Home | History | Annotate | Line # | Download | only in kern
subr_vmem.c revision 1.36.2.1
      1 /*	$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.36.2.1 2007/12/10 12:56:11 yamt Exp $	*/
      2 
      3 /*-
      4  * Copyright (c)2006, 2007 YAMAMOTO Takashi,
      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, this list of conditions and the following disclaimer.
     12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
     13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
     14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
     15  *
     16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
     17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
     18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
     19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
     20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
     21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
     22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
     23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
     24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
     25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
     26  * SUCH DAMAGE.
     27  */
     28 
     29 /*
     30  * reference:
     31  * -	Magazines and Vmem: Extending the Slab Allocator
     32  *	to Many CPUs and Arbitrary Resources
     33  *	http://www.usenix.org/event/usenix01/bonwick.html
     34  *
     35  * todo:
     36  * -	decide how to import segments for vmem_xalloc.
     37  */
     38 
     39 #include <sys/cdefs.h>
     40 __KERNEL_RCSID(0, "$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.36.2.1 2007/12/10 12:56:11 yamt Exp $");
     41 
     42 #define	VMEM_DEBUG
     43 #if defined(_KERNEL)
     44 #define	QCACHE
     45 #endif /* defined(_KERNEL) */
     46 
     47 #include <sys/param.h>
     48 #include <sys/hash.h>
     49 #include <sys/queue.h>
     50 
     51 #if defined(_KERNEL)
     52 #include <sys/systm.h>
     53 #include <sys/kernel.h>	/* hz */
     54 #include <sys/callout.h>
     55 #include <sys/lock.h>
     56 #include <sys/once.h>
     57 #include <sys/pool.h>
     58 #include <sys/proc.h>
     59 #include <sys/vmem.h>
     60 #include <sys/kmem.h>
     61 #include <sys/workqueue.h>
     62 
     63 #include <uvm/uvm_extern.h>
     64 #include <uvm/uvm_map.h>
     65 #include <uvm/uvm_pdaemon.h>
     66 #else /* defined(_KERNEL) */
     67 #include "../sys/vmem.h"
     68 #endif /* defined(_KERNEL) */
     69 
     70 #if defined(_KERNEL)
     71 #define	LOCK_DECL(name)		kmutex_t name
     72 #else /* defined(_KERNEL) */
     73 #include <errno.h>
     74 #include <assert.h>
     75 #include <stdlib.h>
     76 
     77 #define	KASSERT(a)		assert(a)
     78 #define	LOCK_DECL(name)		/* nothing */
     79 #define	mutex_init(a, b, c)	/* nothing */
     80 #define	mutex_destroy(a)	/* nothing */
     81 #define	mutex_enter(a)		/* nothing */
     82 #define	mutex_exit(a)		/* nothing */
     83 #define	mutex_owned(a)		/* nothing */
     84 #define	ASSERT_SLEEPABLE(lk, msg) /* nothing */
     85 #define	IPL_VM			0
     86 #endif /* defined(_KERNEL) */
     87 
     88 struct vmem;
     89 struct vmem_btag;
     90 
     91 #if defined(VMEM_DEBUG)
     92 void vmem_dump(const vmem_t *);
     93 void vmem_dump_seglist(const vmem_t *);
     94 void vmem_dump_freelist(const vmem_t *);
     95 #if defined(QCACHE)
     96 void vmem_dump_qc(const vmem_t *);
     97 #endif /* defined(QCACHE) */
     98 #endif /* defined(VMEM_DEBUG) */
     99 
    100 #define	VMEM_MAXORDER		(sizeof(vmem_size_t) * CHAR_BIT)
    101 
    102 #define	VMEM_HASHSIZE_MIN	1	/* XXX */
    103 #define	VMEM_HASHSIZE_MAX	8192	/* XXX */
    104 #define	VMEM_HASHSIZE_INIT	VMEM_HASHSIZE_MIN
    105 
    106 #define	VM_FITMASK	(VM_BESTFIT | VM_INSTANTFIT)
    107 
    108 /* vm_flag_t (internal uses) */
    109 #define	VM_BTPAGE	0x00008000
    110 
    111 CIRCLEQ_HEAD(vmem_seglist, vmem_btag);
    112 LIST_HEAD(vmem_freelist, vmem_btag);
    113 LIST_HEAD(vmem_hashlist, vmem_btag);
    114 typedef struct vmem_hashlist vmem_hashlist_t;
    115 
    116 #if defined(QCACHE)
    117 #define	VMEM_QCACHE_IDX_MAX	32
    118 
    119 #define	QC_NAME_MAX	16
    120 
    121 struct qcache {
    122 	pool_cache_t qc_cache;
    123 	vmem_t *qc_vmem;
    124 	char qc_name[QC_NAME_MAX];
    125 };
    126 typedef struct qcache qcache_t;
    127 #define	QC_POOL_TO_QCACHE(pool)	((qcache_t *)(pool->pr_qcache))
    128 #endif /* defined(QCACHE) */
    129 
    130 /* vmem arena */
    131 struct vmem {
    132 	LOCK_DECL(vm_lock);
    133 	vm_flag_t vm_flags;
    134 	int vm_freetags;
    135 	vmem_addr_t (*vm_allocfn)(vmem_t *, vmem_size_t, vmem_size_t *,
    136 	    vm_flag_t);
    137 	void (*vm_freefn)(vmem_t *, vmem_addr_t, vmem_size_t);
    138 	vmem_t *vm_source;
    139 	struct vmem_seglist vm_seglist;
    140 	struct vmem_freelist vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
    141 	LIST_HEAD(, btpage_header) vm_btpagelist;
    142 	size_t vm_hashsize;
    143 	size_t vm_nbusytag;
    144 	vmem_hashlist_t *vm_hashlist;
    145 	size_t vm_quantum_mask;
    146 	int vm_quantum_shift;
    147 	const char *vm_name;
    148 	LIST_ENTRY(vmem) vm_alllist;
    149 
    150 #if defined(QCACHE)
    151 	/* quantum cache */
    152 	size_t vm_qcache_max;
    153 	struct pool_allocator vm_qcache_allocator;
    154 	qcache_t vm_qcache_store[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
    155 	qcache_t *vm_qcache[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
    156 #endif /* defined(QCACHE) */
    157 };
    158 
    159 #define	VMEM_LOCK(vm)		mutex_enter(&vm->vm_lock)
    160 #define	VMEM_TRYLOCK(vm)	mutex_tryenter(&vm->vm_lock)
    161 #define	VMEM_UNLOCK(vm)		mutex_exit(&vm->vm_lock)
    162 #define	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl)	mutex_init(&vm->vm_lock, MUTEX_DEFAULT, ipl)
    163 #define	VMEM_LOCK_DESTROY(vm)	mutex_destroy(&vm->vm_lock)
    164 #define	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm)	KASSERT(mutex_owned(&vm->vm_lock))
    165 
    166 #define	vmem_bootstrap_p(vm)	(((vm)->vm_flags & VMC_KVA) != 0)
    167 
    168 /* boundary tag */
    169 struct vmem_btag {
    170 	CIRCLEQ_ENTRY(vmem_btag) bt_seglist;
    171 	union {
    172 		LIST_ENTRY(vmem_btag) u_freelist; /* BT_TYPE_FREE */
    173 		LIST_ENTRY(vmem_btag) u_hashlist; /* BT_TYPE_BUSY */
    174 		SLIST_ENTRY(vmem_btag) u_sfreelist; /* in btpage_header */
    175 		SLIST_ENTRY(vmem_btag) u_tmplist; /* temp use in vmem_xfree */
