]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC r368207,368607:
[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
312         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
313                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
314                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
315                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
316                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
317                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
318         }
319 }
320
321 /*
322  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
323  * to allocate the bucket.
324  */
325 static struct uma_bucket_zone *
326 bucket_zone_lookup(int entries)
327 {
328         struct uma_bucket_zone *ubz;
329
330         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
331                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
332                         return (ubz);
333         ubz--;
334         return (ubz);
335 }
336
337 static int
338 bucket_select(int size)
339 {
340         struct uma_bucket_zone *ubz;
341
342         ubz = &bucket_zones[0];
343         if (size > ubz->ubz_maxsize)
344                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
345
346         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
347                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
348                         break;
349         ubz--;
350         return (ubz->ubz_entries);
351 }
352
353 static uma_bucket_t
354 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
355 {
356         struct uma_bucket_zone *ubz;
357         uma_bucket_t bucket;
358
359         /*
360          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
361          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
362          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
363          * low memory situations.
364          */
365         if (bucketdisable)
366                 return (NULL);
367         /*
368          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
369          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
370          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
371          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
372          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
373          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
374          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
375          * free path.
376          */
377         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
378                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
379         else {
380                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
381                         return (NULL);
382                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
383         }
384         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
385                 flags |= M_NOVM;
386         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
387         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
388                 ubz++;
389         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
390         if (bucket) {
391 #ifdef INVARIANTS
392                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
393 #endif
394                 bucket->ub_cnt = 0;
395                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
396         }
397
398         return (bucket);
399 }
400
401 static void
402 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
403 {
404         struct uma_bucket_zone *ubz;
405
406         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
407             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
408         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
409                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
410         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
411         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
412 }
413
414 static void
415 bucket_zone_drain(void)
416 {
417         struct uma_bucket_zone *ubz;
418
419         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
420                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
421 }
422
423 static void
424 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
425 {
426         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
427
428         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
429                 return;
430
431         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
432                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
433 }
434
435 static void
436 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
437 {
438         uma_klink_t klink;
439
440         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
441                 kegfn(klink->kl_keg);
442 }
443
444 /*
445  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
446  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
447  *
448  * Arguments:
449  *      arg   Unused
450  *
451  * Returns:
452  *      Nothing
453  */
454 static void
455 uma_timeout(void *unused)
456 {
457         bucket_enable();
458         zone_foreach(zone_timeout);
459
460         /* Reschedule this event */
461         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
462 }
463
464 /*
465  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
466  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
467  *
468  *  Returns nothing.
469  */
470 static void
471 keg_timeout(uma_keg_t keg)
472 {
473
474         KEG_LOCK(keg);
475         /*
476          * Expand the keg hash table.
477          *
478          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
479          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
480          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
481          */
482         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
483             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
484                 struct uma_hash newhash;
485                 struct uma_hash oldhash;
486                 int ret;
487
488                 /*
489                  * This is so involved because allocating and freeing
490                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
491                  * I have to do everything in stages and check for
492                  * races.
493                  */
494                 newhash = keg->uk_hash;
495                 KEG_UNLOCK(keg);
496                 ret = hash_alloc(&newhash);
497                 KEG_LOCK(keg);
498                 if (ret) {
499                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
500                                 oldhash = keg->uk_hash;
501                                 keg->uk_hash = newhash;
502                         } else
503                                 oldhash = newhash;
504
505                         KEG_UNLOCK(keg);
506                         hash_free(&oldhash);
507                         return;
508                 }
509         }
510         KEG_UNLOCK(keg);
511 }
512
513 static void
514 zone_timeout(uma_zone_t zone)
515 {
516
517         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
518 }
519
520 /*
521  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
522  * backing store.
523  *
524  * Arguments:
525  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
526  *
527  * Returns:
528  *      1 on sucess and 0 on failure.
529  */
530 static int
531 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
532 {
533         int oldsize;
534         int alloc;
535
536         oldsize = hash->uh_hashsize;
537
538         /* We're just going to go to a power of two greater */
539         if (oldsize)  {
540                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
541                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
542                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
543                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
544         } else {
545                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
546                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
547                     M_WAITOK);
548                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
549         }
550         if (hash->uh_slab_hash) {
551                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
552                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
553                 return (1);
554         }
555
556         return (0);
557 }
558
559 /*
560  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
561  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
562  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
563  *
564  * Arguments:
565  *      oldhash  The hash you want to expand
566  *      newhash  The hash structure for the new table
567  *
568  * Returns:
569  *      Nothing
570  *
571  * Discussion:
572  */
573 static int
574 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
575 {
576         uma_slab_t slab;
577         int hval;
578         int i;
579
580         if (!newhash->uh_slab_hash)
581                 return (0);
582
583         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
584                 return (0);
585
586         /*
587          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
588          * full rehash.
589          */
590
591         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
592                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
593                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
594                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
595                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
596                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
597                             slab, us_hlink);
598                 }
599
600         return (1);
601 }
602
603 /*
604  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
605  *
606  * Arguments:
607  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
608  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
609  *
610  * Returns:
611  *      Nothing
612  */
613 static void
614 hash_free(struct uma_hash *hash)
615 {
616         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
617                 return;
618         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
619                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
620         else
621                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
622 }
623
624 /*
625  * Frees all outstanding items in a bucket
626  *
627  * Arguments:
628  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
629  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
630  *
631  * Returns:
632  *      Nothing
633  */
634
635 static void
636 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
637 {
638         int i;
639
640         if (bucket == NULL)
641                 return;
642
643         if (zone->uz_fini)
644                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
645                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
646         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
647         bucket->ub_cnt = 0;
648 }
649
650 /*
651  * Drains the per cpu caches for a zone.
652  *
653  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
654  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
655  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
656  *
657  * Arguments:
658  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
659  *
660  * Returns:
661  *      Nothing
662  */
663 static void
664 cache_drain(uma_zone_t zone)
665 {
666         uma_cache_t cache;
667         int cpu;
668
669         /*
670          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
671          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
672          * of the caches at this point.
673          *
674          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
675          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
676          *
677          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
678          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
679          * there in some form?
680          */
681         CPU_FOREACH(cpu) {
682                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
683                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
684                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
685                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
686                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
687                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
688                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
689                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
690         }
691         ZONE_LOCK(zone);
692         bucket_cache_drain(zone);
693         ZONE_UNLOCK(zone);
694 }
695
696 static void
697 cache_shrink(uma_zone_t zone)
698 {
699
700         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
701                 return;
702
703         ZONE_LOCK(zone);
704         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
705         ZONE_UNLOCK(zone);
706 }
707
708 static void
709 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
710 {
711         uma_cache_t cache;
712         uma_bucket_t b1, b2;
713
714         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
715                 return;
716
717         b1 = b2 = NULL;
718         ZONE_LOCK(zone);
719         critical_enter();
720         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
721         if (cache->uc_allocbucket) {
722                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
723                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
724                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
725                 else
726                         b1 = cache->uc_allocbucket;
727                 cache->uc_allocbucket = NULL;
728         }
729         if (cache->uc_freebucket) {
730                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
731                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
732                             cache->uc_freebucket, ub_link);
733                 else
734                         b2 = cache->uc_freebucket;
735                 cache->uc_freebucket = NULL;
736         }
737         critical_exit();
738         ZONE_UNLOCK(zone);
739         if (b1)
740                 bucket_free(zone, b1, NULL);
741         if (b2)
742                 bucket_free(zone, b2, NULL);
743 }
744
745 /*
746  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
747  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
748  * one by one and enter a critical section on each of them in order
749  * to safely access their cache buckets.
