;
948
949         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
950         slab = NULL;
951         mem = NULL;
952
953 #ifdef UMA_DEBUG
954         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
955 #endif
956         allocf = keg->uk_allocf;
957         KEG_UNLOCK(keg);
958
959         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
960                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
961                 if (slab == NULL)
962                         goto out;
963         }
964
965         /*
966          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
967          * first time they are added to a zone.
968          *
969          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
970          */
971
972         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
973                 wait |= M_ZERO;
974         else
975                 wait &= ~M_ZERO;
976
977         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
978                 wait |= M_NODUMP;
979
980         /* zone is passed for legacy reasons. */
981         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
982         if (mem == NULL) {
983                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
984                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
985                 slab = NULL;
986                 goto out;
987         }
988
989         /* Point the slab into the allocated memory */
990         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
991                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
992
993         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
994                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
995                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
996
997         slab->us_keg = keg;
998         slab->us_data = mem;
999         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1000         slab->us_flags = flags;
1001         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1002 #ifdef INVARIANTS
1003         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1004 #endif
1005         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1006                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
1007                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1008                         slabref->us_refcnt[i] = 0;
1009         }
1010
1011         if (keg->uk_init != NULL) {
1012                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1013                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1014                             keg->uk_size, wait) != 0)
1015                                 break;
1016                 if (i != keg->uk_ipers) {
1017                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1018                         slab = NULL;
1019                         goto out;
1020                 }
1021         }
1022 out:
1023         KEG_LOCK(keg);
1024
1025         if (slab != NULL) {
1026                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1027                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1028
1029                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1030                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1031         }
1032
1033         return (slab);
1034 }
1035
1036 /*
1037  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1038  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1039  * the VM is ready.
1040  */
1041 static void *
1042 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1043 {
1044         uma_keg_t keg;
1045         uma_slab_t tmps;
1046         int pages, check_pages;
1047
1048         keg = zone_first_keg(zone);
1049         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1050         check_pages = pages - 1;
1051         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1052
1053         /*
1054          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1055          */
1056         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1057
1058         /* First check if we have enough room. */
1059         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1060         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1061                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1062         if (tmps != NULL) {
1063                 /*
1064                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1065                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1066                  * "pages" contiguous pages of memory.
1067                  */
1068                 while (pages-- > 0) {
1069                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1070                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1071                 }
1072                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1073                 *pflag = tmps->us_flags;
1074                 return (tmps->us_data);
1075         }
1076         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1077         if (booted < UMA_STARTUP2)
1078                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1079         /*
1080          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1081          */
1082 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1083         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1084 #else
1085         keg->uk_allocf = page_alloc;
1086 #endif
1087         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Allocates a number of pages from the system
1092  *
1093  * Arguments:
1094  *      bytes  The number of bytes requested
1095  *      wait  Shall we wait?
1096  *
1097  * Returns:
1098  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1099  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1100  */
1101 static void *
1102 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1103 {
1104         void *p;        /* Returned page */
1105
1106         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1107         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1108
1109         return (p);
1110 }
1111
1112 /*
1113  * Allocates a number of pages from within an object
1114  *
1115  * Arguments:
1116  *      bytes  The number of bytes requested
1117  *      wait   Shall we wait?
1118  *
1119  * Returns:
1120  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1121  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1122  */
1123 static void *
1124 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1125 {
1126         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1127         u_long npages;
1128         vm_offset_t retkva, zkva;
1129         vm_page_t p, p_next;
1130         uma_keg_t keg;
1131
1132         TAILQ_INIT(&alloctail);
1133         keg = zone_first_keg(zone);
1134
1135         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1136         while (npages > 0) {
1137                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1138                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1139                 if (p != NULL) {
1140                         /*
1141                          * Since the page does not belong to an object, its
1142                          * listq is unused.
1143                          */
1144                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1145                         npages--;
1146                         continue;
1147                 }
1148                 if (wait & M_WAITOK) {
1149                         VM_WAIT;
1150                         continue;
1151                 }
1152
1153                 /*
1154                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1155                  * exit.
1156                  */
1157                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1158                         vm_page_unwire(p, 0);
1159                         vm_page_free(p); 
1160                 }
1161                 return (NULL);
1162         }
1163         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1164         zkva = keg->uk_kva +
1165             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1166         retkva = zkva;
1167         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1168                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1169                 zkva += PAGE_SIZE;
1170         }
1171
1172         return ((void *)retkva);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Frees a number of pages to the system
1177  *
1178  * Arguments:
1179  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1180  *      size  The size of the memory being freed
1181  *      flags The original p->us_flags field
1182  *
1183  * Returns:
1184  *      Nothing
1185  */
1186 static void
1187 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1188 {
1189         struct vmem *vmem;
1190
1191         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1192                 vmem = kmem_arena;
1193         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1194                 vmem = kernel_arena;
1195         else
1196                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1197
1198         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1199 }
1200
1201 /*
1202  * Zero fill initializer
1203  *
1204  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1205  */
1206 static int
1207 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1208 {
1209         bzero(mem, size);
1210         return (0);
1211 }
1212
1213 /*
1214  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1215  *
1216  * Arguments
1217  *      keg  The zone we should initialize
1218  *
1219  * Returns
1220  *      Nothing
1221  */
1222 static void
1223 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1224 {
1225         u_int rsize;
1226         u_int memused;
1227         u_int wastedspace;
1228         u_int shsize;
1229         u_int slabsize;
1230
1231         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1232                 u_int ncpus = mp_ncpus ? mp_ncpus : MAXCPU;
1233
1234                 slabsize = sizeof(struct pcpu);
1235                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1236                     PAGE_SIZE);
1237         } else {
1238                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1239                 keg->uk_ppera = 1;
1240         }
1241
1242         /*
1243          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1244          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1245          * allocation bits for we round it up.
1246          */
1247         rsize = keg->uk_size;
1248         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1249                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1250         if (rsize & keg->uk_align)
1251                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1252         keg->uk_rsize = rsize;
1253
1254         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1255             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1256             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1257
1258         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1259                 rsize += sizeof(uint32_t);
1260
1261         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1262                 shsize = 0;
1263         else 
1264                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1265
1266         keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1267         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1268             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1269
1270         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1271         wastedspace = slabsize - memused;
1272
1273         /*
1274          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1275          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1276          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1277          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1278          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1279          */
1280         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1281             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1282                 return;
1283
1284         /*
1285          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1286          * this if it permits more items per-slab.
1287          *
1288          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1289          * Historically this was not done because the VM could not
1290          * efficiently handle contiguous allocations.
1291          */
1292         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1293             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1294                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1295                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1296                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1297 #ifdef UMA_DEBUG
1298                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1299                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1300                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1301                     "calculated ipers = %d, "
1302                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1303                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1304                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1305 #endif
1306                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1307         }
1308
1309         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1310             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1311                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1316  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1317  * more complicated.