    176 	} bt_u;
    177 #define	bt_hashlist	bt_u.u_hashlist
    178 #define	bt_freelist	bt_u.u_freelist
    179 #define	bt_sfreelist	bt_u.u_sfreelist
    180 #define	bt_tmplist	bt_u.u_tmplist
    181 	vmem_addr_t bt_start;
    182 	vmem_size_t bt_size;
    183 	int bt_type;
    184 };
    185 
    186 #define	BT_TYPE_SPAN		1
    187 #define	BT_TYPE_SPAN_STATIC	2
    188 #define	BT_TYPE_FREE		3
    189 #define	BT_TYPE_BUSY		4
    190 #define	BT_ISSPAN_P(bt)	((bt)->bt_type <= BT_TYPE_SPAN_STATIC)
    191 
    192 #define	BT_END(bt)	((bt)->bt_start + (bt)->bt_size)
    193 
    194 typedef struct vmem_btag bt_t;
    195 
    196 /* ---- misc */
    197 
    198 #define	VMEM_ALIGNUP(addr, align) \
    199 	(-(-(addr) & -(align)))
    200 #define	VMEM_CROSS_P(addr1, addr2, boundary) \
    201 	((((addr1) ^ (addr2)) & -(boundary)) != 0)
    202 
    203 #define	ORDER2SIZE(order)	((vmem_size_t)1 << (order))
    204 
    205 static int
    206 calc_order(vmem_size_t size)
    207 {
    208 	vmem_size_t target;
    209 	int i;
    210 
    211 	KASSERT(size != 0);
    212 
    213 	i = 0;
    214 	target = size >> 1;
    215 	while (ORDER2SIZE(i) <= target) {
    216 		i++;
    217 	}
    218 
    219 	KASSERT(ORDER2SIZE(i) <= size);
    220 	KASSERT(size < ORDER2SIZE(i + 1) || ORDER2SIZE(i + 1) < ORDER2SIZE(i));
    221 
    222 	return i;
    223 }
    224 
    225 static void *
    226 xmalloc(size_t sz, vm_flag_t flags)
    227 {
    228 
    229 #if defined(_KERNEL)
    230 	return kmem_alloc(sz, (flags & VM_SLEEP) ? KM_SLEEP : KM_NOSLEEP);
    231 #else /* defined(_KERNEL) */
    232 	return malloc(sz);
    233 #endif /* defined(_KERNEL) */
    234 }
    235 
    236 static void
    237 xfree(void *p, size_t sz)
    238 {
    239 
    240 #if defined(_KERNEL)
    241 	kmem_free(p, sz);
    242 #else /* defined(_KERNEL) */
    243 	return free(p);
    244 #endif /* defined(_KERNEL) */
    245 }
    246 
    247 /* ---- static storage for bootstrap */
    248 
    249 #define	STATIC_POOL_NAME(type) static_ ## type
    250 #define	STATIC_POOL_IDX(type) static_ ## type ## _idx
    251 #define	STATIC_POOL_DEFINE(type, n) \
    252 	type STATIC_POOL_NAME(type)[(n)] __unused ; \
    253 	int STATIC_POOL_IDX(type) __unused
    254 #define	STATIC_POOL_ALLOC(var, type) \
    255 	(var) = &STATIC_POOL_NAME(type)[STATIC_POOL_IDX(type)++]; \
    256 	KASSERT(STATIC_POOL_ELEM_P(type, var))
    257 #define	STATIC_POOL_FREE(type, var) \
    258 	KASSERT(STATIC_POOL_ELEM_P(type, var)); \
    259 	KASSERT((var) == &STATIC_POOL_NAME(type)[STATIC_POOL_IDX(type)-1]); \
    260 	STATIC_POOL_IDX(type)--
    261 #define	STATIC_POOL_ELEM_P(type, var) \
    262 	(&STATIC_POOL_NAME(type)[0] <= (var) && \
    263 	(var) < &STATIC_POOL_NAME(type)[__arraycount(STATIC_POOL_NAME(type))])
    264 
    265 static STATIC_POOL_DEFINE(bt_t, 3);
    266 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_t, 2);
    267 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_hashlist_t, 2);
    268 typedef struct pool_cache vmem_pool_cache_t; /* XXX */
    269 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_pool_cache_t, VMEM_QCACHE_IDX_MAX+1);
    270 
    271 /* ---- boundary tag */
    272 
    273 #if defined(_KERNEL)
    274 static struct pool_cache bt_cache;
    275 #endif /* defined(_KERNEL) */
    276 
    277 struct btpage_header {
    278 	LIST_ENTRY(btpage_header) bh_q;
    279 	int bh_nfree;
    280 	SLIST_HEAD(, vmem_btag) bh_freelist;
    281 	bt_t bh_bt[];
    282 };
    283 typedef struct btpage_header btpage_header_t;
    284 
    285 #define	BT_PER_PAGE \
    286 	((PAGE_SIZE - sizeof(btpage_header_t)) / sizeof(bt_t))
    287 
    288 static int
    289 btpage_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    290 {
    291 	vmem_addr_t va;
    292 
    293 	va = vmem_xalloc(vm, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, 0, 0, 0, 0,
    294 	    (flags & ~VM_FITMASK) | VM_INSTANTFIT | VM_BTPAGE);
    295 	if (va == 0) {
    296 		return ENOMEM;
    297 	}
    298 	return 0;
    299 }
    300 
    301 static void
    302 btpage_init(vmem_t *vm, struct vm_page *pg, vaddr_t va)
    303 {
    304 	btpage_header_t *bh;
    305 	int i;
    306 
    307 	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
    308 	KASSERT((va & PAGE_MASK) == 0);
    309 	pmap_kenter_pa(va, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE);
    310 	pmap_update(pmap_kernel());
    311 	bh = (void *)va;
    312 	SLIST_INIT(&bh->bh_freelist);
    313 	for (i = 0; i < BT_PER_PAGE; i++) {
    314 		SLIST_INSERT_HEAD(&bh->bh_freelist, &bh->bh_bt[i],
    315 		    bt_sfreelist);
    316 	}
    317 	LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_btpagelist, bh, bh_q);
    318 	bh->bh_nfree = BT_PER_PAGE;
    319 	vm->vm_freetags += bh->bh_nfree;
    320 }
    321 
    322 static void
    323 btpage_free(vmem_t *vm, btpage_header_t *bh)
    324 {
    325 
    326 	KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    327 	pmap_kremove((vaddr_t)bh, PAGE_SIZE);
    328 	pmap_update(pmap_kernel());
    329 	vmem_xfree(vm, (vmem_addr_t)bh, PAGE_SIZE);
    330 }
    331 
    332 static btpage_header_t *
    333 btpage_lookup(bt_t *bt)
    334 {
    335 
    336 	return (void *)trunc_page((vaddr_t)bt);
    337 }
    338 
    339 static bt_t *
    340 bt_alloc_bootstrap(vmem_t *vm)
    341 {
    342 	btpage_header_t *bh;
    343 	bt_t *bt;
    344 
    345 	KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    346 	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
    347 	bh = LIST_FIRST(&vm->vm_btpagelist);
    348 	if (__predict_false(bh == NULL)) {
    349 		STATIC_POOL_ALLOC(bt, bt_t);
    350 		return bt;
    351 	}
    352 	KASSERT(bh->bh_nfree > 0);
    353 	bt = SLIST_FIRST(&bh->bh_freelist);
    354 	KASSERT(bt != NULL);
    355 	SLIST_REMOVE_HEAD(&bh->bh_freelist, bt_sfreelist);
    356 	bh->bh_nfree--;
    357 	vm->vm_freetags--;
    358 	if (SLIST_EMPTY(&bh->bh_freelist)) {
    359 		KASSERT(bh->bh_nfree == 0);
    360 		LIST_REMOVE(bh, bh_q);
    361 	}
    362 	return bt;
    363 }
    364 
    365 #define	BT_MINRESERVE	1
    366 
    367 static bt_t *
    368 bt_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    369 {
    370 	bt_t *bt;
    371 
    372 #if defined(_KERNEL)
    373 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
    374 again:
    375 		VMEM_LOCK(vm);
    376 		if (vm->vm_freetags <= BT_MINRESERVE &&
    377 		    (flags & VM_BTPAGE) == 0) {
    378 			VMEM_UNLOCK(vm);
    379 			if (btpage_alloc(vm, flags)) {