750  * Zone lock must not be held on call this function.
751  */
752 static void
753 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
754 {
755         int cpu;
756
757         /*
758          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
759          */
760         if (zone)
761                 cache_shrink(zone);
762         else
763                 zone_foreach(cache_shrink);
764
765         CPU_FOREACH(cpu) {
766                 thread_lock(curthread);
767                 sched_bind(curthread, cpu);
768                 thread_unlock(curthread);
769
770                 if (zone)
771                         cache_drain_safe_cpu(zone);
772                 else
773                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
774         }
775         thread_lock(curthread);
776         sched_unbind(curthread);
777         thread_unlock(curthread);
778 }
779
780 /*
781  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
782  */
783 static void
784 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
785 {
786         uma_bucket_t bucket;
787
788         /*
789          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
790          * cpu (alloc/free).
791          */
792         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
793                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
794                 ZONE_UNLOCK(zone);
795                 bucket_drain(zone, bucket);
796                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
797                 ZONE_LOCK(zone);
798         }
799
800         /*
801          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
802          * is probably lower then price of global cache drain.
803          */
804         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
805                 zone->uz_count--;
806 }
807
808 static void
809 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
810 {
811         uint8_t *mem;
812         int i;
813         uint8_t flags;
814
815         mem = slab->us_data;
816         flags = slab->us_flags;
817         i = start;
818         if (keg->uk_fini != NULL) {
819                 for (i--; i > -1; i--)
820                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
821                             keg->uk_size);
822         }
823         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
824                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
825 #ifdef UMA_DEBUG
826         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
827             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
828 #endif
829         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
830 }
831
832 /*
833  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
834  * the pageout daemon.
835  *
836  * Returns nothing.
837  */
838 static void
839 keg_drain(uma_keg_t keg)
840 {
841         struct slabhead freeslabs = { 0 };
842         uma_slab_t slab;
843         uma_slab_t n;
844
845         /*
846          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
847          * time
848          */
849         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
850                 return;
851
852 #ifdef UMA_DEBUG
853         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
854 #endif
855         KEG_LOCK(keg);
856         if (keg->uk_free == 0)
857                 goto finished;
858
859         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
860         while (slab) {
861                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
862
863                 /* We have no where to free these to */
864                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
865                         slab = n;
866                         continue;
867                 }
868
869                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
870                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
871                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
872
873                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
874                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
875
876                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
877
878                 slab = n;
879         }
880 finished:
881         KEG_UNLOCK(keg);
882
883         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
884                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
885                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
886         }
887 }
888
889 static void
890 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
891 {
892
893         /*
894          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
895          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
896          * is the only call that knows the structure will still be available
897          * when it wakes up.
898          */
899         ZONE_LOCK(zone);
900         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
901                 if (waitok == M_NOWAIT)
902                         goto out;
903                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
904         }
905         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
906         bucket_cache_drain(zone);
907         ZONE_UNLOCK(zone);
908         /*
909          * The DRAINING flag protects us from being freed while
910          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
911          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
912          */
913         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
914         ZONE_LOCK(zone);
915         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
916         wakeup(zone);
917 out:
918         ZONE_UNLOCK(zone);
919 }
920
921 void
922 zone_drain(uma_zone_t zone)
923 {
924
925         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
926 }
927
928 /*
929  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
930  *
931  * Arguments:
932  *      wait  Shall we wait?
933  *
934  * Returns:
935  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
936  *      caller specified M_NOWAIT.
937  */
938 static uma_slab_t
939 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
940 {
941         uma_slabrefcnt_t slabref;
942         uma_alloc allocf;
943         uma_slab_t slab;
944         uint8_t *mem;
945         uint8_t flags;
946         int i;
947
948         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
949         slab = NULL;
950         mem = NULL;
951
952 #ifdef UMA_DEBUG
953         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
954 #endif
955         allocf = keg->uk_allocf;
956         KEG_UNLOCK(keg);
957
958         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
959                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
960                 if (slab == NULL)
961                         goto out;
962         }
963
964         /*
965          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
966          * first time they are added to a zone.
967          *
968          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
969          */
970
971         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
972                 wait |= M_ZERO;
973         else
974                 wait &= ~M_ZERO;
975
976         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
977                 wait |= M_NODUMP;
978
979         /* zone is passed for legacy reasons. */
980         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
981         if (mem == NULL) {
982                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
983                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
984                 slab = NULL;
985                 goto out;
986         }
987
988         /* Point the slab into the allocated memory */
989         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
990                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
991
992         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
993                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
994                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
995
996         slab->us_keg = keg;
997         slab->us_data = mem;
998         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
999         slab->us_flags = flags;
1000         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1001 #ifdef INVARIANTS
1002         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1003 #endif
1004         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1005                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
1006                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1007                         slabref->us_refcnt[i] = 0;
1008         }
1009
1010         if (keg->uk_init != NULL) {
1011                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1012                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1013                             keg->uk_size, wait) != 0)
1014                                 break;
1015                 if (i != keg->uk_ipers) {
1016                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1017                         slab = NULL;
1018                         goto out;
1019                 }
1020         }
1021 out:
1022         KEG_LOCK(keg);
1023
1024         if (slab != NULL) {
1025                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1026                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1027
1028                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1029                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1030         }
1031
1032         return (slab);
1033 }
1034
1035 /*
1036  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1037  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1038  * the VM is ready.
1039  */
1040 static void *
1041 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1042 {
1043         uma_keg_t keg;
1044         uma_slab_t tmps;
1045         int pages, check_pages;
1046
1047         keg = zone_first_keg(zone);
1048         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1049         check_pages = pages - 1;
1050         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1051
1052         /*
1053          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1054          */
1055         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1056
1057         /* First check if we have enough room. */
1058         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1059         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1060                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1061         if (tmps != NULL) {
1062                 /*
1063                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1064                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1065                  * "pages" contiguous pages of memory.
1066                  */
1067                 while (pages-- > 0) {
1068                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1069                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1070                 }
1071                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1072                 *pflag = tmps->us_flags;
1073                 return (tmps->us_data);
1074         }
1075         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1076         if (booted < UMA_STARTUP2)
1077                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1078         /*
1079          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1080          */
1081 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1082         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1083 #else
1084         keg->uk_allocf = page_alloc;
1085 #endif
1086         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Allocates a number of pages from the system
1091  *
1092  * Arguments:
1093  *      bytes  The number of bytes requested
1094  *      wait  Shall we wait?