1318  *
1319  * Arguments
1320  *      keg  The keg we should initialize
1321  *
1322  * Returns
1323  *      Nothing
1324  */
1325 static void
1326 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1327 {
1328         u_int shsize;
1329
1330         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1331         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1332             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1333         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1334             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1335
1336         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1337         keg->uk_ipers = 1;
1338         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1339
1340         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1341         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1342                 return;
1343
1344         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1345         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1346                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1347                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1348                         shsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1349                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1350                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1351                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1352
1353                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1354                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1355         }
1356
1357         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1358             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1359                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1360 }
1361
1362 static void
1363 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1364 {
1365         int alignsize;
1366         int trailer;
1367         int pages;
1368         int rsize;
1369
1370         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1371             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1372
1373         alignsize = keg->uk_align + 1;
1374         rsize = keg->uk_size;
1375         /*
1376          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1377          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1378          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1379          * would fall on the same boundary every time.
1380          */
1381         if (rsize & keg->uk_align)
1382                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1383         if ((rsize & alignsize) == 0)
1384                 rsize += alignsize;
1385         trailer = rsize - keg->uk_size;
1386         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1387         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1388         keg->uk_rsize = rsize;
1389         keg->uk_ppera = pages;
1390         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1391         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1392         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1393             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1394             keg->uk_ipers));
1395 }
1396
1397 /*
1398  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1399  * the keg onto the global keg list.
1400  *
1401  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1402  *      udata  Actually uma_kctor_args
1403  */
1404 static int
1405 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1406 {
1407         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1408         uma_keg_t keg = mem;
1409         uma_zone_t zone;
1410
1411         bzero(keg, size);
1412         keg->uk_size = arg->size;
1413         keg->uk_init = arg->uminit;
1414         keg->uk_fini = arg->fini;
1415         keg->uk_align = arg->align;
1416         keg->uk_free = 0;
1417         keg->uk_reserve = 0;
1418         keg->uk_pages = 0;
1419         keg->uk_flags = arg->flags;
1420         keg->uk_allocf = page_alloc;
1421         keg->uk_freef = page_free;
1422         keg->uk_slabzone = NULL;
1423
1424         /*
1425          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1426          */
1427         zone = arg->zone;
1428         keg->uk_name = zone->uz_name;
1429
1430         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1431                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1432
1433         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1434                 keg->uk_init = zero_init;
1435
1436         if (arg->flags & UMA_ZONE_REFCNT || arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1437                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1438
1439         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1440 #ifdef SMP
1441                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1442 #else
1443                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1444 #endif
1445
1446         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1447                 keg_cachespread_init(keg);
1448         } else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1449                 if (keg->uk_size >
1450                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) -
1451                     sizeof(uint32_t)))
1452                         keg_large_init(keg);
1453                 else
1454                         keg_small_init(keg);
1455         } else {
1456                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1457                         keg_large_init(keg);
1458                 else
1459                         keg_small_init(keg);
1460         }
1461
1462         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1463                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1464                         if (keg->uk_ipers > uma_max_ipers_ref)
1465                                 panic("Too many ref items per zone: %d > %d\n",
1466                                     keg->uk_ipers, uma_max_ipers_ref);
1467                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1468                 } else
1469                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1470         }
1471
1472         /*
1473          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1474          * startup cache until the vm is ready.
1475          */
1476         if (keg->uk_ppera == 1) {
1477 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1478                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1479                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1480
1481                 if (booted < UMA_STARTUP)
1482                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1483 #else
1484                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1485                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1486 #endif
1487         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1488             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1489                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1490
1491         /*
1492          * Initialize keg's lock
1493          */
1494         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1495
1496         /*
1497          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1498          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1499          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1500          */
1501         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1502                 u_int totsize;
1503
1504                 /* Size of the slab struct and free list */
1505                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1506
1507                 /* Size of the reference counts. */
1508                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1509                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1510
1511                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1512                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1513                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1514                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1515
1516                 /*
1517                  * The only way the following is possible is if with our
1518                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1519                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1520                  * mathematically possible for all cases, so we make
1521                  * sure here anyway.
1522                  */
1523                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1524                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1525                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1526                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1527                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1528                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1529                             keg->uk_size);
1530                         panic("UMA slab won't fit.");
1531                 }
1532         }
1533
1534         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1535                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1536
1537 #ifdef UMA_DEBUG
1538         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1539             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1540             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1541             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
1542 #endif
1543
1544         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1545
1546         rw_wlock(&uma_rwlock);
1547         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1548         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1549         return (0);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1554  *
1555  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1556  *      udata  Actually uma_zctor_args
1557  */
1558 static int
1559 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1560 {
1561         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1562         uma_zone_t zone = mem;
1563         uma_zone_t z;
1564         uma_keg_t keg;
1565
1566         bzero(zone, size);
1567         zone->uz_name = arg->name;
1568         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1569         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1570         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1571         zone->uz_init = NULL;
1572         zone->uz_fini = NULL;
1573         zone->uz_allocs = 0;
1574         zone->uz_frees = 0;
1575         zone->uz_fails = 0;
1576         zone->uz_sleeps = 0;
1577         zone->uz_count = 0;
1578         zone->uz_count_min = 0;
1579         zone->uz_flags = 0;
1580         zone->uz_warning = NULL;
1581         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1582         keg = arg->keg;
1583
1584         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1585
1586         /*
1587          * This is a pure cache zone, no kegs.
1588          */
1589         if (arg->import) {
1590                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1591                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1592                 zone->uz_flags = arg->flags;
1593                 zone->uz_size = arg->size;
1594                 zone->uz_import = arg->import;
1595                 zone->uz_release = arg->release;
1596                 zone->uz_arg = arg->arg;
1597                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1598                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1599                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1600                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1601                 goto out;
1602         }
1603
1604         /*
1605          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1606          */
1607         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1608         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1609         zone->uz_arg = zone; 
1610
1611         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1612                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1613                 zone->uz_init = arg->uminit;
1614                 zone->uz_fini = arg->fini;
1615                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1616                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1617                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1618                 ZONE_LOCK(zone);
1619                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1620                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1621                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1622                                 break;
1623                         }
1624                 }
1625                 ZONE_UNLOCK(zone);
1626                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1627         } else if (keg == NULL) {
1628                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1629                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1630                         return (ENOMEM);
1631         } else {
1632                 struct uma_kctor_args karg;
1633                 int error;
1634
1635                 /* We should only be here from uma_startup() */
1636                 karg.size = arg->size;
1637                 karg.uminit = arg->uminit;
1638                 karg.fini = arg->fini;
1639                 karg.align = arg->align;
1640                 karg.flags = arg->flags;
1641                 karg.zone = zone;
1642                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1643                     flags);
1644                 if (error)
1645                         return (error);
1646         }
1647
1648         /*
1649          * Link in the first keg.