    380 				return NULL;
    381 			}
    382 			goto again;
    383 		}
    384 		bt = bt_alloc_bootstrap(vm);
    385 		VMEM_UNLOCK(vm);
    386 	} else {
    387 		bt = pool_cache_get(&bt_cache,
    388 		    (flags & VM_SLEEP) != 0 ? PR_WAITOK : PR_NOWAIT);
    389 	}
    390 #else /* defined(_KERNEL) */
    391 	bt = malloc(sizeof *bt);
    392 #endif /* defined(_KERNEL) */
    393 
    394 	return bt;
    395 }
    396 
    397 static void
    398 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    399 {
    400 
    401 	KASSERT(bt != NULL);
    402 	KASSERT(!STATIC_POOL_ELEM_P(bt_t, bt));
    403 #if defined(_KERNEL)
    404 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
    405 		btpage_header_t *bh;
    406 
    407 		bh = btpage_lookup(bt);
    408 		VMEM_LOCK(vm);
    409 		if (SLIST_EMPTY(&bh->bh_freelist)) {
    410 			KASSERT(bh->bh_nfree == 0);
    411 			LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_btpagelist, bh, bh_q);
    412 		}
    413 		SLIST_INSERT_HEAD(&bh->bh_freelist, bt, bt_sfreelist);
    414 		bh->bh_nfree++;
    415 		vm->vm_freetags++;
    416 		if (vm->vm_freetags >= BT_PER_PAGE + BT_MINRESERVE &&
    417 		    bh->bh_nfree == BT_PER_PAGE) {
    418 			LIST_REMOVE(bh, bh_q);
    419 			vm->vm_freetags -= BT_PER_PAGE;
    420 			VMEM_UNLOCK(vm);
    421 			btpage_free(vm, bh);
    422 		} else {
    423 			VMEM_UNLOCK(vm);
    424 		}
    425 	} else {
    426 		pool_cache_put(&bt_cache, bt);
    427 	}
    428 #else /* defined(_KERNEL) */
    429 	free(bt);
    430 #endif /* defined(_KERNEL) */
    431 }
    432 
    433 /*
    434  * freelist[0] ... [1, 1]
    435  * freelist[1] ... [2, 3]
    436  * freelist[2] ... [4, 7]
    437  * freelist[3] ... [8, 15]
    438  *  :
    439  * freelist[n] ... [(1 << n), (1 << (n + 1)) - 1]
    440  *  :
    441  */
    442 
    443 static struct vmem_freelist *
    444 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    445 {
    446 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    447 	int idx;
    448 
    449 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    450 	KASSERT(size != 0);
    451 
    452 	idx = calc_order(qsize);
    453 	KASSERT(idx >= 0);
    454 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    455 
    456 	return &vm->vm_freelist[idx];
    457 }
    458 
    459 static struct vmem_freelist *
    460 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t strat)
    461 {
    462 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    463 	int idx;
    464 
    465 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    466 	KASSERT(size != 0);
    467 
    468 	idx = calc_order(qsize);
    469 	if (strat == VM_INSTANTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
    470 		idx++;
    471 		/* check too large request? */
    472 	}
    473 	KASSERT(idx >= 0);
    474 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    475 
    476 	return &vm->vm_freelist[idx];
    477 }
    478 
    479 /* ---- boundary tag hash */
    480 
    481 static vmem_hashlist_t *
    482 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    483 {
    484 	vmem_hashlist_t *list;
    485 	unsigned int hash;
    486 
    487 	hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), HASH32_BUF_INIT);
    488 	list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
    489 
    490 	return list;
    491 }
    492 
    493 static bt_t *
    494 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    495 {
    496 	vmem_hashlist_t *list;
    497 	bt_t *bt;
    498 
    499 	list = bt_hashhead(vm, addr);
    500 	LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
    501 		if (bt->bt_start == addr) {
    502 			break;
    503 		}
    504 	}
    505 
    506 	return bt;
    507 }
    508 
    509 static void
    510 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    511 {
    512 
    513 	KASSERT(vm->vm_nbusytag > 0);
    514 	vm->vm_nbusytag--;
    515 	LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
    516 }
    517 
    518 static void
    519 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    520 {
    521 	vmem_hashlist_t *list;
    522 
    523 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
    524 
    525 	list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
    526 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
    527 	vm->vm_nbusytag++;
    528 }
    529 
    530 /* ---- boundary tag list */
    531 
    532 static void
    533 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    534 {
    535 
    536 	CIRCLEQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    537 }
    538 
    539 static void
    540 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
    541 {
    542 
    543 	CIRCLEQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
    544 }
    545 
    546 static void
    547 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    548 {
    549 
    550 	CIRCLEQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    551 }
    552 
    553 static void
    554 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    555 {
    556 
    557 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
    558 
    559 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    560 }
    561 
    562 static void
    563 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    564 {
    565 	struct vmem_freelist *list;
    566 
    567 	list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
    568 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
    569 }
    570 
    571 /* ---- vmem internal functions */
    572 
    573 #if defined(_KERNEL)
    574 static kmutex_t vmem_list_lock;
    575 static LIST_HEAD(, vmem) vmem_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(vmem_list);
    576 #endif /* defined(_KERNEL) */
    577 
    578 #if defined(QCACHE)
    579 static inline vm_flag_t
    580 prf_to_vmf(int prflags)
    581 {
    582 	vm_flag_t vmflags;
    583 
    584 	KASSERT((prflags & ~(PR_LIMITFAIL | PR_WAITOK | PR_NOWAIT)) == 0);
    585 	if ((prflags & PR_WAITOK) != 0) {
    586 		vmflags = VM_SLEEP;
    587 	} else {
    588 		vmflags = VM_NOSLEEP;
    589 	}
    590 	return vmflags;
    591 }
    592 
    593 static inline int
    594 vmf_to_prf(vm_flag_t vmflags)
    595 {
    596 	int prflags;
    597 
    598 	if ((vmflags & VM_SLEEP) != 0) {
    599 		prflags = PR_WAITOK;
    600 	} else {
    601 		prflags = PR_NOWAIT;
    602 	}
    603 	return prflags;
    604 }
    605 
    606 static size_t
    607 qc_poolpage_size(size_t qcache_max)