1095  *
1096  * Returns:
1097  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1098  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1099  */
1100 static void *
1101 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1102 {
1103         void *p;        /* Returned page */
1104
1105         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1106         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1107
1108         return (p);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Allocates a number of pages from within an object
1113  *
1114  * Arguments:
1115  *      bytes  The number of bytes requested
1116  *      wait   Shall we wait?
1117  *
1118  * Returns:
1119  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1120  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1121  */
1122 static void *
1123 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1124 {
1125         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1126         u_long npages;
1127         vm_offset_t retkva, zkva;
1128         vm_page_t p, p_next;
1129         uma_keg_t keg;
1130
1131         TAILQ_INIT(&alloctail);
1132         keg = zone_first_keg(zone);
1133
1134         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1135         while (npages > 0) {
1136                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1137                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1138                 if (p != NULL) {
1139                         /*
1140                          * Since the page does not belong to an object, its
1141                          * listq is unused.
1142                          */
1143                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1144                         npages--;
1145                         continue;
1146                 }
1147                 if (wait & M_WAITOK) {
1148                         VM_WAIT;
1149                         continue;
1150                 }
1151
1152                 /*
1153                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1154                  * exit.
1155                  */
1156                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1157                         vm_page_unwire(p, 0);
1158                         vm_page_free(p); 
1159                 }
1160                 return (NULL);
1161         }
1162         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1163         zkva = keg->uk_kva +
1164             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1165         retkva = zkva;
1166         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1167                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1168                 zkva += PAGE_SIZE;
1169         }
1170
1171         return ((void *)retkva);
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Frees a number of pages to the system
1176  *
1177  * Arguments:
1178  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1179  *      size  The size of the memory being freed
1180  *      flags The original p->us_flags field
1181  *
1182  * Returns:
1183  *      Nothing
1184  */
1185 static void
1186 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1187 {
1188         struct vmem *vmem;
1189
1190         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1191                 vmem = kmem_arena;
1192         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1193                 vmem = kernel_arena;
1194         else
1195                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1196
1197         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Zero fill initializer
1202  *
1203  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1204  */
1205 static int
1206 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1207 {
1208         bzero(mem, size);
1209         return (0);
1210 }
1211
1212 /*
1213  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1214  *
1215  * Arguments
1216  *      keg  The zone we should initialize
1217  *
1218  * Returns
1219  *      Nothing
1220  */
1221 static void
1222 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1223 {
1224         u_int rsize;
1225         u_int memused;
1226         u_int wastedspace;
1227         u_int shsize;
1228         u_int slabsize;
1229
1230         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1231                 u_int ncpus = mp_ncpus ? mp_ncpus : MAXCPU;
1232
1233                 slabsize = sizeof(struct pcpu);
1234                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1235                     PAGE_SIZE);
1236         } else {
1237                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1238                 keg->uk_ppera = 1;
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1243          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1244          * allocation bits for we round it up.
1245          */
1246         rsize = keg->uk_size;
1247         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1248                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1249         if (rsize & keg->uk_align)
1250                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1251         keg->uk_rsize = rsize;
1252
1253         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1254             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1255             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1256
1257         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1258                 rsize += sizeof(uint32_t);
1259
1260         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1261                 shsize = 0;
1262         else 
1263                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1264
1265         keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1266         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1267             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1268
1269         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1270         wastedspace = slabsize - memused;
1271
1272         /*
1273          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1274          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1275          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1276          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1277          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1278          */
1279         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1280             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1281                 return;
1282
1283         /*
1284          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1285          * this if it permits more items per-slab.
1286          *
1287          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1288          * Historically this was not done because the VM could not
1289          * efficiently handle contiguous allocations.
1290          */
1291         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1292             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1293                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1294                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1295                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1296 #ifdef UMA_DEBUG
1297                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1298                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1299                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1300                     "calculated ipers = %d, "
1301                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1302                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1303                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1304 #endif
1305                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1306         }
1307
1308         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1309             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1310                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1311 }
1312
1313 /*
1314  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1315  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1316  * more complicated.
1317  *
1318  * Arguments
1319  *      keg  The keg we should initialize
1320  *
1321  * Returns
1322  *      Nothing
1323  */
1324 static void
1325 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1326 {
1327         u_int shsize;
1328
1329         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1330         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1331             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1332         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1333             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1334
1335         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1336         keg->uk_ipers = 1;
1337         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1338
1339         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1340         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1341                 return;
1342
1343         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1344         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1345                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1346                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1347                         shsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1348                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1349                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1350                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1351
1352                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1353                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1354         }
1355
1356         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1357             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1358                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1359 }
1360
1361 static void
1362 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1363 {
1364         int alignsize;
1365         int trailer;
1366         int pages;
1367         int rsize;
1368
1369         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1370             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1371
1372         alignsize = keg->uk_align + 1;
1373         rsize = keg->uk_size;
1374         /*
1375          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1376          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1377          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1378          * would fall on the same boundary every time.
1379          */
1380         if (rsize & keg->uk_align)
1381                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1382         if ((rsize & alignsize) == 0)
1383                 rsize += alignsize;
1384         trailer = rsize - keg->uk_size;
1385         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1386         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1387         keg->uk_rsize = rsize;
1388         keg->uk_ppera = pages;
1389         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1390         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1391         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1392             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1393             keg->uk_ipers));
1394 }
1395
1396 /*
1397  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1398  * the keg onto the global keg list.
1399  *
1400  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1401  *      udata  Actually uma_kctor_args
1402  */
1403 static int
1404 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1405 {
1406         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1407         uma_keg_t keg = mem;
1408         uma_zone_t zone;
1409
1410         bzero(keg, size);
1411         keg->uk_size = arg->size;
1412         keg->uk_init = arg->uminit;
1413         keg->uk_fini = arg->fini;
1414         keg->uk_align = arg->align;
1415         keg->uk_free = 0;
1416         keg->uk_reserve = 0;
1417         keg->uk_pages = 0;
1418         keg->uk_flags = arg->flags;
1419         keg->uk_allocf = page_alloc;
1420         keg->uk_freef = page_free;
1421         keg->uk_slabzone = NULL;
1422
1423         /*
1424          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1425          */
1426         zone = arg->zone;
1427         keg->uk_name = zone->uz_name;
1428
1429         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1430                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1431
1432         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1433                 keg->uk_init = zero_init;
1434
1435         if (arg->flags & UMA_ZONE_REFCNT || arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1436                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1437
1438         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1439 #ifdef SMP
1440                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1441 #else
1442                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1443 #endif
1444
1445         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1446                 keg_cachespread_init(keg);
1447         } else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1448                 if (keg->uk_size >
1449                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) -
1450                     sizeof(uint32_t)))
1451                         keg_large_init(keg);
1452                 else
1453                         keg_small_init(keg);
1454         } else {
1455                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1456                         keg_large_init(keg);
1457                 else
1458                         keg_small_init(keg);
1459         }
1460
1461         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1462                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1463                         if (keg->uk_ipers > uma_max_ipers_ref)
1464                                 panic("Too many ref items per zone: %d > %d\n",
1465                                     keg->uk_ipers, uma_max_ipers_ref);
1466                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1467                 } else
1468                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1469         }
1470
1471         /*
1472          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1473          * startup cache until the vm is ready.