1650          */
1651         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1652         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1653         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1654         zone->uz_size = keg->uk_size;
1655         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1656             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1657
1658         /*
1659          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1660          * caches.  If we're internal, bail out here.
1661          */
1662         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1663                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1664                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1665                 return (0);
1666         }
1667
1668 out:
1669         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1670                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1671         else
1672                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1673         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1674
1675         return (0);
1676 }
1677
1678 /*
1679  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1680  * table and removes the keg from the global list.
1681  *
1682  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1683  *      udata  unused
1684  */
1685 static void
1686 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1687 {
1688         uma_keg_t keg;
1689
1690         keg = (uma_keg_t)arg;
1691         KEG_LOCK(keg);
1692         if (keg->uk_free != 0) {
1693                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1694                     " Lost %d pages of memory.\n",
1695                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1696                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1697         }
1698         KEG_UNLOCK(keg);
1699
1700         hash_free(&keg->uk_hash);
1701
1702         KEG_LOCK_FINI(keg);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Zone header dtor.
1707  *
1708  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1709  *      udata  unused
1710  */
1711 static void
1712 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1713 {
1714         uma_klink_t klink;
1715         uma_zone_t zone;
1716         uma_keg_t keg;
1717
1718         zone = (uma_zone_t)arg;
1719         keg = zone_first_keg(zone);
1720
1721         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1722                 cache_drain(zone);
1723
1724         rw_wlock(&uma_rwlock);
1725         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1726         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1727         /*
1728          * XXX there are some races here where
1729          * the zone can be drained but zone lock
1730          * released and then refilled before we
1731          * remove it... we dont care for now
1732          */
1733         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1734         /*
1735          * Unlink all of our kegs.
1736          */
1737         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1738                 klink->kl_keg = NULL;
1739                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1740                 if (klink == &zone->uz_klink)
1741                         continue;
1742                 free(klink, M_TEMP);
1743         }
1744         /*
1745          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1746          */
1747         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1748                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1749                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1750                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1751                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1752         }
1753         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1758  *
1759  * Arguments:
1760  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1761  *              as an argument.
1762  *
1763  * Returns:
1764  *      Nothing
1765  */
1766 static void
1767 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1768 {
1769         uma_keg_t keg;
1770         uma_zone_t zone;
1771
1772         rw_rlock(&uma_rwlock);
1773         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1774                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1775                         zfunc(zone);
1776         }
1777         rw_runlock(&uma_rwlock);
1778 }
1779
1780 /* Public functions */
1781 /* See uma.h */
1782 void
1783 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1784 {
1785         struct uma_zctor_args args;
1786         uma_slab_t slab;
1787         u_int slabsize;
1788         int i;
1789
1790 #ifdef UMA_DEBUG
1791         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1792 #endif
1793         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1794
1795         /* "manually" create the initial zone */
1796         memset(&args, 0, sizeof(args));
1797         args.name = "UMA Kegs";
1798         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1799         args.ctor = keg_ctor;
1800         args.dtor = keg_dtor;
1801         args.uminit = zero_init;
1802         args.fini = NULL;
1803         args.keg = &masterkeg;
1804         args.align = 32 - 1;
1805         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1806         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1807         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1808
1809 #ifdef UMA_DEBUG
1810         printf("Filling boot free list.\n");
1811 #endif
1812         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1813                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1814                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1815                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1816                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1817         }
1818         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1819
1820 #ifdef UMA_DEBUG
1821         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1822 #endif
1823         args.name = "UMA Zones";
1824         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1825             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1826         args.ctor = zone_ctor;
1827         args.dtor = zone_dtor;
1828         args.uminit = zero_init;
1829         args.fini = NULL;
1830         args.keg = NULL;
1831         args.align = 32 - 1;
1832         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1833         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1834         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1835
1836 #ifdef UMA_DEBUG
1837         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1838 #endif
1839 #ifdef UMA_DEBUG
1840         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1841 #endif
1842
1843         /* Now make a zone for slab headers */
1844         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1845                                 sizeof(struct uma_slab),
1846                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1847                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1848
1849         /*
1850          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1851          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1852          */
1853         slabsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1854         slabsize += uma_max_ipers_ref * sizeof(uint32_t);
1855         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1856                                   slabsize,
1857                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1858                                   UMA_ALIGN_PTR,
1859                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1860
1861         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1862             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1863             NULL, NULL, NULL, NULL,
1864             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1865
1866         bucket_init();
1867
1868         booted = UMA_STARTUP;
1869
1870 #ifdef UMA_DEBUG
1871         printf("UMA startup complete.\n");
1872 #endif
1873 }
1874
1875 /* see uma.h */
1876 void
1877 uma_startup2(void)
1878 {
1879         booted = UMA_STARTUP2;
1880         bucket_enable();
1881         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1882 #ifdef UMA_DEBUG
1883         printf("UMA startup2 complete.\n");
1884 #endif
1885 }
1886
1887 /*
1888  * Initialize our callout handle
1889  *
1890  */
1891
1892 static void
1893 uma_startup3(void)
1894 {
1895 #ifdef UMA_DEBUG
1896         printf("Starting callout.\n");
1897 #endif
1898         callout_init(&uma_callout, 1);
1899         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1900 #ifdef UMA_DEBUG
1901         printf("UMA startup3 complete.\n");
1902 #endif
1903 }
1904
1905 static uma_keg_t
1906 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1907                 int align, uint32_t flags)
1908 {
1909         struct uma_kctor_args args;
1910
1911         args.size = size;
1912         args.uminit = uminit;
1913         args.fini = fini;
1914         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1915         args.flags = flags;
1916         args.zone = zone;
1917         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1918 }
1919
1920 /* See uma.h */
1921 void
1922 uma_set_align(int align)
1923 {
1924
1925         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1926                 uma_align_cache = align;
1927 }
1928
1929 /* See uma.h */
1930 uma_zone_t
1931 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1932                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1933
1934 {
1935         struct uma_zctor_args args;
1936         uma_zone_t res;
1937         bool locked;
1938
1939         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1940         memset(&args, 0, sizeof(args));
1941         args.name = name;
1942         args.size = size;
1943         args.ctor = ctor;
1944         args.dtor = dtor;
1945         args.uminit = uminit;
1946         args.fini = fini;
1947         args.align = align;
1948         args.flags = flags;
1949         args.keg = NULL;
1950
1951         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1952                 locked = false;
1953         } else {
1954                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1955                 locked = true;
1956         }
1957         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1958         if (locked)
1959                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1960         return (res);
1961 }
1962
1963 /* See uma.h */
1964 uma_zone_t
1965 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1966                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1967 {
1968         struct uma_zctor_args args;
1969         uma_keg_t keg;
1970         uma_zone_t res;
1971         bool locked;
1972
1973         keg = zone_first_keg(master);
1974         memset(&args, 0, sizeof(args));
1975         args.name = name;
1976         args.size = keg->uk_size;
1977         args.ctor = ctor;
1978         args.dtor = dtor;
1979         args.uminit = zinit;
1980         args.fini = zfini;
1981         args.align = keg->uk_align;
1982         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1983         args.keg = keg;
1984
1985         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1986                 locked = false;
1987         } else {
1988                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1989                 locked = true;
1990         }
1991         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1992         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1993         if (locked)
1994                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1995         return (res);
1996 }
1997
1998 /* See uma.h */
1999 uma_zone_t
2000 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2001                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2002                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2003 {
2004         struct uma_zctor_args args;
2005
2006         memset(&args, 0, sizeof(args));
2007         args.name = name;
2008         args.size = size;
2009         args.ctor = ctor;
2010         args.dtor = dtor;
2011         args.uminit = zinit;
2012         args.fini = zfini;
2013         args.import = zimport;
2014         args.release = zrelease;
2015         args.arg = arg;
2016         args.align = 0;
2017         args.flags = flags;
2018
2019         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
2020 }
2021
2022 static void
2023 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2024 {
2025         if (a < b) {
2026                 ZONE_LOCK(a);
2027                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2028         } else {
2029                 ZONE_LOCK(b);
2030                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2031         }
2032 }
2033
2034 static void
2035 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2036 {
2037
2038         ZONE_UNLOCK(a);
2039         ZONE_UNLOCK(b);
2040 }
2041
2042 int
2043 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2044 {
2045         uma_klink_t klink;
2046         uma_klink_t kl;
2047         int error;
2048
2049         error = 0;
2050         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2051
2052         zone_lock_pair(zone, master);
2053         /*
2054          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2055          * a secondary.