    608 {
    609 	int i;
    610 
    611 	for (i = 0; ORDER2SIZE(i) <= qcache_max * 3; i++) {
    612 		/* nothing */
    613 	}
    614 	return ORDER2SIZE(i);
    615 }
    616 
    617 static void *
    618 qc_poolpage_alloc(struct pool *pool, int prflags)
    619 {
    620 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    621 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    622 
    623 	return (void *)vmem_alloc(vm, pool->pr_alloc->pa_pagesz,
    624 	    prf_to_vmf(prflags) | VM_INSTANTFIT);
    625 }
    626 
    627 static void
    628 qc_poolpage_free(struct pool *pool, void *addr)
    629 {
    630 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    631 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    632 
    633 	vmem_free(vm, (vmem_addr_t)addr, pool->pr_alloc->pa_pagesz);
    634 }
    635 
    636 static void
    637 qc_init(vmem_t *vm, size_t qcache_max, int ipl)
    638 {
    639 	qcache_t *prevqc;
    640 	struct pool_allocator *pa;
    641 	int qcache_idx_max;
    642 	int i;
    643 
    644 	KASSERT((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    645 	if (qcache_max > (VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift)) {
    646 		qcache_max = VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift;
    647 	}
    648 	vm->vm_qcache_max = qcache_max;
    649 	pa = &vm->vm_qcache_allocator;
    650 	memset(pa, 0, sizeof(*pa));
    651 	pa->pa_alloc = qc_poolpage_alloc;
    652 	pa->pa_free = qc_poolpage_free;
    653 	pa->pa_pagesz = qc_poolpage_size(qcache_max);
    654 
    655 	qcache_idx_max = qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    656 	prevqc = NULL;
    657 	for (i = qcache_idx_max; i > 0; i--) {
    658 		qcache_t *qc = &vm->vm_qcache_store[i - 1];
    659 		size_t size = i << vm->vm_quantum_shift;
    660 		pool_cache_t pc;
    661 
    662 		qc->qc_vmem = vm;
    663 		snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
    664 		    vm->vm_name, size);
    665 		if (!kmem_running_p()) {
    666 			STATIC_POOL_ALLOC(pc, vmem_pool_cache_t);
    667 			pool_cache_bootstrap(pc, size,
    668 			    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    669 			    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH /* XXX */,
    670 			    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    671 		} else {
    672 			pc = pool_cache_init(size,
    673 			    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    674 			    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH /* XXX */,
    675 			    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    676 		}
    677 		qc->qc_cache = pc;
    678 		if (prevqc != NULL &&
    679 		    qc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage ==
    680 		    prevqc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage) {
    681 			if (!kmem_running_p()) {
    682 				pool_cache_bootstrap_destroy(pc);
    683 				STATIC_POOL_FREE(vmem_pool_cache_t, pc);
    684 			} else {
    685 				pool_cache_destroy(pc);
    686 			}
    687 			vm->vm_qcache[i - 1] = prevqc;
    688 			continue;
    689 		}
    690 		qc->qc_cache->pc_pool.pr_qcache = qc;
    691 		vm->vm_qcache[i - 1] = qc;
    692 		prevqc = qc;
    693 	}
    694 }
    695 
    696 static void
    697 qc_destroy(vmem_t *vm)
    698 {
    699 	const qcache_t *prevqc;
    700 	int i;
    701 	int qcache_idx_max;
    702 
    703 	KASSERT(!vmem_bootstrap_p(vm));
    704 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    705 	prevqc = NULL;
    706 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    707 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    708 
    709 		if (prevqc == qc) {
    710 			continue;
    711 		}
    712 		pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    713 		prevqc = qc;
    714 	}
    715 }
    716 
    717 static bool
    718 qc_reap(vmem_t *vm)
    719 {
    720 	const qcache_t *prevqc;
    721 	int i;
    722 	int qcache_idx_max;
    723 	bool didsomething = false;
    724 
    725 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    726 	prevqc = NULL;
    727 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    728 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    729 
    730 		if (prevqc == qc) {
    731 			continue;
    732 		}
    733 		if (pool_cache_reclaim(qc->qc_cache) != 0) {
    734 			didsomething = true;
    735 		}
    736 		prevqc = qc;
    737 	}
    738 
    739 	return didsomething;
    740 }
    741 #endif /* defined(QCACHE) */
    742 
    743 #if defined(_KERNEL)
    744 static int
    745 vmem_init(void)
    746 {
    747 
    748 	mutex_init(&vmem_list_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_NONE);
    749 	pool_cache_bootstrap(&bt_cache, sizeof(bt_t), 0, 0, 0, "vmembt",
    750 	    NULL, IPL_VM, NULL, NULL, NULL);
    751 	return 0;
    752 }
    753 #endif /* defined(_KERNEL) */
    754 
    755 static vmem_addr_t
    756 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags,
    757     int spanbttype)
    758 {
    759 	bt_t *btspan;
    760 	bt_t *btfree;
    761 
    762 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    763 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    764 
    765 	if ((flags & VMC_KVA) != 0) {
    766 		KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    767 		KASSERT(CIRCLEQ_EMPTY(&vm->vm_seglist));
    768 		STATIC_POOL_ALLOC(btspan, bt_t);
    769 		STATIC_POOL_ALLOC(btfree, bt_t);
    770 	} else {
    771 		btspan = bt_alloc(vm, flags);
    772 		if (btspan == NULL) {
    773 			return VMEM_ADDR_NULL;
    774 		}
    775 		btfree = bt_alloc(vm, flags);
    776 		if (btfree == NULL) {
    777 			bt_free(vm, btspan);
    778 			return VMEM_ADDR_NULL;
    779 		}
    780 	}
    781 
    782 	btspan->bt_type = spanbttype;
    783 	btspan->bt_start = addr;
    784 	btspan->bt_size = size;
    785 
    786 	btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
    787 	btfree->bt_start = addr;
    788 	btfree->bt_size = size;
    789 
    790 	VMEM_LOCK(vm);
    791 	bt_insseg_tail(vm, btspan);
    792 	bt_insseg(vm, btfree, btspan);
    793 	bt_insfree(vm, btfree);
    794 	VMEM_UNLOCK(vm);
    795 
    796 	if ((flags & VMC_KVA) != 0) {
    797 		bt_t *bt;
    798 
    799 		/*
    800 		 * leak a bt.
    801 		 * this ensure that
    802 		 */
    803 
    804 		bt = bt_alloc(vm, VM_NOSLEEP);
    805 		KASSERT(bt != NULL);
    806 
    807 		/*
    808 		 * don't leave "btfree" on the segment list because
    809 		 * bt_free() doesn't expect static tags.