1474          */
1475         if (keg->uk_ppera == 1) {
1476 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1477                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1478                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1479
1480                 if (booted < UMA_STARTUP)
1481                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1482 #else
1483                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1484                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1485 #endif
1486         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1487             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1488                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1489
1490         /*
1491          * Initialize keg's lock
1492          */
1493         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1494
1495         /*
1496          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1497          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1498          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1499          */
1500         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1501                 u_int totsize;
1502
1503                 /* Size of the slab struct and free list */
1504                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1505
1506                 /* Size of the reference counts. */
1507                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1508                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1509
1510                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1511                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1512                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1513                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1514
1515                 /*
1516                  * The only way the following is possible is if with our
1517                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1518                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1519                  * mathematically possible for all cases, so we make
1520                  * sure here anyway.
1521                  */
1522                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1523                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1524                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1525                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1526                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1527                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1528                             keg->uk_size);
1529                         panic("UMA slab won't fit.");
1530                 }
1531         }
1532
1533         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1534                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1535
1536 #ifdef UMA_DEBUG
1537         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1538             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1539             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1540             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1541             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         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
1940             align, name));
1941
1942         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1943         memset(&args, 0, sizeof(args));
1944         args.name = name;
1945         args.size = size;
1946         args.ctor = ctor;
1947         args.dtor = dtor;
1948         args.uminit = uminit;
1949         args.fini = fini;
1950         args.align = align;
1951         args.flags = flags;
1952         args.keg = NULL;
1953
1954         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1955                 locked = false;
1956         } else {
1957                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1958                 locked = true;
1959         }
1960         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1961         if (locked)
1962                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1963         return (res);
1964 }
1965
1966 /* See uma.h */
1967 uma_zone_t
1968 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1969                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1970 {
1971         struct uma_zctor_args args;
1972         uma_keg_t keg;
1973         uma_zone_t res;
1974         bool locked;
1975
1976         keg = zone_first_keg(master);
1977         memset(&args, 0, sizeof(args));
1978         args.name = name;
1979         args.size = keg->uk_size;
1980         args.ctor = ctor;
1981         args.dtor = dtor;
1982         args.uminit = zinit;
1983         args.fini = zfini;
1984         args.align = keg->uk_align;
1985         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1986         args.keg = keg;
1987
1988         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1989                 locked = false;
1990         } else {
1991                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1992                 locked = true;
1993         }
1994         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1995         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1996         if (locked)
1997                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1998         return (res);
1999 }
2000
2001 /* See uma.h */
2002 uma_zone_t
2003 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2004                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2005                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2006 {
2007         struct uma_zctor_args args;
2008
2009         memset(&args, 0, sizeof(args));
2010         args.name = name;
2011         args.size = size;
2012         args.ctor = ctor;
2013         args.dtor = dtor;
2014         args.uminit = zinit;
2015         args.fini = zfini;
2016         args.import = zimport;
2017         args.release = zrelease;
2018         args.arg = arg;
2019         args.align = 0;
2020         args.flags = flags;
2021
2022         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
2023 }
2024
2025 static void
2026 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2027 {
2028         if (a < b) {
2029                 ZONE_LOCK(a);
2030                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2031         } else {
2032                 ZONE_LOCK(b);
2033                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2034         }
2035 }
2036
2037 static void
2038 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2039 {
2040
2041         ZONE_UNLOCK(a);
2042         ZONE_UNLOCK(b);
2043 }
2044
2045 int
2046 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2047 {
2048         uma_klink_t klink;
2049         uma_klink_t kl;
2050         int error;
2051
2052         error = 0;
2053         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2054
2055         zone_lock_pair(zone, master);
2056         /*
2057          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2058          * a secondary.
2059          */
2060         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2061             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2062                 error = EINVAL;
2063                 goto out;
2064         }
2065         /*
2066          * The new master must also use vtoslab().
2067          */
2068         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2069                 error = EINVAL;
2070                 goto out;
2071         }
2072         /*
2073          * Both must either be refcnt, or not be refcnt.
2074          */
2075         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT) !=
2076             (master->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
2077                 error = EINVAL;
2078                 goto out;
2079         }
2080         /*
2081          * The underlying object must be the same size.  rsize
2082          * may be different.
2083          */
2084         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2085                 error = E2BIG;
2086                 goto out;
2087         }
2088         /*
2089          * Put it at the end of the list.
2090          */
2091         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2092         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2093                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2094                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2095                         break;
2096                 }
2097         }
2098         klink = NULL;
2099         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2100         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2101
2102 out:
2103         zone_unlock_pair(zone, master);
2104         if (klink != NULL)
2105                 free(klink, M_TEMP);
2106
2107         return (error);
2108 }
2109
2110
2111 /* See uma.h */
2112 void
2113 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2114 {
2115
2116         sx_slock(&uma_drain_lock);
2117         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2118         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2119 }
2120
2121 /* See uma.h */
2122 void *
2123 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2124 {
2125         void *item;
2126         uma_cache_t cache;
2127         uma_bucket_t bucket;
2128         int lockfail;
2129         int cpu;
2130
2131         /* This is the fast path allocation */
2132 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2133         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2134 #endif
2135         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2136             zone->uz_name, flags);
2137
2138         if (flags & M_WAITOK) {
2139                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2140                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2141         }
2142 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2143         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2144                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2145                 if (item != NULL) {
2146                         /*
2147                          * Avoid conflict with the use-after-free
2148                          * protecting infrastructure from INVARIANTS.
2149                          */
2150                         if (zone->uz_init != NULL &&
2151                             zone->uz_init != mtrash_init &&
2152                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2153                                 return (NULL);
2154                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2155                             zone->uz_ctor != mtrash_ctor &&
2156                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2157                             flags) != 0) {
2158                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2159                                 return (NULL);
2160                         }
2161                         return (item);
2162                 }
2163                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2164         }
2165 #endif
2166         /*
2167          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2168          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2169          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2170          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2171          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2172          * preemption and migration.  We release the critical section in
2173          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2174          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2175          * must detect and handle migration if it has occurred.
2176          */
2177         critical_enter();
2178         cpu = curcpu;
2179         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2180
2181 zalloc_start:
2182         bucket = cache->uc_allocbucket;
2183         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2184                 bucket->ub_cnt--;
2185                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2186 #ifdef INVARIANTS
2187                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2188 #endif
2189                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2190                 cache->uc_allocs++;
2191                 critical_exit();
2192                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2193                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2194                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2195                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2196                         return (NULL);
2197                 }
2198 #ifdef INVARIANTS
2199                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2200 #endif
2201                 if (flags & M_ZERO)
2202                         uma_zero_item(item, zone);
2203                 return (item);
2204         }
2205
2206         /*
2207          * We have run out of items in our alloc bucket.
2208          * See if we can switch with our free bucket.