2056          */
2057         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2058             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2059                 error = EINVAL;
2060                 goto out;
2061         }
2062         /*
2063          * The new master must also use vtoslab().
2064          */
2065         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2066                 error = EINVAL;
2067                 goto out;
2068         }
2069         /*
2070          * Both must either be refcnt, or not be refcnt.
2071          */
2072         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT) !=
2073             (master->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
2074                 error = EINVAL;
2075                 goto out;
2076         }
2077         /*
2078          * The underlying object must be the same size.  rsize
2079          * may be different.
2080          */
2081         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2082                 error = E2BIG;
2083                 goto out;
2084         }
2085         /*
2086          * Put it at the end of the list.
2087          */
2088         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2089         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2090                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2091                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2092                         break;
2093                 }
2094         }
2095         klink = NULL;
2096         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2097         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2098
2099 out:
2100         zone_unlock_pair(zone, master);
2101         if (klink != NULL)
2102                 free(klink, M_TEMP);
2103
2104         return (error);
2105 }
2106
2107
2108 /* See uma.h */
2109 void
2110 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2111 {
2112
2113         sx_slock(&uma_drain_lock);
2114         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2115         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2116 }
2117
2118 /* See uma.h */
2119 void *
2120 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2121 {
2122         void *item;
2123         uma_cache_t cache;
2124         uma_bucket_t bucket;
2125         int lockfail;
2126         int cpu;
2127
2128         /* This is the fast path allocation */
2129 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2130         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2131 #endif
2132         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2133             zone->uz_name, flags);
2134
2135         if (flags & M_WAITOK) {
2136                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2137                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2138         }
2139 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2140         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2141                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2142                 if (item != NULL) {
2143                         /*
2144                          * Avoid conflict with the use-after-free
2145                          * protecting infrastructure from INVARIANTS.
2146                          */
2147                         if (zone->uz_init != NULL &&
2148                             zone->uz_init != mtrash_init &&
2149                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2150                                 return (NULL);
2151                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2152                             zone->uz_ctor != mtrash_ctor &&
2153                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2154                             flags) != 0) {
2155                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2156                                 return (NULL);
2157                         }
2158                         return (item);
2159                 }
2160                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2161         }
2162 #endif
2163         /*
2164          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2165          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2166          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2167          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2168          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2169          * preemption and migration.  We release the critical section in
2170          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2171          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2172          * must detect and handle migration if it has occurred.
2173          */
2174         critical_enter();
2175         cpu = curcpu;
2176         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2177
2178 zalloc_start:
2179         bucket = cache->uc_allocbucket;
2180         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2181                 bucket->ub_cnt--;
2182                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2183 #ifdef INVARIANTS
2184                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2185 #endif
2186                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2187                 cache->uc_allocs++;
2188                 critical_exit();
2189                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2190                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2191                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2192                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2193                         return (NULL);
2194                 }
2195 #ifdef INVARIANTS
2196                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2197 #endif
2198                 if (flags & M_ZERO)
2199                         uma_zero_item(item, zone);
2200                 return (item);
2201         }
2202
2203         /*
2204          * We have run out of items in our alloc bucket.
2205          * See if we can switch with our free bucket.
2206          */
2207         bucket = cache->uc_freebucket;
2208         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2209 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2210                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2211 #endif
2212                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2213                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2214                 goto zalloc_start;
2215         }
2216
2217         /*
2218          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2219          */
2220         bucket = cache->uc_allocbucket;
2221         cache->uc_allocbucket = NULL;
2222         critical_exit();
2223         if (bucket != NULL)
2224                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2225
2226         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2227         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2228                 goto zalloc_item;
2229
2230         /*
2231          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2232          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2233          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2234          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2235          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2236          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2237          * the critical section.
2238          */
2239         lockfail = 0;
2240         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2241                 /* Record contention to size the buckets. */
2242                 ZONE_LOCK(zone);
2243                 lockfail = 1;
2244         }
2245         critical_enter();
2246         cpu = curcpu;
2247         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2248
2249         /*
2250          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2251          */
2252         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2253         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2254         cache->uc_allocs = 0;
2255         cache->uc_frees = 0;
2256
2257         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2258         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2259                 ZONE_UNLOCK(zone);
2260                 goto zalloc_start;
2261         }
2262
2263         /*
2264          * Check the zone's cache of buckets.
2265          */
2266         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2267                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2268                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2269
2270                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2271                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2272                 ZONE_UNLOCK(zone);
2273                 goto zalloc_start;
2274         }
2275         /* We are no longer associated with this CPU. */
2276         critical_exit();
2277
2278         /*
2279          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2280          * handle the working set.
2281          */
2282         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2283                 zone->uz_count++;
2284         ZONE_UNLOCK(zone);
2285
2286         /*
2287          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2288          * works we'll restart the allocation from the begining and it
2289          * will use the just filled bucket.