    810 		 */
    811 
    812 		bt = bt_alloc(vm, flags);
    813 		VMEM_LOCK(vm);
    814 		KASSERT(vm->vm_nbusytag == 1);
    815 		bt->bt_start = btfree->bt_start;
    816 		bt->bt_size = btfree->bt_size;
    817 		bt->bt_type = btfree->bt_type;
    818 		bt_insfree(vm, bt);
    819 		bt_insseg(vm, bt, btfree);
    820 		bt_remseg(vm, btfree);
    821 		bt_remfree(vm, btfree);
    822 		VMEM_UNLOCK(vm);
    823 	}
    824 
    825 	return addr;
    826 }
    827 
    828 static void
    829 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
    830 {
    831 
    832 	KASSERT(!vmem_bootstrap_p(vm));
    833 
    834 #if defined(QCACHE)
    835 	qc_destroy(vm);
    836 #endif /* defined(QCACHE) */
    837 	if (vm->vm_hashlist != NULL) {
    838 		int i;
    839 
    840 		for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
    841 			bt_t *bt;
    842 
    843 			while ((bt = LIST_FIRST(&vm->vm_hashlist[i])) != NULL) {
    844 				KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    845 				bt_free(vm, bt);
    846 			}
    847 		}
    848 		xfree(vm->vm_hashlist,
    849 		    sizeof(vmem_hashlist_t *) * vm->vm_hashsize);
    850 	}
    851 	VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
    852 	xfree(vm, sizeof(*vm));
    853 }
    854 
    855 static int
    856 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
    857 {
    858 	vmem_addr_t addr;
    859 
    860 	if (vm->vm_allocfn == NULL) {
    861 		return EINVAL;
    862 	}
    863 
    864 	addr = (*vm->vm_allocfn)(vm->vm_source, size, &size, flags);
    865 	if (addr == VMEM_ADDR_NULL) {
    866 		return ENOMEM;
    867 	}
    868 
    869 	if (vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN) == VMEM_ADDR_NULL) {
    870 		(*vm->vm_freefn)(vm->vm_source, addr, size);
    871 		return ENOMEM;
    872 	}
    873 
    874 	return 0;
    875 }
    876 
    877 static int
    878 vmem_rehash(vmem_t *vm, size_t newhashsize, vm_flag_t flags)
    879 {
    880 	bt_t *bt;
    881 	int i;
    882 	vmem_hashlist_t *newhashlist;
    883 	vmem_hashlist_t *oldhashlist;
    884 	size_t oldhashsize;
    885 
    886 	KASSERT(newhashsize > 0);
    887 
    888 	newhashlist = xmalloc(sizeof(vmem_hashlist_t *) * newhashsize, flags);
    889 	if (newhashlist == NULL) {
    890 		return ENOMEM;
    891 	}
    892 	for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
    893 		LIST_INIT(&newhashlist[i]);
    894 	}
    895 
    896 	if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
    897 		xfree(newhashlist, sizeof(vmem_hashlist_t *) * newhashsize);
    898 		return EBUSY;
    899 	}
    900 	oldhashlist = vm->vm_hashlist;
    901 	oldhashsize = vm->vm_hashsize;
    902 	vm->vm_hashlist = newhashlist;
    903 	vm->vm_hashsize = newhashsize;
    904 	if (oldhashlist == NULL) {
    905 		VMEM_UNLOCK(vm);
    906 		return 0;
    907 	}
    908 	for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
    909 		while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
    910 			bt_rembusy(vm, bt); /* XXX */
    911 			bt_insbusy(vm, bt);
    912 		}
    913 	}
    914 	VMEM_UNLOCK(vm);
    915 
    916 	if (!STATIC_POOL_ELEM_P(vmem_hashlist_t, oldhashlist)) {
    917 		xfree(oldhashlist, sizeof(vmem_hashlist_t *) * oldhashsize);
    918 	}
    919 
    920 	return 0;
    921 }
    922 
    923 /*
    924  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
    925  */
    926 
    927 static vmem_addr_t
    928 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align, vmem_size_t phase,
    929     vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr)
    930 {
    931 	vmem_addr_t start;
    932 	vmem_addr_t end;
    933 
    934 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
    935 
    936 	/*
    937 	 * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
    938 	 * unsigned integer of the same size.
    939 	 */
    940 
    941 	start = bt->bt_start;
    942 	if (start < minaddr) {
    943 		start = minaddr;
    944 	}
    945 	end = BT_END(bt);
    946 	if (end > maxaddr - 1) {
    947 		end = maxaddr - 1;
    948 	}
    949 	if (start >= end) {
    950 		return VMEM_ADDR_NULL;
    951 	}
    952 
    953 	start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
    954 	if (start < bt->bt_start) {
    955 		start += align;
    956 	}
    957 	if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
    958 		KASSERT(align < nocross);
    959 		start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
    960 	}
    961 	if (start < end && end - start >= size) {
    962 		KASSERT((start & (align - 1)) == phase);
    963 		KASSERT(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
    964 		KASSERT(minaddr <= start);
    965 		KASSERT(maxaddr == 0 || start + size <= maxaddr);
    966 		KASSERT(bt->bt_start <= start);
    967 		KASSERT(start + size <= BT_END(bt));
    968 		return start;
    969 	}
    970 	return VMEM_ADDR_NULL;
    971 }
    972 
    973 /* ---- vmem API */
    974 
    975 /*
    976  * vmem_create: create an arena.
    977  *
    978  * => must not be called from interrupt context.
    979  */
    980 
    981 vmem_t *
    982 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    983     vmem_size_t quantum,
    984     vmem_addr_t (*allocfn)(vmem_t *, vmem_size_t, vmem_size_t *, vm_flag_t),
    985     void (*freefn)(vmem_t *, vmem_addr_t, vmem_size_t),
    986     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags,
    987     int ipl)
    988 {
    989 	vmem_t *vm;
    990 	int i;
    991 #if defined(_KERNEL)
    992 	static ONCE_DECL(control);
    993 #endif /* defined(_KERNEL) */
    994 
    995 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    996 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    997 
    998 #if defined(_KERNEL)
    999 	if (RUN_ONCE(&control, vmem_init)) {
   1000 		return NULL;
   1001 	}
   1002 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1003 	if ((flags & (VMC_KVA|VMC_KMEM)) != 0) {
   1004 		STATIC_POOL_ALLOC(vm, vmem_t);
   1005 	} else {
   1006 		vm = xmalloc(sizeof(*vm), flags);
   1007 		if (vm == NULL) {
   1008 			return NULL;
   1009 		}
   1010 	}
   1011 
   1012 	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl);
   1013 	vm->vm_name = name;
   1014 	vm->vm_flags = flags;
   1015 	vm->vm_freetags = 0;
   1016 	vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
   1017 	vm->vm_quantum_shift = calc_order(quantum);
   1018 	KASSERT(ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift) == quantum);
   1019 	vm->vm_allocfn = allocfn;
   1020 	vm->vm_freefn = freefn;
   1021 	vm->vm_source = source;
   1022 	vm->vm_nbusytag = 0;
   1023 #if defined(QCACHE)
   1024 	qc_init(vm, qcache_max, ipl);
   1025 #endif /* defined(QCACHE) */