2209          */
2210         bucket = cache->uc_freebucket;
2211         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2212 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2213                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2214 #endif
2215                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2216                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2217                 goto zalloc_start;
2218         }
2219
2220         /*
2221          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2222          */
2223         bucket = cache->uc_allocbucket;
2224         cache->uc_allocbucket = NULL;
2225         critical_exit();
2226         if (bucket != NULL)
2227                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2228
2229         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2230         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2231                 goto zalloc_item;
2232
2233         /*
2234          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2235          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2236          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2237          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2238          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2239          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2240          * the critical section.
2241          */
2242         lockfail = 0;
2243         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2244                 /* Record contention to size the buckets. */
2245                 ZONE_LOCK(zone);
2246                 lockfail = 1;
2247         }
2248         critical_enter();
2249         cpu = curcpu;
2250         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2251
2252         /*
2253          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2254          */
2255         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2256         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2257         cache->uc_allocs = 0;
2258         cache->uc_frees = 0;
2259
2260         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2261         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2262                 ZONE_UNLOCK(zone);
2263                 goto zalloc_start;
2264         }
2265
2266         /*
2267          * Check the zone's cache of buckets.
2268          */
2269         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2270                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2271                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2272
2273                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2274                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2275                 ZONE_UNLOCK(zone);
2276                 goto zalloc_start;
2277         }
2278         /* We are no longer associated with this CPU. */
2279         critical_exit();
2280
2281         /*
2282          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2283          * handle the working set.
2284          */
2285         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2286                 zone->uz_count++;
2287         ZONE_UNLOCK(zone);
2288
2289         /*
2290          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2291          * works we'll restart the allocation from the begining and it
2292          * will use the just filled bucket.
2293          */
2294         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2295         if (bucket != NULL) {
2296                 ZONE_LOCK(zone);
2297                 critical_enter();
2298                 cpu = curcpu;
2299                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2300                 /*
2301                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2302                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2303                  * the memory directly.
2304                  */
2305                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2306                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2307                 else
2308                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2309                 ZONE_UNLOCK(zone);
2310                 goto zalloc_start;
2311         }
2312
2313         /*
2314          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2315          */
2316 #ifdef UMA_DEBUG
2317         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2318 #endif
2319
2320 zalloc_item:
2321         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2322
2323         return (item);
2324 }
2325
2326 static uma_slab_t
2327 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2328 {
2329         uma_slab_t slab;
2330         int reserve;
2331
2332         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2333         slab = NULL;
2334         reserve = 0;
2335         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2336                 reserve = keg->uk_reserve;
2337
2338         for (;;) {
2339                 /*
2340                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2341                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2342                  * fragmentation.
2343                  */
2344                 if (keg->uk_free > reserve) {
2345                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2346                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2347                         } else {
2348                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2349                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2350                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2351                                     us_link);
2352                         }
2353                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2354                         return (slab);
2355                 }
2356
2357                 /*
2358                  * M_NOVM means don't ask at all!
2359                  */
2360                 if (flags & M_NOVM)
2361                         break;
2362
2363                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2364                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2365                         /*
2366                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2367                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2368                          */
2369                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2370                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2371                                 zone_log_warning(zone);
2372                         }
2373                         if (flags & M_NOWAIT)
2374                                 break;
2375                         zone->uz_sleeps++;
2376                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2377                         continue;
2378                 }
2379                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2380                 /*
2381                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2382                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2383                  * at least one item.
2384                  */
2385                 if (slab) {
2386                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2387                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2388                         return (slab);
2389                 }
2390                 /*
2391                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2392                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2393                  * fail.
2394                  */
2395                 flags |= M_NOVM;
2396         }
2397         return (slab);
2398 }
2399
2400 static uma_slab_t
2401 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2402 {
2403         uma_slab_t slab;
2404
2405         if (keg == NULL) {
2406                 keg = zone_first_keg(zone);
2407                 KEG_LOCK(keg);
2408         }
2409
2410         for (;;) {
2411                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2412                 if (slab)
2413                         return (slab);
2414                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2415                         break;
2416         }
2417         KEG_UNLOCK(keg);
2418         return (NULL);
2419 }
2420
2421 /*
2422  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2423  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2424  *
2425  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2426  */
2427 static uma_slab_t
2428 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2429 {
2430         uma_klink_t klink;
2431         uma_slab_t slab;
2432         uma_keg_t keg;
2433         int flags;
2434         int empty;
2435         int full;
2436
2437         /*
2438          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2439          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2440          * without blocking.
2441          */
2442         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2443         /*
2444          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2445          * the search.
2446          */
2447         if (last != NULL) {
2448                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2449                 if (slab)
2450                         return (slab);
2451                 KEG_UNLOCK(last);
2452         }
2453         /*
2454          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2455          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2456          * required but we've done it for so long now.
2457          */
2458         for (;;) {
2459                 empty = 0;
2460                 full = 0;
2461                 /*
2462                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2463                  * correct lock while calling into the keg layer.
2464                  */
2465                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2466                         keg = klink->kl_keg;
2467                         KEG_LOCK(keg);
2468                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2469                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2470                                 if (slab)
2471                                         return (slab);
2472                         }
2473                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2474                                 full++;
2475                         else
2476                                 empty++;
2477                         KEG_UNLOCK(keg);
2478                 }
2479                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2480                         break;
2481                 flags = rflags;
2482                 /*
2483                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2484                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2485                  */
2486                 if (full && !empty) {
2487                         ZONE_LOCK(zone);
2488                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2489                         zone->uz_sleeps++;
2490                         zone_log_warning(zone);
2491                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2492                             "zonelimit", hz/100);
2493                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2494                         ZONE_UNLOCK(zone);
2495                         continue;
2496                 }
2497         }
2498         return (NULL);
2499 }
2500
2501 static void *
2502 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2503 {
2504         void *item;
2505         uint8_t freei;
2506
2507         MPASS(keg == slab->us_keg);
2508         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2509
2510         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2511         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2512         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2513         slab->us_freecount--;
2514         keg->uk_free--;
2515
2516         /* Move this slab to the full list */
2517         if (slab->us_freecount == 0) {
2518                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2519                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2520         }
2521
2522         return (item);
2523 }
2524
2525 static int
2526 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2527 {
2528         uma_slab_t slab;
2529         uma_keg_t keg;
2530         int i;
2531
2532         slab = NULL;
2533         keg = NULL;
2534         /* Try to keep the buckets totally full */
2535         for (i = 0; i < max; ) {
2536                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2537                         break;
2538                 keg = slab->us_keg;
2539                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2540                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2541                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2542                                 break;
2543                 }
2544                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2545                 flags &= ~M_WAITOK;
2546                 flags |= M_NOWAIT;
2547         }
2548         if (slab != NULL)
2549                 KEG_UNLOCK(keg);
2550
2551         return i;
2552 }
2553
2554 static uma_bucket_t
2555 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2556 {
2557         uma_bucket_t bucket;
2558         int max;
2559
2560         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2561         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2562         if (bucket == NULL)
2563                 return (NULL);
2564
2565         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2566         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2567             max, flags);
2568
2569         /*
2570          * Initialize the memory if necessary.
2571          */
2572         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2573                 int i;
2574
2575                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2576                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2577                             flags) != 0)
2578                                 break;
2579                 /*
2580                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2581                  * rest back onto the freelist.