2290          */
2291         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2292         if (bucket != NULL) {
2293                 ZONE_LOCK(zone);
2294                 critical_enter();
2295                 cpu = curcpu;
2296                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2297                 /*
2298                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2299                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2300                  * the memory directly.
2301                  */
2302                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2303                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2304                 else
2305                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2306                 ZONE_UNLOCK(zone);
2307                 goto zalloc_start;
2308         }
2309
2310         /*
2311          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2312          */
2313 #ifdef UMA_DEBUG
2314         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2315 #endif
2316
2317 zalloc_item:
2318         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2319
2320         return (item);
2321 }
2322
2323 static uma_slab_t
2324 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2325 {
2326         uma_slab_t slab;
2327         int reserve;
2328
2329         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2330         slab = NULL;
2331         reserve = 0;
2332         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2333                 reserve = keg->uk_reserve;
2334
2335         for (;;) {
2336                 /*
2337                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2338                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2339                  * fragmentation.
2340                  */
2341                 if (keg->uk_free > reserve) {
2342                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2343                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2344                         } else {
2345                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2346                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2347                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2348                                     us_link);
2349                         }
2350                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2351                         return (slab);
2352                 }
2353
2354                 /*
2355                  * M_NOVM means don't ask at all!
2356                  */
2357                 if (flags & M_NOVM)
2358                         break;
2359
2360                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2361                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2362                         /*
2363                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2364                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2365                          */
2366                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2367                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2368                                 zone_log_warning(zone);
2369                         }
2370                         if (flags & M_NOWAIT)
2371                                 break;
2372                         zone->uz_sleeps++;
2373                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2374                         continue;
2375                 }
2376                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2377                 /*
2378                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2379                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2380                  * at least one item.
2381                  */
2382                 if (slab) {
2383                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2384                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2385                         return (slab);
2386                 }
2387                 /*
2388                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2389                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2390                  * fail.
2391                  */
2392                 flags |= M_NOVM;
2393         }
2394         return (slab);
2395 }
2396
2397 static uma_slab_t
2398 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2399 {
2400         uma_slab_t slab;
2401
2402         if (keg == NULL) {
2403                 keg = zone_first_keg(zone);
2404                 KEG_LOCK(keg);
2405         }
2406
2407         for (;;) {
2408                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2409                 if (slab)
2410                         return (slab);
2411                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2412                         break;
2413         }
2414         KEG_UNLOCK(keg);
2415         return (NULL);
2416 }
2417
2418 /*
2419  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2420  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2421  *
2422  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2423  */
2424 static uma_slab_t
2425 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2426 {
2427         uma_klink_t klink;
2428         uma_slab_t slab;
2429         uma_keg_t keg;
2430         int flags;
2431         int empty;
2432         int full;
2433
2434         /*
2435          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2436          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2437          * without blocking.
2438          */
2439         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2440         /*
2441          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2442          * the search.
2443          */
2444         if (last != NULL) {
2445                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2446                 if (slab)
2447                         return (slab);
2448                 KEG_UNLOCK(last);
2449         }
2450         /*
2451          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2452          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2453          * required but we've done it for so long now.
2454          */
2455         for (;;) {
2456                 empty = 0;
2457                 full = 0;
2458                 /*
2459                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2460                  * correct lock while calling into the keg layer.
2461                  */
2462                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2463                         keg = klink->kl_keg;
2464                         KEG_LOCK(keg);
2465                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2466                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2467                                 if (slab)
2468                                         return (slab);
2469                         }
2470                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2471                                 full++;
2472                         else
2473                                 empty++;
2474                         KEG_UNLOCK(keg);
2475                 }
2476                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2477                         break;
2478                 flags = rflags;
2479                 /*
2480                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2481                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2482                  */
2483                 if (full && !empty) {
2484                         ZONE_LOCK(zone);
2485                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2486                         zone->uz_sleeps++;
2487                         zone_log_warning(zone);
2488                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2489                             "zonelimit", hz/100);
2490                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2491                         ZONE_UNLOCK(zone);
2492                         continue;
2493                 }
2494         }
2495         return (NULL);
2496 }
2497
2498 static void *
2499 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2500 {
2501         void *item;
2502         uint8_t freei;
2503
2504         MPASS(keg == slab->us_keg);
2505         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2506
2507         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2508         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2509         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2510         slab->us_freecount--;
2511         keg->uk_free--;
2512
2513         /* Move this slab to the full list */
2514         if (slab->us_freecount == 0) {
2515                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2516                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2517         }
2518
2519         return (item);
2520 }
2521
2522 static int
2523 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2524 {
2525         uma_slab_t slab;
2526         uma_keg_t keg;
2527         int i;
2528
2529         slab = NULL;
2530         keg = NULL;
2531         /* Try to keep the buckets totally full */
2532         for (i = 0; i < max; ) {
2533                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2534                         break;
2535                 keg = slab->us_keg;
2536                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2537                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2538                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2539                                 break;
2540                 }
2541                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2542                 flags &= ~M_WAITOK;
2543                 flags |= M_NOWAIT;
2544         }
2545         if (slab != NULL)
2546                 KEG_UNLOCK(keg);
2547
2548         return i;
2549 }
2550
2551 static uma_bucket_t
2552 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2553 {
2554         uma_bucket_t bucket;
2555         int max;
2556
2557         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2558         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2559         if (bucket == NULL)
2560                 return (NULL);
2561
2562         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2563         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2564             max, flags);
2565
2566         /*
2567          * Initialize the memory if necessary.
2568          */
2569         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2570                 int i;
2571
2572                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2573                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2574                             flags) != 0)
2575                                 break;
2576                 /*
2577                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2578                  * rest back onto the freelist.
2579                  */
2580                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2581                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2582                             bucket->ub_cnt - i);
2583 #ifdef INVARIANTS
2584                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2585                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2586 #endif
2587                         bucket->ub_cnt = i;
2588                 }
2589         }
2590
2591         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2592                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2593                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2594                 return (NULL);
2595         }
2596
2597         return (bucket);
2598 }
2599
2600 /*
2601  * Allocates a single item from a zone.
2602  *
2603  * Arguments
2604  *      zone   The zone to alloc for.