   1026 
   1027 	CIRCLEQ_INIT(&vm->vm_seglist);
   1028 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1029 		LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
   1030 	}
   1031 	vm->vm_hashlist = NULL;
   1032 	if ((flags & (VMC_KVA|VMC_KMEM)) != 0) {
   1033 		STATIC_POOL_ALLOC(vm->vm_hashlist, vmem_hashlist_t);
   1034 		LIST_INIT(&vm->vm_hashlist[0]);
   1035 		vm->vm_hashsize = 1;
   1036 	} else if (vmem_rehash(vm, VMEM_HASHSIZE_INIT, flags)) {
   1037 		vmem_destroy1(vm);
   1038 		return NULL;
   1039 	}
   1040 
   1041 	if (size != 0) {
   1042 		if (vmem_add(vm, base, size, flags) == 0) {
   1043 			vmem_destroy1(vm);
   1044 			return NULL;
   1045 		}
   1046 	}
   1047 
   1048 #if defined(_KERNEL)
   1049 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1050 	LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
   1051 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1052 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1053 
   1054 #if 0
   1055 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
   1056 		vmem_rehash(vm, VMEM_HASHSIZE_INIT, flags);
   1057 	}
   1058 #endif
   1059 
   1060 	return vm;
   1061 }
   1062 
   1063 void
   1064 vmem_destroy(vmem_t *vm)
   1065 {
   1066 
   1067 #if defined(_KERNEL)
   1068 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1069 	LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
   1070 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1071 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1072 
   1073 	vmem_destroy1(vm);
   1074 }
   1075 
   1076 vmem_size_t
   1077 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
   1078 {
   1079 
   1080 	return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
   1081 }
   1082 
   1083 /*
   1084  * vmem_alloc:
   1085  *
   1086  * => caller must ensure appropriate spl,
   1087  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1088  */
   1089 
   1090 vmem_addr_t
   1091 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size0, vm_flag_t flags)
   1092 {
   1093 	const vmem_size_t size __unused = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1094 	const vm_flag_t strat __unused = flags & VM_FITMASK;
   1095 
   1096 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1097 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1098 
   1099 	KASSERT(size0 > 0);
   1100 	KASSERT(size > 0);
   1101 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1102 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1103 		ASSERT_SLEEPABLE(NULL, __func__);
   1104 	}
   1105 
   1106 #if defined(QCACHE)
   1107 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1108 		int qidx = size >> vm->vm_quantum_shift;
   1109 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1110 
   1111 		return (vmem_addr_t)pool_cache_get(qc->qc_cache,
   1112 		    vmf_to_prf(flags));
   1113 	}
   1114 #endif /* defined(QCACHE) */
   1115 
   1116 	return vmem_xalloc(vm, size0, 0, 0, 0, 0, 0, flags);
   1117 }
   1118 
   1119 vmem_addr_t
   1120 vmem_xalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size0, vmem_size_t align, vmem_size_t phase,
   1121     vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr,
   1122     vm_flag_t flags)
   1123 {
   1124 	struct vmem_freelist *list;
   1125 	struct vmem_freelist *first;
   1126 	struct vmem_freelist *end;
   1127 	bt_t *bt;
   1128 	bt_t *btnew;
   1129 	bt_t *btnew2;
   1130 	const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1131 	vm_flag_t strat = flags & VM_FITMASK;
   1132 	vmem_addr_t start;
   1133 	struct vm_page *pg;
   1134 
   1135 	KASSERT(size0 > 0);
   1136 	KASSERT(size > 0);
   1137 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1138 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1139 		ASSERT_SLEEPABLE(NULL, __func__);
   1140 	}
   1141 	KASSERT((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1142 	KASSERT((align & (align - 1)) == 0);
   1143 	KASSERT((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1144 	KASSERT((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1145 	KASSERT((nocross & (nocross - 1)) == 0);
   1146 	KASSERT((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
   1147 	KASSERT(nocross == 0 || nocross >= size);
   1148 	KASSERT(maxaddr == 0 || minaddr < maxaddr);
   1149 	KASSERT(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
   1150 
   1151 	if (align == 0) {
   1152 		align = vm->vm_quantum_mask + 1;
   1153 	}
   1154 	pg = NULL;
   1155 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1156 		KASSERT(size == PAGE_SIZE);
   1157 		KASSERT(align == PAGE_SIZE);
   1158 		while (pg == NULL) {
   1159 			pg = uvm_pagealloc(NULL, 0, NULL, 0);
   1160 			if (pg == NULL) {
   1161 				if ((flags & VM_NOSLEEP) != 0) {
   1162 					return ENOMEM;
   1163 				}
   1164 				uvm_wait("btpage");
   1165 			}
   1166 		}
   1167 		btnew = NULL; /* XXX: gcc */
   1168 		btnew2 = NULL;
   1169 	} else {
   1170 		btnew = bt_alloc(vm, flags);
   1171 		if (btnew == NULL) {
   1172 			return VMEM_ADDR_NULL;
   1173 		}
   1174 		/* XXX not necessary if no restrictions */
   1175 		btnew2 = bt_alloc(vm, flags);
   1176 		if (btnew2 == NULL) {
   1177 			bt_free(vm, btnew);
   1178 			return VMEM_ADDR_NULL;
   1179 		}
   1180 	}
   1181 
   1182 retry_strat:
   1183 	first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
   1184 	end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
   1185 retry:
   1186 	bt = NULL;
   1187 	VMEM_LOCK(vm);
   1188 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1189 		for (list = first; list < end; list++) {
   1190 			bt = LIST_FIRST(list);
   1191 			if (bt != NULL) {
   1192 				start = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1193 				    nocross, minaddr, maxaddr);
   1194 				if (start != VMEM_ADDR_NULL) {
   1195 					goto gotit;
   1196 				}
   1197 			}
   1198 		}
   1199 	} else { /* VM_BESTFIT */
   1200 		for (list = first; list < end; list++) {
   1201 			LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
   1202 				if (bt->bt_size >= size) {
   1203 					start = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1204 					    nocross, minaddr, maxaddr);
   1205 					if (start != VMEM_ADDR_NULL) {
   1206 						goto gotit;
   1207 					}
   1208 				}
   1209 			}
   1210 		}
   1211 	}
   1212 	VMEM_UNLOCK(vm);
   1213 #if 1
   1214 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1215 		strat = VM_BESTFIT;
   1216 		goto retry_strat;
   1217 	}
   1218 #endif
   1219 	if (align != vm->vm_quantum_mask + 1 || phase != 0 ||
   1220 	    nocross != 0 || minaddr != 0 || maxaddr != 0) {
   1221 
   1222 		/*
   1223 		 * XXX should try to import a region large enough to
   1224 		 * satisfy restrictions?