2582                  */
2583                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2584                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2585                             bucket->ub_cnt - i);
2586 #ifdef INVARIANTS
2587                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2588                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2589 #endif
2590                         bucket->ub_cnt = i;
2591                 }
2592         }
2593
2594         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2595                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2596                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2597                 return (NULL);
2598         }
2599
2600         return (bucket);
2601 }
2602
2603 /*
2604  * Allocates a single item from a zone.
2605  *
2606  * Arguments
2607  *      zone   The zone to alloc for.
2608  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2609  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2610  *
2611  * Returns
2612  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2613  *      An item if successful
2614  */
2615
2616 static void *
2617 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2618 {
2619         void *item;
2620
2621         item = NULL;
2622
2623 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2624         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2625 #endif
2626         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2627                 goto fail;
2628         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2629
2630         /*
2631          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2632          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2633          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2634          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2635          */
2636         if (zone->uz_init != NULL) {
2637                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2638                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2639                         goto fail;
2640                 }
2641         }
2642         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2643                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2644                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2645                         goto fail;
2646                 }
2647         }
2648 #ifdef INVARIANTS
2649         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2650 #endif
2651         if (flags & M_ZERO)
2652                 uma_zero_item(item, zone);
2653
2654         return (item);
2655
2656 fail:
2657         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2658         return (NULL);
2659 }
2660
2661 /* See uma.h */
2662 void
2663 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2664 {
2665         uma_cache_t cache;
2666         uma_bucket_t bucket;
2667         int lockfail;
2668         int cpu;
2669
2670 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2671         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2672 #endif
2673         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2674             zone->uz_name);
2675
2676         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2677         if (item == NULL)
2678                 return;
2679 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2680         if (is_memguard_addr(item)) {
2681                 if (zone->uz_dtor != NULL && zone->uz_dtor != mtrash_dtor)
2682                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2683                 if (zone->uz_fini != NULL && zone->uz_fini != mtrash_fini)
2684                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2685                 memguard_free(item);
2686                 return;
2687         }
2688 #endif
2689 #ifdef INVARIANTS
2690         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2691                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2692         else
2693                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2694 #endif
2695         if (zone->uz_dtor != NULL)
2696                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2697
2698         /*
2699          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2700          * a little longer for the limits to be reset.
2701          */
2702         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2703                 goto zfree_item;
2704
2705         /*
2706          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2707          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2708          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2709          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2710          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2711          * preemption and migration.  We release the critical section in
2712          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2713          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2714          * detect and handle migration if it has occurred.
2715          */
2716 zfree_restart:
2717         critical_enter();
2718         cpu = curcpu;
2719         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2720
2721 zfree_start:
2722         /*
2723          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2724          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2725          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2726          */
2727         bucket = cache->uc_allocbucket;
2728         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2729                 bucket = cache->uc_freebucket;
2730         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2731                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2732                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2733                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2734                 bucket->ub_cnt++;
2735                 cache->uc_frees++;
2736                 critical_exit();
2737                 return;
2738         }
2739
2740         /*
2741          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2742          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2743          * section.  Since the critical section is released, we may be
2744          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2745          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2746          * the critical section.
2747          */
2748         critical_exit();
2749         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2750                 goto zfree_item;
2751
2752         lockfail = 0;
2753         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2754                 /* Record contention to size the buckets. */
2755                 ZONE_LOCK(zone);
2756                 lockfail = 1;
2757         }
2758         critical_enter();
2759         cpu = curcpu;
2760         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2761
2762         /*
2763          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2764          */
2765         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2766         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2767         cache->uc_allocs = 0;
2768         cache->uc_frees = 0;
2769
2770         bucket = cache->uc_freebucket;
2771         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2772                 ZONE_UNLOCK(zone);
2773                 goto zfree_start;
2774         }
2775         cache->uc_freebucket = NULL;
2776         /* We are no longer associated with this CPU. */
2777         critical_exit();
2778
2779         /* Can we throw this on the zone full list? */
2780         if (bucket != NULL) {
2781 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2782                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2783 #endif
2784                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2785                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2786                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2787                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2788         }
2789
2790         /*
2791          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2792          * handle the working set.
2793          */
2794         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2795                 zone->uz_count++;
2796         ZONE_UNLOCK(zone);
2797
2798 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2799         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2800 #endif
2801         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2802         if (bucket) {
2803                 critical_enter();
2804                 cpu = curcpu;
2805                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2806                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2807                         cache->uc_freebucket = bucket;
2808                         goto zfree_start;
2809                 }
2810                 /*
2811                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2812                  * critical section to free the bucket.
2813                  */
2814                 critical_exit();
2815                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2816                 goto zfree_restart;
2817         }
2818
2819         /*
2820          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2821          */
2822 zfree_item:
2823         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2824
2825         return;
2826 }
2827
2828 static void
2829 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2830 {
2831         uint8_t freei;
2832
2833         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2834         MPASS(keg == slab->us_keg);
2835
2836         /* Do we need to remove from any lists? */
2837         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2838                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2839                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2840         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2841                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2842                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2843         }
2844
2845         /* Slab management. */
2846         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2847         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2848         slab->us_freecount++;
2849
2850         /* Keg statistics. */
2851         keg->uk_free++;
2852 }
2853
2854 static void
2855 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2856 {
2857         void *item;
2858         uma_slab_t slab;
2859         uma_keg_t keg;
2860         uint8_t *mem;
2861         int clearfull;
2862         int i;
2863
2864         clearfull = 0;
2865         keg = zone_first_keg(zone);
2866         KEG_LOCK(keg);
2867         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2868                 item = bucket[i];
2869                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2870                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2871                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2872                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2873                         } else {
2874                                 mem += keg->uk_pgoff;
2875                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2876                         }
2877                 } else {
2878                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2879                         if (slab->us_keg != keg) {
2880                                 KEG_UNLOCK(keg);
2881                                 keg = slab->us_keg;
2882                                 KEG_LOCK(keg);
2883                         }
2884                 }
2885                 slab_free_item(keg, slab, item);
2886                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2887                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2888                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2889                                 clearfull = 1;
2890                         }
2891
2892                         /* 
2893                          * We can handle one more allocation. Since we're
2894                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2895                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2896                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2897                          * threads etc).
2898                          */
2899                         wakeup(keg);
2900                 }
2901         }
2902         KEG_UNLOCK(keg);
2903         if (clearfull) {
2904                 ZONE_LOCK(zone);
2905                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2906                 wakeup(zone);
2907                 ZONE_UNLOCK(zone);
2908         }
2909
2910 }
2911
2912 /*
2913  * Frees a single item to any zone.