2605  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2606  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2607  *
2608  * Returns
2609  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2610  *      An item if successful
2611  */
2612
2613 static void *
2614 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2615 {
2616         void *item;
2617
2618         item = NULL;
2619
2620 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2621         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2622 #endif
2623         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2624                 goto fail;
2625         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2626
2627         /*
2628          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2629          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2630          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2631          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2632          */
2633         if (zone->uz_init != NULL) {
2634                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2635                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2636                         goto fail;
2637                 }
2638         }
2639         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2640                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2641                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2642                         goto fail;
2643                 }
2644         }
2645 #ifdef INVARIANTS
2646         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2647 #endif
2648         if (flags & M_ZERO)
2649                 uma_zero_item(item, zone);
2650
2651         return (item);
2652
2653 fail:
2654         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2655         return (NULL);
2656 }
2657
2658 /* See uma.h */
2659 void
2660 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2661 {
2662         uma_cache_t cache;
2663         uma_bucket_t bucket;
2664         int lockfail;
2665         int cpu;
2666
2667 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2668         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2669 #endif
2670         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2671             zone->uz_name);
2672
2673         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2674         if (item == NULL)
2675                 return;
2676 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2677         if (is_memguard_addr(item)) {
2678                 if (zone->uz_dtor != NULL && zone->uz_dtor != mtrash_dtor)
2679                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2680                 if (zone->uz_fini != NULL && zone->uz_fini != mtrash_fini)
2681                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2682                 memguard_free(item);
2683                 return;
2684         }
2685 #endif
2686 #ifdef INVARIANTS
2687         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2688                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2689         else
2690                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2691 #endif
2692         if (zone->uz_dtor != NULL)
2693                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2694
2695         /*
2696          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2697          * a little longer for the limits to be reset.
2698          */
2699         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2700                 goto zfree_item;
2701
2702         /*
2703          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2704          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2705          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2706          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2707          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2708          * preemption and migration.  We release the critical section in
2709          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2710          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2711          * detect and handle migration if it has occurred.
2712          */
2713 zfree_restart:
2714         critical_enter();
2715         cpu = curcpu;
2716         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2717
2718 zfree_start:
2719         /*
2720          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2721          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2722          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2723          */
2724         bucket = cache->uc_allocbucket;
2725         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2726                 bucket = cache->uc_freebucket;
2727         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2728                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2729                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2730                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2731                 bucket->ub_cnt++;
2732                 cache->uc_frees++;
2733                 critical_exit();
2734                 return;
2735         }
2736
2737         /*
2738          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2739          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2740          * section.  Since the critical section is released, we may be
2741          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2742          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2743          * the critical section.
2744          */
2745         critical_exit();
2746         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2747                 goto zfree_item;
2748
2749         lockfail = 0;
2750         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2751                 /* Record contention to size the buckets. */
2752                 ZONE_LOCK(zone);
2753                 lockfail = 1;
2754         }
2755         critical_enter();
2756         cpu = curcpu;
2757         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2758
2759         /*
2760          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2761          */
2762         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2763         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2764         cache->uc_allocs = 0;
2765         cache->uc_frees = 0;
2766
2767         bucket = cache->uc_freebucket;
2768         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2769                 ZONE_UNLOCK(zone);
2770                 goto zfree_start;
2771         }
2772         cache->uc_freebucket = NULL;
2773         /* We are no longer associated with this CPU. */
2774         critical_exit();
2775
2776         /* Can we throw this on the zone full list? */
2777         if (bucket != NULL) {
2778 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2779                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2780 #endif
2781                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2782                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2783                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2784                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2785         }
2786
2787         /*
2788          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2789          * handle the working set.
2790          */
2791         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2792                 zone->uz_count++;
2793         ZONE_UNLOCK(zone);
2794
2795 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2796         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2797 #endif
2798         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2799         if (bucket) {
2800                 critical_enter();
2801                 cpu = curcpu;
2802                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2803                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2804                         cache->uc_freebucket = bucket;
2805                         goto zfree_start;
2806                 }
2807                 /*
2808                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2809                  * critical section to free the bucket.
2810                  */
2811                 critical_exit();
2812                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2813                 goto zfree_restart;
2814         }
2815
2816         /*
2817          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2818          */
2819 zfree_item:
2820         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2821
2822         return;
2823 }
2824
2825 static void
2826 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2827 {
2828         uint8_t freei;
2829
2830         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2831         MPASS(keg == slab->us_keg);
2832
2833         /* Do we need to remove from any lists? */
2834         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2835                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2836                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2837         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2838                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2839                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2840         }
2841
2842         /* Slab management. */
2843         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2844         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2845         slab->us_freecount++;
2846
2847         /* Keg statistics. */
2848         keg->uk_free++;
2849 }
2850
2851 static void
2852 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2853 {
2854         void *item;
2855         uma_slab_t slab;
2856         uma_keg_t keg;
2857         uint8_t *mem;
2858         int clearfull;
2859         int i;
2860
2861         clearfull = 0;
2862         keg = zone_first_keg(zone);
2863         KEG_LOCK(keg);
2864         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2865                 item = bucket[i];
2866                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2867                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2868                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2869                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2870                         } else {
2871                                 mem += keg->uk_pgoff;
2872                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2873                         }
2874                 } else {
2875                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2876                         if (slab->us_keg != keg) {
2877                                 KEG_UNLOCK(keg);
2878                                 keg = slab->us_keg;
2879                                 KEG_LOCK(keg);
2880                         }
2881                 }
2882                 slab_free_item(keg, slab, item);
2883                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2884                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2885                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2886                                 clearfull = 1;
2887                         }
2888
2889                         /* 
2890                          * We can handle one more allocation. Since we're
2891                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2892                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2893                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2894                          * threads etc).
2895                          */
2896                         wakeup(keg);
2897                 }
2898         }
2899         KEG_UNLOCK(keg);
2900         if (clearfull) {
2901                 ZONE_LOCK(zone);
2902                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2903                 wakeup(zone);
2904                 ZONE_UNLOCK(zone);
2905         }
2906
2907 }
2908
2909 /*
2910  * Frees a single item to any zone.