   1225 		 */
   1226 
   1227 		goto fail;
   1228 	}
   1229 	if (vmem_import(vm, size, flags) == 0) {
   1230 		goto retry;
   1231 	}
   1232 	/* XXX */
   1233 fail:
   1234 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1235 		uvm_pagefree(pg);
   1236 	} else {
   1237 		bt_free(vm, btnew);
   1238 		bt_free(vm, btnew2);
   1239 	}
   1240 	return VMEM_ADDR_NULL;
   1241 
   1242 gotit:
   1243 #if defined(PMAP_GROWKERNEL)
   1244 	if ((vm->vm_flags & VMC_KVA) != 0) {
   1245 		uvm_growkernel(start + size);
   1246 	}
   1247 #endif /* defined(PMAP_GROWKERNEL) */
   1248 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1249 		vaddr_t va = (vaddr_t)start;
   1250 
   1251 		KASSERT(bt->bt_start == start);
   1252 		btnew = bt_alloc_bootstrap(vm);
   1253 		btpage_init(vm, pg, va);
   1254 	}
   1255 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
   1256 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
   1257 	bt_remfree(vm, bt);
   1258 	if (bt->bt_start != start) {
   1259 		btnew2->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1260 		btnew2->bt_start = bt->bt_start;
   1261 		btnew2->bt_size = start - bt->bt_start;
   1262 		bt->bt_start = start;
   1263 		bt->bt_size -= btnew2->bt_size;
   1264 		bt_insfree(vm, btnew2);
   1265 		bt_insseg(vm, btnew2, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1266 		btnew2 = NULL;
   1267 	}
   1268 	KASSERT(bt->bt_start == start);
   1269 	if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
   1270 		/* split */
   1271 		btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1272 		btnew->bt_start = bt->bt_start;
   1273 		btnew->bt_size = size;
   1274 		bt->bt_start = bt->bt_start + size;
   1275 		bt->bt_size -= size;
   1276 		bt_insfree(vm, bt);
   1277 		bt_insseg(vm, btnew, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1278 		bt_insbusy(vm, btnew);
   1279 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1280 	} else {
   1281 		bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1282 		bt_insbusy(vm, bt);
   1283 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1284 		bt_free(vm, btnew);
   1285 		btnew = bt;
   1286 	}
   1287 	if (btnew2 != NULL) {
   1288 		bt_free(vm, btnew2);
   1289 	}
   1290 	KASSERT(btnew->bt_size >= size);
   1291 	btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1292 
   1293 	return btnew->bt_start;
   1294 }
   1295 
   1296 /*
   1297  * vmem_free:
   1298  *
   1299  * => caller must ensure appropriate spl,
   1300  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1301  */
   1302 
   1303 void
   1304 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1305 {
   1306 
   1307 	KASSERT(addr != VMEM_ADDR_NULL);
   1308 	KASSERT(size > 0);
   1309 
   1310 #if defined(QCACHE)
   1311 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1312 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1313 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1314 
   1315 		return pool_cache_put(qc->qc_cache, (void *)addr);
   1316 	}
   1317 #endif /* defined(QCACHE) */
   1318 
   1319 	vmem_xfree(vm, addr, size);
   1320 }
   1321 
   1322 void
   1323 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1324 {
   1325 	bt_t *bt;
   1326 	bt_t *t;
   1327 	SLIST_HEAD(, vmem_btag) tofree;
   1328 
   1329 	KASSERT(addr != VMEM_ADDR_NULL);
   1330 	KASSERT(size > 0);
   1331 
   1332 	SLIST_INIT(&tofree);
   1333 
   1334 	VMEM_LOCK(vm);
   1335 
   1336 	bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
   1337 	KASSERT(bt != NULL);
   1338 	KASSERT(bt->bt_start == addr);
   1339 	KASSERT(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
   1340 	    bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
   1341 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1342 	bt_rembusy(vm, bt);
   1343 	bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1344 
   1345 	/* coalesce */
   1346 	t = CIRCLEQ_NEXT(bt, bt_seglist);
   1347 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1348 		KASSERT(BT_END(bt) == t->bt_start);
   1349 		bt_remfree(vm, t);
   1350 		bt_remseg(vm, t);
   1351 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1352 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1353 	}
   1354 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1355 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1356 		KASSERT(BT_END(t) == bt->bt_start);
   1357 		bt_remfree(vm, t);
   1358 		bt_remseg(vm, t);
   1359 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1360 		bt->bt_start = t->bt_start;
   1361 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1362 	}
   1363 
   1364 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1365 	KASSERT(t != NULL);
   1366 	KASSERT(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1367 	if (vm->vm_freefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
   1368 	    t->bt_size == bt->bt_size) {
   1369 		vmem_addr_t spanaddr;
   1370 		vmem_size_t spansize;
   1371 
   1372 		KASSERT(t->bt_start == bt->bt_start);
   1373 		spanaddr = bt->bt_start;
   1374 		spansize = bt->bt_size;
   1375 		bt_remseg(vm, bt);
   1376 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, bt, bt_tmplist);
   1377 		bt_remseg(vm, t);
   1378 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1379 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1380 		(*vm->vm_freefn)(vm->vm_source, spanaddr, spansize);
   1381 	} else {
   1382 		bt_insfree(vm, bt);
   1383 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1384 	}
   1385 	while ((t = SLIST_FIRST(&tofree)) != NULL) {
   1386 		SLIST_REMOVE_HEAD(&tofree, bt_tmplist);
   1387 		bt_free(vm, t);
   1388 	}
   1389 }
   1390 
   1391 /*
   1392  * vmem_add:
   1393  *
   1394  * => caller must ensure appropriate spl,
   1395  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1396  */
   1397 
   1398 vmem_addr_t
   1399 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
   1400 {
   1401 
   1402 	return vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
   1403 }
   1404 
   1405 /*
   1406  * vmem_reap: reap unused resources.
   1407  *
   1408  * => return true if we successfully reaped something.
   1409  */
   1410 
   1411 bool
   1412 vmem_reap(vmem_t *vm)
   1413 {
   1414 	bool didsomething = false;
   1415 
   1416 #if defined(QCACHE)
   1417 	didsomething = qc_reap(vm);
   1418 #endif /* defined(QCACHE) */
   1419 	return didsomething;
   1420 }
   1421 
   1422 /* ---- rehash */
   1423 
   1424 #if defined(_KERNEL)
   1425 static struct callout vmem_rehash_ch;
   1426 static int vmem_rehash_interval;
   1427 static struct workqueue *vmem_rehash_wq;
   1428 static struct work vmem_rehash_wk;
   1429 
   1430 static void
   1431 vmem_rehash_all(struct work *wk, void *dummy)
   1432 {
   1433 	vmem_t *vm;
   1434 
   1435 	KASSERT(wk == &vmem_rehash_wk);
   1436 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1437 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1438 		size_t desired;
   1439 		size_t current;
   1440 
   1441 		if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
   1442 			continue;
   1443 		}
   1444 		desired = vm->vm_nbusytag;
   1445 		current = vm->vm_hashsize;
   1446 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1447 
   1448 		if (desired > VMEM_HASHSIZE_MAX) {