2914  *
2915  * Arguments:
2916  *      zone   The zone to free to
2917  *      item   The item we're freeing
2918  *      udata  User supplied data for the dtor
2919  *      skip   Skip dtors and finis
2920  */
2921 static void
2922 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2923 {
2924
2925 #ifdef INVARIANTS
2926         if (skip == SKIP_NONE) {
2927                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2928                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2929                 else
2930                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2931         }
2932 #endif
2933         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2934                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2935
2936         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2937                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2938
2939         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2940         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2941 }
2942
2943 /* See uma.h */
2944 int
2945 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2946 {
2947         uma_keg_t keg;
2948
2949         keg = zone_first_keg(zone);
2950         if (keg == NULL)
2951                 return (0);
2952         KEG_LOCK(keg);
2953         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2954         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2955                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2956         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2957         KEG_UNLOCK(keg);
2958
2959         return (nitems);
2960 }
2961
2962 /* See uma.h */
2963 int
2964 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2965 {
2966         int nitems;
2967         uma_keg_t keg;
2968
2969         keg = zone_first_keg(zone);
2970         if (keg == NULL)
2971                 return (0);
2972         KEG_LOCK(keg);
2973         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2974         KEG_UNLOCK(keg);
2975
2976         return (nitems);
2977 }
2978
2979 /* See uma.h */
2980 void
2981 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2982 {
2983
2984         ZONE_LOCK(zone);
2985         zone->uz_warning = warning;
2986         ZONE_UNLOCK(zone);
2987 }
2988
2989 /* See uma.h */
2990 int
2991 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2992 {
2993         int64_t nitems;
2994         u_int i;
2995
2996         ZONE_LOCK(zone);
2997         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2998         CPU_FOREACH(i) {
2999                 /*
3000                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3001                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3002                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3003                  */
3004                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3005                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3006         }
3007         ZONE_UNLOCK(zone);
3008
3009         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3010 }
3011
3012 /* See uma.h */
3013 void
3014 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3015 {
3016         uma_keg_t keg;
3017
3018         keg = zone_first_keg(zone);
3019         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3020         KEG_LOCK(keg);
3021         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3022             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3023         keg->uk_init = uminit;
3024         KEG_UNLOCK(keg);
3025 }
3026
3027 /* See uma.h */
3028 void
3029 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3030 {
3031         uma_keg_t keg;
3032
3033         keg = zone_first_keg(zone);
3034         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3035         KEG_LOCK(keg);
3036         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3037             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3038         keg->uk_fini = fini;
3039         KEG_UNLOCK(keg);
3040 }
3041
3042 /* See uma.h */
3043 void
3044 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3045 {
3046
3047         ZONE_LOCK(zone);
3048         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3049             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3050         zone->uz_init = zinit;
3051         ZONE_UNLOCK(zone);
3052 }
3053
3054 /* See uma.h */
3055 void
3056 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3057 {
3058
3059         ZONE_LOCK(zone);
3060         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3061             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3062         zone->uz_fini = zfini;
3063         ZONE_UNLOCK(zone);
3064 }
3065
3066 /* See uma.h */
3067 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3068 void
3069 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3070 {
3071         uma_keg_t keg;
3072
3073         keg = zone_first_keg(zone);
3074         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3075         KEG_LOCK(keg);
3076         keg->uk_freef = freef;
3077         KEG_UNLOCK(keg);
3078 }
3079
3080 /* See uma.h */
3081 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3082 void
3083 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3084 {
3085         uma_keg_t keg;
3086
3087         keg = zone_first_keg(zone);
3088         KEG_LOCK(keg);
3089         keg->uk_allocf = allocf;
3090         KEG_UNLOCK(keg);
3091 }
3092
3093 /* See uma.h */
3094 void
3095 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3096 {
3097         uma_keg_t keg;
3098
3099         keg = zone_first_keg(zone);
3100         if (keg == NULL)
3101                 return;
3102         KEG_LOCK(keg);
3103         keg->uk_reserve = items;
3104         KEG_UNLOCK(keg);
3105
3106         return;
3107 }
3108
3109 /* See uma.h */
3110 int
3111 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3112 {
3113         uma_keg_t keg;
3114         vm_offset_t kva;
3115         u_int pages;
3116
3117         keg = zone_first_keg(zone);
3118         if (keg == NULL)
3119                 return (0);
3120         pages = count / keg->uk_ipers;
3121
3122         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3123                 pages++;
3124         pages *= keg->uk_ppera;
3125
3126 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3127         if (keg->uk_ppera > 1) {
3128 #else
3129         if (1) {
3130 #endif
3131                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3132                 if (kva == 0)
3133                         return (0);
3134         } else
3135                 kva = 0;
3136         KEG_LOCK(keg);
3137         keg->uk_kva = kva;
3138         keg->uk_offset = 0;
3139         keg->uk_maxpages = pages;
3140 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3141         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3142 #else
3143         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3144 #endif
3145         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3146         KEG_UNLOCK(keg);
3147
3148         return (1);
3149 }
3150
3151 /* See uma.h */
3152 void
3153 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3154 {
3155         int slabs;
3156         uma_slab_t slab;
3157         uma_keg_t keg;
3158
3159         keg = zone_first_keg(zone);
3160         if (keg == NULL)
3161                 return;
3162         KEG_LOCK(keg);
3163         slabs = items / keg->uk_ipers;
3164         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3165                 slabs++;
3166         while (slabs > 0) {
3167                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3168                 if (slab == NULL)
3169                         break;
3170                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3171                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3172                 slabs--;
3173         }
3174         KEG_UNLOCK(keg);
3175 }
3176
3177 /* See uma.h */
3178 uint32_t *
3179 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
3180 {
3181         uma_slabrefcnt_t slabref;
3182         uma_slab_t slab;
3183         uma_keg_t keg;
3184         uint32_t *refcnt;
3185         int idx;
3186
3187         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3188         slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
3189         keg = slab->us_keg;
3190         KASSERT(keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
3191             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
3192         idx = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3193         refcnt = &slabref->us_refcnt[idx];
3194         return refcnt;
3195 }
3196
3197 /* See uma.h */
3198 static void
3199 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3200 {
3201
3202 #ifdef UMA_DEBUG
3203         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3204 #endif
3205         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3206         bucket_enable();
3207         zone_foreach(zone_drain);
3208         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3209                 cache_drain_safe(NULL);
3210                 zone_foreach(zone_drain);
3211         }
3212         /*
3213          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3214          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3215          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3216          */
3217         zone_drain(slabzone);
3218         zone_drain(slabrefzone);
3219         bucket_zone_drain();
3220 }
3221
3222 void
3223 uma_reclaim(void)
3224 {
3225
3226         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3227         uma_reclaim_locked(false);
3228         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3229 }
3230
3231 static int uma_reclaim_needed;
3232
3233 void
3234 uma_reclaim_wakeup(void)
3235 {
3236
3237         uma_reclaim_needed = 1;
3238         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3239 }
3240
3241 void
3242 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3243 {
3244
3245         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3246         for (;;) {
3247                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3248                     "umarcl", 0);
3249                 if (uma_reclaim_needed) {
3250                         uma_reclaim_needed = 0;
3251                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3252                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3253                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3254                         uma_reclaim_locked(true);
3255                 }
3256         }
3257 }
3258
3259 /* See uma.h */
3260 int
3261 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3262 {
3263         int full;
3264
3265         ZONE_LOCK(zone);
3266         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3267         ZONE_UNLOCK(zone);
3268         return (full);  
3269 }
3270
3271 int
3272 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3273 {
3274         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3275 }
3276
3277 void *
3278 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3279 {
3280         void *mem;
3281         uma_slab_t slab;
3282         uint8_t flags;
3283
3284         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3285         if (slab == NULL)
3286                 return (NULL);
3287         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3288         if (mem) {
3289                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3290                 slab->us_data = mem;
3291                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3292                 slab->us_size = size;
3293         } else {
3294                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3295         }
3296
3297         return (mem);
3298 }
3299
3300 void
3301 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3302 {
3303
3304         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3305         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3306 }
3307
3308 static void
3309 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3310 {
3311
3312         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3313                 for (int i = 0; i < mp_ncpus; i++)
3314                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3315         } else
3316                 bzero(item, zone->uz_size);
3317 }
3318
3319 void
3320 uma_print_stats(void)
3321 {
3322         zone_foreach(uma_print_zone);
3323 }
3324
3325 static void
3326 slab_print(uma_slab_t slab)
3327 {
3328         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3329                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3330 }
3331
3332 static void
3333 cache_print(uma_cache_t cache)
3334 {