2911  *
2912  * Arguments:
2913  *      zone   The zone to free to
2914  *      item   The item we're freeing
2915  *      udata  User supplied data for the dtor
2916  *      skip   Skip dtors and finis
2917  */
2918 static void
2919 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2920 {
2921
2922 #ifdef INVARIANTS
2923         if (skip == SKIP_NONE) {
2924                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2925                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2926                 else
2927                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2928         }
2929 #endif
2930         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2931                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2932
2933         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2934                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2935
2936         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2937         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2938 }
2939
2940 /* See uma.h */
2941 int
2942 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2943 {
2944         uma_keg_t keg;
2945
2946         keg = zone_first_keg(zone);
2947         if (keg == NULL)
2948                 return (0);
2949         KEG_LOCK(keg);
2950         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2951         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2952                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2953         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2954         KEG_UNLOCK(keg);
2955
2956         return (nitems);
2957 }
2958
2959 /* See uma.h */
2960 int
2961 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2962 {
2963         int nitems;
2964         uma_keg_t keg;
2965
2966         keg = zone_first_keg(zone);
2967         if (keg == NULL)
2968                 return (0);
2969         KEG_LOCK(keg);
2970         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2971         KEG_UNLOCK(keg);
2972
2973         return (nitems);
2974 }
2975
2976 /* See uma.h */
2977 void
2978 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2979 {
2980
2981         ZONE_LOCK(zone);
2982         zone->uz_warning = warning;
2983         ZONE_UNLOCK(zone);
2984 }
2985
2986 /* See uma.h */
2987 int
2988 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2989 {
2990         int64_t nitems;
2991         u_int i;
2992
2993         ZONE_LOCK(zone);
2994         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2995         CPU_FOREACH(i) {
2996                 /*
2997                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2998                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2999                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3000                  */
3001                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3002                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3003         }
3004         ZONE_UNLOCK(zone);
3005
3006         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3007 }
3008
3009 /* See uma.h */
3010 void
3011 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3012 {
3013         uma_keg_t keg;
3014
3015         keg = zone_first_keg(zone);
3016         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3017         KEG_LOCK(keg);
3018         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3019             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3020         keg->uk_init = uminit;
3021         KEG_UNLOCK(keg);
3022 }
3023
3024 /* See uma.h */
3025 void
3026 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3027 {
3028         uma_keg_t keg;
3029
3030         keg = zone_first_keg(zone);
3031         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3032         KEG_LOCK(keg);
3033         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3034             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3035         keg->uk_fini = fini;
3036         KEG_UNLOCK(keg);
3037 }
3038
3039 /* See uma.h */
3040 void
3041 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3042 {
3043
3044         ZONE_LOCK(zone);
3045         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3046             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3047         zone->uz_init = zinit;
3048         ZONE_UNLOCK(zone);
3049 }
3050
3051 /* See uma.h */
3052 void
3053 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3054 {
3055
3056         ZONE_LOCK(zone);
3057         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3058             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3059         zone->uz_fini = zfini;
3060         ZONE_UNLOCK(zone);
3061 }
3062
3063 /* See uma.h */
3064 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3065 void
3066 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3067 {
3068         uma_keg_t keg;
3069
3070         keg = zone_first_keg(zone);
3071         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3072         KEG_LOCK(keg);
3073         keg->uk_freef = freef;
3074         KEG_UNLOCK(keg);
3075 }
3076
3077 /* See uma.h */
3078 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3079 void
3080 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3081 {
3082         uma_keg_t keg;
3083
3084         keg = zone_first_keg(zone);
3085         KEG_LOCK(keg);
3086         keg->uk_allocf = allocf;
3087         KEG_UNLOCK(keg);
3088 }
3089
3090 /* See uma.h */
3091 void
3092 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3093 {
3094         uma_keg_t keg;
3095
3096         keg = zone_first_keg(zone);
3097         if (keg == NULL)
3098                 return;
3099         KEG_LOCK(keg);
3100         keg->uk_reserve = items;
3101         KEG_UNLOCK(keg);
3102
3103         return;
3104 }
3105
3106 /* See uma.h */
3107 int
3108 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3109 {
3110         uma_keg_t keg;
3111         vm_offset_t kva;
3112         int pages;
3113
3114         keg = zone_first_keg(zone);
3115         if (keg == NULL)
3116                 return (0);
3117         pages = count / keg->uk_ipers;
3118
3119         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3120                 pages++;
3121
3122 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3123         if (keg->uk_ppera > 1) {
3124 #else
3125         if (1) {
3126 #endif
3127                 kva = kva_alloc(pages * UMA_SLAB_SIZE);
3128                 if (kva == 0)
3129                         return (0);
3130         } else
3131                 kva = 0;
3132         KEG_LOCK(keg);
3133         keg->uk_kva = kva;
3134         keg->uk_offset = 0;
3135         keg->uk_maxpages = pages;
3136 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3137         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3138 #else
3139         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3140 #endif
3141         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3142         KEG_UNLOCK(keg);
3143
3144         return (1);
3145 }
3146
3147 /* See uma.h */
3148 void
3149 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3150 {
3151         int slabs;
3152         uma_slab_t slab;
3153         uma_keg_t keg;
3154
3155         keg = zone_first_keg(zone);
3156         if (keg == NULL)
3157                 return;
3158         KEG_LOCK(keg);
3159         slabs = items / keg->uk_ipers;
3160         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3161                 slabs++;
3162         while (slabs > 0) {
3163                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3164                 if (slab == NULL)
3165                         break;
3166                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3167                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3168                 slabs--;
3169         }
3170         KEG_UNLOCK(keg);
3171 }
3172
3173 /* See uma.h */
3174 uint32_t *
3175 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
3176 {
3177         uma_slabrefcnt_t slabref;
3178         uma_slab_t slab;
3179         uma_keg_t keg;
3180         uint32_t *refcnt;
3181         int idx;
3182
3183         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3184         slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
3185         keg = slab->us_keg;
3186         KASSERT(keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
3187             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
3188         idx = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3189         refcnt = &slabref->us_refcnt[idx];
3190         return refcnt;
3191 }
3192
3193 /* See uma.h */
3194 static void
3195 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3196 {
3197
3198 #ifdef UMA_DEBUG
3199         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3200 #endif
3201         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3202         bucket_enable();
3203         zone_foreach(zone_drain);
3204         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3205                 cache_drain_safe(NULL);
3206                 zone_foreach(zone_drain);
3207         }
3208         /*
3209          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3210          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3211          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3212          */
3213         zone_drain(slabzone);
3214         zone_drain(slabrefzone);
3215         bucket_zone_drain();
3216 }
3217
3218 void
3219 uma_reclaim(void)
3220 {
3221
3222         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3223         uma_reclaim_locked(false);
3224         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3225 }
3226
3227 static int uma_reclaim_needed;
3228
3229 void
3230 uma_reclaim_wakeup(void)
3231 {
3232
3233         uma_reclaim_needed = 1;
3234         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3235 }
3236
3237 void
3238 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3239 {
3240
3241         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3242         for (;;) {
3243                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3244                     "umarcl", 0);
3245                 if (uma_reclaim_needed) {
3246                         uma_reclaim_needed = 0;
3247                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3248                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3249                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3250                         uma_reclaim_locked(true);
3251                 }
3252         }
3253 }
3254
3255 /* See uma.h */
3256 int
3257 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3258 {
3259         int full;
3260
3261         ZONE_LOCK(zone);
3262         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3263         ZONE_UNLOCK(zone);
3264         return (full);  
3265 }
3266
3267 int
3268 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3269 {
3270         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3271 }
3272
3273 void *
3274 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3275 {
3276         void *mem;
3277         uma_slab_t slab;
3278         uint8_t flags;
3279
3280         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3281         if (slab == NULL)
3282                 return (NULL);
3283         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3284         if (mem) {
3285                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3286                 slab->us_data = mem;
3287                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3288                 slab->us_size = size;
3289         } else {
3290                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3291         }
3292
3293         return (mem);
3294 }
3295
3296 void
3297 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3298 {
3299
3300         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3301         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3302 }
3303
3304 static void
3305 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3306 {
3307
3308         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3309                 for (int i = 0; i < mp_ncpus; i++)
3310                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3311         } else
3312                 bzero(item, zone->uz_size);
3313 }
3314
3315 void
3316 uma_print_stats(void)
3317 {
3318         zone_foreach(uma_print_zone);
3319 }
3320
3321 static void
3322 slab_print(uma_slab_t slab)
3323 {
3324         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3325                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3326 }
3327
3328 static void
3329 cache_print(uma_cache_t cache)
3330 {
3331         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3332                 cache->uc_allocbucket,
3333                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3334                 cache->uc_freebucket,
3335                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3336 }
3337
3338 static void
3339 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3340 {
3341         uma_slab_t slab;
3342
3343         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3344             "out %d free %d limit %d\n",
3345             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3346             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3347             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free,
3348             (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3349         printf("Part slabs:\n");
3350         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3351                 slab_print(slab);
3352         printf("Free slabs:\n");
3353         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3354                 slab_print(slab);
3355         printf("Full slabs:\n");
3356         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3357                 slab_print(slab);
3358 }
3359
3360 void
3361 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3362 {
3363         uma_cache_t cache;
3364         uma_klink_t kl;
3365         int i;
3366
3367         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3368             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3369         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3370                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3371         CPU_FOREACH(i) {
3372                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3373                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3374                 cache_print(cache);
3375         }
3376 }
3377
3378 #ifdef DDB
3379 /*
3380  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3381  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3382  *
3383  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3384  * per-CPU cache statistic.