   1449 			desired = VMEM_HASHSIZE_MAX;
   1450 		} else if (desired < VMEM_HASHSIZE_MIN) {
   1451 			desired = VMEM_HASHSIZE_MIN;
   1452 		}
   1453 		if (desired > current * 2 || desired * 2 < current) {
   1454 			vmem_rehash(vm, desired, VM_NOSLEEP);
   1455 		}
   1456 	}
   1457 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1458 
   1459 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1460 }
   1461 
   1462 static void
   1463 vmem_rehash_all_kick(void *dummy)
   1464 {
   1465 
   1466 	workqueue_enqueue(vmem_rehash_wq, &vmem_rehash_wk, NULL);
   1467 }
   1468 
   1469 void
   1470 vmem_rehash_start(void)
   1471 {
   1472 	int error;
   1473 
   1474 	error = workqueue_create(&vmem_rehash_wq, "vmem_rehash",
   1475 	    vmem_rehash_all, NULL, PRI_VM, IPL_SOFTCLOCK, 0);
   1476 	if (error) {
   1477 		panic("%s: workqueue_create %d\n", __func__, error);
   1478 	}
   1479 	callout_init(&vmem_rehash_ch, 0);
   1480 	callout_setfunc(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_all_kick, NULL);
   1481 
   1482 	vmem_rehash_interval = hz * 10;
   1483 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1484 }
   1485 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1486 
   1487 /* ---- debug */
   1488 
   1489 #if defined(VMEM_DEBUG)
   1490 
   1491 #if !defined(_KERNEL)
   1492 #include <stdio.h>
   1493 #endif /* !defined(_KERNEL) */
   1494 
   1495 void bt_dump(const bt_t *);
   1496 
   1497 void
   1498 bt_dump(const bt_t *bt)
   1499 {
   1500 
   1501 	printf("\t%p: %" PRIu64 "(0x%" PRIx64 "), %" PRIu64 "(0x%" PRIx64
   1502 	    "), %d\n",
   1503 	    bt,
   1504 	    (uint64_t)bt->bt_start, (uint64_t)bt->bt_start,
   1505 	    (uint64_t)bt->bt_size, (uint64_t)bt->bt_size,
   1506 	    bt->bt_type);
   1507 }
   1508 
   1509 void
   1510 vmem_dump_seglist(const vmem_t *vm)
   1511 {
   1512 	const bt_t *bt;
   1513 
   1514 	printf("vmem %p '%s' SEGLIST\n", vm, vm->vm_name);
   1515 
   1516 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1517 		bt_dump(bt);
   1518 	}
   1519 }
   1520 
   1521 void
   1522 vmem_dump_freelist(const vmem_t *vm)
   1523 {
   1524 	const bt_t *bt;
   1525 	int i;
   1526 
   1527 	printf("vmem %p '%s' FREELIST\n", vm, vm->vm_name);
   1528 
   1529 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1530 		const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
   1531 
   1532 		if (LIST_EMPTY(fl)) {
   1533 			continue;
   1534 		}
   1535 
   1536 		printf("freelist[%d]\n", i);
   1537 		LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
   1538 			bt_dump(bt);
   1539 		}
   1540 	}
   1541 }
   1542 
   1543 #if defined(QCACHE)
   1544 void
   1545 vmem_dump_qc(const vmem_t *vm)
   1546 {
   1547 	int qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
   1548 	int i;
   1549 	const qcache_t *prevqc;
   1550 
   1551 	printf("qcache_max=%zu\n", vm->vm_qcache_max);
   1552 
   1553 	prevqc = NULL;
   1554 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
   1555 		const qcache_t *qc;
   1556 
   1557 		qc = vm->vm_qcache[i];
   1558 		if (prevqc != qc) {
   1559 			printf("CACHE[%d] (%zu-) %p\n",
   1560 			    i, (size_t)i << vm->vm_quantum_shift, qc->qc_cache);
   1561 		}
   1562 		prevqc = qc;
   1563 	}
   1564 }
   1565 #endif /* defined(QCACHE) */
   1566 
   1567 void
   1568 vmem_dump(const vmem_t *vm)
   1569 {
   1570 
   1571 	printf("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
   1572 	vmem_dump_seglist(vm);
   1573 	vmem_dump_freelist(vm);
   1574 #if defined(QCACHE)
   1575 	vmem_dump_qc(vm);
   1576 #endif /* defined(QCACHE) */
   1577 }
   1578 
   1579 #if !defined(_KERNEL)
   1580 
   1581 int
   1582 main()
   1583 {
   1584 	vmem_t *vm;
   1585 	vmem_addr_t p;
   1586 	struct reg {
   1587 		vmem_addr_t p;
   1588 		vmem_size_t sz;
   1589 		bool x;
   1590 	} *reg = NULL;
   1591 	int nreg = 0;
   1592 	int nalloc = 0;
   1593 	int nfree = 0;
   1594 	vmem_size_t total = 0;
   1595 #if 1
   1596 	vm_flag_t strat = VM_INSTANTFIT;
   1597 #else
   1598 	vm_flag_t strat = VM_BESTFIT;
   1599 #endif
   1600 
   1601 	vm = vmem_create("test", VMEM_ADDR_NULL, 0, 1,
   1602 	    NULL, NULL, NULL, 0, VM_SLEEP);
   1603 	if (vm == NULL) {
   1604 		printf("vmem_create\n");
   1605 		exit(EXIT_FAILURE);
   1606 	}
   1607 	vmem_dump(vm);
   1608 
   1609 	p = vmem_add(vm, 100, 200, VM_SLEEP);
   1610 	p = vmem_add(vm, 2000, 1, VM_SLEEP);
   1611 	p = vmem_add(vm, 40000, 0x10000000>>12, VM_SLEEP);
   1612 	p = vmem_add(vm, 10000, 10000, VM_SLEEP);
   1613 	p = vmem_add(vm, 500, 1000, VM_SLEEP);
   1614 	vmem_dump(vm);
   1615 	for (;;) {
   1616 		struct reg *r;
   1617 		int t = rand() % 100;
   1618 
   1619 		if (t > 45) {
   1620 			/* alloc */
   1621 			vmem_size_t sz = rand() % 500 + 1;
   1622 			bool x;
   1623 			vmem_size_t align, phase, nocross;
   1624 			vmem_addr_t minaddr, maxaddr;
   1625 
   1626 			if (t > 70) {
   1627 				x = true;
   1628 				/* XXX */
   1629 				align = 1 << (rand() % 15);
   1630 				phase = rand() % 65536;
   1631 				nocross = 1 << (rand() % 15);
   1632 				if (align <= phase) {
   1633 					phase = 0;
   1634 				}
   1635 				if (VMEM_CROSS_P(phase, phase + sz - 1,
   1636 				    nocross)) {
   1637 					nocross = 0;
   1638 				}
   1639 				minaddr = rand() % 50000;
   1640 				maxaddr = rand() % 70000;
   1641 				if (minaddr > maxaddr) {
   1642 					minaddr = 0;
   1643 					maxaddr = 0;
   1644 				}
   1645 				printf("=== xalloc %" PRIu64
   1646 				    " align=%" PRIu64 ", phase=%" PRIu64
   1647 				    ", nocross=%" PRIu64 ", min=%" PRIu64
   1648 				    ", max=%" PRIu64 "\n",
   1649 				    (uint64_t)sz,
   1650 				    (uint64_t)align,
   1651 				    (uint64_t)phase,
   1652 				    (uint64_t)nocross,
   1653 				    (uint64_t)minaddr,
   1654 				    (uint64_t)maxaddr);
   1655 				p = vmem_xalloc(vm, sz, align, phase, nocross,
   1656 				    minaddr, maxaddr, strat|VM_SLEEP);
   1657 			} else {
   1658 				x = false;
   1659 				printf("=== alloc %" PRIu64 "\n", (uint64_t)sz);
   1660 				p = vmem_alloc(vm, sz, strat|VM_SLEEP);
   1661 			}
   1662 			printf("-> %" PRIu64 "\n", (uint64_t)p);
   1663 			vmem_dump(vm);
   1664 			if (p == VMEM_ADDR_NULL) {
   1665 				if (x) {
   1666 					continue;
   1667 				}
   1668 				break;
   1669 			}
   1670 			nreg++;
   1671 			reg = realloc(reg, sizeof(*reg) * nreg);
   1672 			r = &reg[nreg - 1];
   1673 			r->p = p;
   1674 			r->sz = sz;
   1675 			r->x = x;
   1676 			total += sz;
   1677 			nalloc++;
   1678 		} else if (nreg != 0) {
   1679 			/* free */
   1680 			r = &reg[rand() % nreg];
   1681 			printf("=== free %" PRIu64 ", %" PRIu64 "\n",
   1682 			    (uint64_t)r->p, (uint64_t)r->sz);
   1683 			if (r->x) {
   1684 				vmem_xfree(vm, r->p, r->sz);
   1685 			} else {
   1686 				vmem_free(vm, r->p, r->sz);
   1687 			}
   1688 			total -= r->sz;
   1689 			vmem_dump(vm);
   1690 			*r = reg[nreg - 1];
   1691 			nreg--;
   1692 			nfree++;
   1693 		}
   1694 		printf("total=%" PRIu64 "\n", (uint64_t)total);
   1695 	}
   1696 	fprintf(stderr, "total=%" PRIu64 ", nalloc=%d, nfree=%d\n",
   1697 	    (uint64_t)total, nalloc, nfree);
   1698 	exit(EXIT_SUCCESS);
   1699 }
   1700 #endif /* !defined(_KERNEL) */
   1701 #endif /* defined(VMEM_DEBUG) */
   1702