3335         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3336                 cache->uc_allocbucket,
3337                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3338                 cache->uc_freebucket,
3339                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3340 }
3341
3342 static void
3343 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3344 {
3345         uma_slab_t slab;
3346
3347         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3348             "out %d free %d limit %d\n",
3349             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3350             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3351             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3352             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3353         printf("Part slabs:\n");
3354         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3355                 slab_print(slab);
3356         printf("Free slabs:\n");
3357         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3358                 slab_print(slab);
3359         printf("Full slabs:\n");
3360         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3361                 slab_print(slab);
3362 }
3363
3364 void
3365 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3366 {
3367         uma_cache_t cache;
3368         uma_klink_t kl;
3369         int i;
3370
3371         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3372             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3373         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3374                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3375         CPU_FOREACH(i) {
3376                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3377                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3378                 cache_print(cache);
3379         }
3380 }
3381
3382 #ifdef DDB
3383 /*
3384  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3385  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3386  *
3387  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3388  * per-CPU cache statistic.
3389  *
3390  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3391  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3392  * directly so that we don't have to.
3393  */
3394 static void
3395 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3396     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3397 {
3398         uma_cache_t cache;
3399         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3400         int cachefree, cpu;
3401
3402         allocs = frees = sleeps = 0;
3403         cachefree = 0;
3404         CPU_FOREACH(cpu) {
3405                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3406                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3407                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3408                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3409                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3410                 allocs += cache->uc_allocs;
3411                 frees += cache->uc_frees;
3412         }
3413         allocs += z->uz_allocs;
3414         frees += z->uz_frees;
3415         sleeps += z->uz_sleeps;
3416         if (cachefreep != NULL)
3417                 *cachefreep = cachefree;
3418         if (allocsp != NULL)
3419                 *allocsp = allocs;
3420         if (freesp != NULL)
3421                 *freesp = frees;
3422         if (sleepsp != NULL)
3423                 *sleepsp = sleeps;
3424 }
3425 #endif /* DDB */
3426
3427 static int
3428 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3429 {
3430         uma_keg_t kz;
3431         uma_zone_t z;
3432         int count;
3433
3434         count = 0;
3435         rw_rlock(&uma_rwlock);
3436         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3437                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3438                         count++;
3439         }
3440         rw_runlock(&uma_rwlock);
3441         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3442 }
3443
3444 static int
3445 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3446 {
3447         struct uma_stream_header ush;
3448         struct uma_type_header uth;
3449         struct uma_percpu_stat ups;
3450         uma_bucket_t bucket;
3451         struct sbuf sbuf;
3452         uma_cache_t cache;
3453         uma_klink_t kl;
3454         uma_keg_t kz;
3455         uma_zone_t z;
3456         uma_keg_t k;
3457         int count, error, i;
3458
3459         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3460         if (error != 0)
3461                 return (error);
3462         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3463
3464         count = 0;
3465         rw_rlock(&uma_rwlock);
3466         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3467                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3468                         count++;
3469         }
3470
3471         /*
3472          * Insert stream header.
3473          */
3474         bzero(&ush, sizeof(ush));
3475         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3476         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3477         ush.ush_count = count;
3478         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3479
3480         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3481                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3482                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3483                         ZONE_LOCK(z);
3484                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3485                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3486                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3487                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3488                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3489                                 k = kl->kl_keg;
3490                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3491                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3492                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3493                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3494                                     * k->uk_ipers;
3495                         }
3496
3497                         /*
3498                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3499                          * on the keg's zone list.
3500                          */
3501                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3502                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3503                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3504
3505                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3506                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3507                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3508                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3509                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3510                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3511                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3512                         /*
3513                          * While it is not normally safe to access the cache
3514                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3515                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3516                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3517                          * accept the possible race associated with bucket
3518                          * exchange during monitoring.
3519                          */
3520                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3521                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3522                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3523                                         goto skip;
3524                                 if (CPU_ABSENT(i))
3525                                         goto skip;
3526                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3527                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3528                                         ups.ups_cache_free +=
3529                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3530                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3531                                         ups.ups_cache_free +=
3532                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3533                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3534                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3535 skip:
3536                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3537                         }
3538                         ZONE_UNLOCK(z);
3539                 }
3540         }
3541         rw_runlock(&uma_rwlock);
3542         error = sbuf_finish(&sbuf);
3543         sbuf_delete(&sbuf);
3544         return (error);
3545 }
3546
3547 int
3548 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3549 {
3550         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3551         int error, max, old;
3552
3553         old = max = uma_zone_get_max(zone);
3554         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3555         if (error || !req->newptr)
3556                 return (error);
3557
3558         if (max < old)
3559                 return (EINVAL);
3560
3561         uma_zone_set_max(zone, max);
3562
3563         return (0);
3564 }
3565
3566 int
3567 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3568 {
3569         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3570         int cur;
3571
3572         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3573         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3574 }
3575
3576 #ifdef DDB
3577 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3578 {
3579         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3580         uma_bucket_t bucket;
3581         uma_keg_t kz;
3582         uma_zone_t z;
3583         int cachefree;
3584
3585         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3586             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3587         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3588                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3589                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3590                                 allocs = z->uz_allocs;
3591                                 frees = z->uz_frees;
3592                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3593                                 cachefree = 0;
3594                         } else
3595                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3596                                     &frees, &sleeps);
3597                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3598                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3599                                 cachefree += kz->uk_free;
3600                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3601                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3602                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3603                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3604                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3605                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3606                         if (db_pager_quit)
3607                                 return;
3608                 }
3609         }
3610 }
3611
3612 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3613 {
3614         uint64_t allocs, frees;
3615         uma_bucket_t bucket;
3616         uma_zone_t z;
3617         int cachefree;
3618
3619         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3620             "Requests", "Bucket");
3621         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3622                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3623                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3624                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3625                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3626                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3627                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3628                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3629                 if (db_pager_quit)
3630                         return;
3631         }
3632 }
3633 #endif