3385  *
3386  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3387  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3388  * directly so that we don't have to.
3389  */
3390 static void
3391 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3392     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3393 {
3394         uma_cache_t cache;
3395         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3396         int cachefree, cpu;
3397
3398         allocs = frees = sleeps = 0;
3399         cachefree = 0;
3400         CPU_FOREACH(cpu) {
3401                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3402                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3403                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3404                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3405                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3406                 allocs += cache->uc_allocs;
3407                 frees += cache->uc_frees;
3408         }
3409         allocs += z->uz_allocs;
3410         frees += z->uz_frees;
3411         sleeps += z->uz_sleeps;
3412         if (cachefreep != NULL)
3413                 *cachefreep = cachefree;
3414         if (allocsp != NULL)
3415                 *allocsp = allocs;
3416         if (freesp != NULL)
3417                 *freesp = frees;
3418         if (sleepsp != NULL)
3419                 *sleepsp = sleeps;
3420 }
3421 #endif /* DDB */
3422
3423 static int
3424 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3425 {
3426         uma_keg_t kz;
3427         uma_zone_t z;
3428         int count;
3429
3430         count = 0;
3431         rw_rlock(&uma_rwlock);
3432         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3433                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3434                         count++;
3435         }
3436         rw_runlock(&uma_rwlock);
3437         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3438 }
3439
3440 static int
3441 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3442 {
3443         struct uma_stream_header ush;
3444         struct uma_type_header uth;
3445         struct uma_percpu_stat ups;
3446         uma_bucket_t bucket;
3447         struct sbuf sbuf;
3448         uma_cache_t cache;
3449         uma_klink_t kl;
3450         uma_keg_t kz;
3451         uma_zone_t z;
3452         uma_keg_t k;
3453         int count, error, i;
3454
3455         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3456         if (error != 0)
3457                 return (error);
3458         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3459
3460         count = 0;
3461         rw_rlock(&uma_rwlock);
3462         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3463                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3464                         count++;
3465         }
3466
3467         /*
3468          * Insert stream header.
3469          */
3470         bzero(&ush, sizeof(ush));
3471         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3472         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3473         ush.ush_count = count;
3474         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3475
3476         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3477                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3478                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3479                         ZONE_LOCK(z);
3480                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3481                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3482                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3483                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3484                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3485                                 k = kl->kl_keg;
3486                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3487                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3488                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3489                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3490                                     * k->uk_ipers;
3491                         }
3492
3493                         /*
3494                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3495                          * on the keg's zone list.
3496                          */
3497                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3498                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3499                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3500
3501                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3502                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3503                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3504                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3505                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3506                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3507                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3508                         /*
3509                          * While it is not normally safe to access the cache
3510                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3511                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3512                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3513                          * accept the possible race associated with bucket
3514                          * exchange during monitoring.
3515                          */
3516                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3517                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3518                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3519                                         goto skip;
3520                                 if (CPU_ABSENT(i))
3521                                         goto skip;
3522                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3523                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3524                                         ups.ups_cache_free +=
3525                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3526                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3527                                         ups.ups_cache_free +=
3528                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3529                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3530                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3531 skip:
3532                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3533                         }
3534                         ZONE_UNLOCK(z);
3535                 }
3536         }
3537         rw_runlock(&uma_rwlock);
3538         error = sbuf_finish(&sbuf);
3539         sbuf_delete(&sbuf);
3540         return (error);
3541 }
3542
3543 int
3544 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3545 {
3546         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3547         int error, max, old;
3548
3549         old = max = uma_zone_get_max(zone);
3550         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3551         if (error || !req->newptr)
3552                 return (error);
3553
3554         if (max < old)
3555                 return (EINVAL);
3556
3557         uma_zone_set_max(zone, max);
3558
3559         return (0);
3560 }
3561
3562 int
3563 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3564 {
3565         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3566         int cur;
3567
3568         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3569         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3570 }
3571
3572 #ifdef DDB
3573 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3574 {
3575         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3576         uma_bucket_t bucket;
3577         uma_keg_t kz;
3578         uma_zone_t z;
3579         int cachefree;
3580
3581         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3582             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3583         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3584                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3585                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3586                                 allocs = z->uz_allocs;
3587                                 frees = z->uz_frees;
3588                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3589                                 cachefree = 0;
3590                         } else
3591                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3592                                     &frees, &sleeps);
3593                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3594                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3595                                 cachefree += kz->uk_free;
3596                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3597                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3598                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3599                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3600                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3601                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3602                         if (db_pager_quit)
3603                                 return;
3604                 }
3605         }
3606 }
3607
3608 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3609 {
3610         uint64_t allocs, frees;
3611         uma_bucket_t bucket;
3612         uma_zone_t z;
3613         int cachefree;
3614
3615         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3616             "Requests", "Bucket");
3617         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3618                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3619                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3620                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3621                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3622                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3623                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3624                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3625                 if (db_pager_quit)
3626                         return;
3627         }
3628 }
3629 #endif