Home | History | Annotate | Line # | Download | only in kern
subr_vmem.c revision 1.36.2.2
      1 /*	$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.36.2.2 2007/12/13 05:06:01 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 1.36.2.2 2007/12/13 05:06:01 yamt Exp $");
     41 
     42 #define	VMEM_DEBUG
     43 #if defined(_KERNEL)
     44 #include "opt_ddb.h"
     45 #define	QCACHE
     46 #endif /* defined(_KERNEL) */
     47 
     48 #include <sys/param.h>
     49 #include <sys/hash.h>
     50 #include <sys/queue.h>
     51 
     52 #if defined(_KERNEL)
     53 #include <sys/systm.h>
     54 #include <sys/kernel.h>	/* hz */
     55 #include <sys/callout.h>
     56 #include <sys/lock.h>
     57 #include <sys/once.h>
     58 #include <sys/pool.h>
     59 #include <sys/proc.h>
     60 #include <sys/vmem.h>
     61 #include <sys/kmem.h>
     62 #include <sys/workqueue.h>
     63 
     64 #include <uvm/uvm_extern.h>
     65 #include <uvm/uvm_map.h>
     66 #include <uvm/uvm_pdaemon.h>
     67 #else /* defined(_KERNEL) */
     68 #include "../sys/vmem.h"
     69 #endif /* defined(_KERNEL) */
     70 
     71 #if defined(_KERNEL)
     72 #define	LOCK_DECL(name)		kmutex_t name
     73 #else /* defined(_KERNEL) */
     74 #include <errno.h>
     75 #include <assert.h>
     76 #include <stdlib.h>
     77 
     78 #define	KASSERT(a)		assert(a)
     79 #define	LOCK_DECL(name)		/* nothing */
     80 #define	mutex_init(a, b, c)	/* nothing */
     81 #define	mutex_destroy(a)	/* nothing */
     82 #define	mutex_enter(a)		/* nothing */
     83 #define	mutex_exit(a)		/* nothing */
     84 #define	mutex_owned(a)		/* nothing */
     85 #define	ASSERT_SLEEPABLE(lk, msg) /* nothing */
     86 #define	IPL_VM			0
     87 #endif /* defined(_KERNEL) */
     88 
     89 struct vmem;
     90 struct vmem_btag;
     91 
     92 #if defined(VMEM_DEBUG)
     93 void vmem_dump(const vmem_t *);
     94 void vmem_dump_seglist(const vmem_t *);
     95 void vmem_dump_freelist(const vmem_t *);
     96 #if defined(QCACHE)
     97 void vmem_dump_qc(const vmem_t *);
     98 #endif /* defined(QCACHE) */
     99 #endif /* defined(VMEM_DEBUG) */
    100 
    101 #define	VMEM_MAXORDER		(sizeof(vmem_size_t) * CHAR_BIT)
    102 
    103 #define	VMEM_HASHSIZE_MIN	1	/* XXX */
    104 #define	VMEM_HASHSIZE_MAX	8192	/* XXX */
    105 #define	VMEM_HASHSIZE_INIT	VMEM_HASHSIZE_MIN
    106 
    107 #define	VM_FITMASK	(VM_BESTFIT | VM_INSTANTFIT)
    108 
    109 /* vm_flag_t (internal uses) */
    110 #define	VM_BTPAGE	0x00008000
    111 
    112 CIRCLEQ_HEAD(vmem_seglist, vmem_btag);
    113 LIST_HEAD(vmem_freelist, vmem_btag);
    114 LIST_HEAD(vmem_hashlist, vmem_btag);
    115 typedef struct vmem_hashlist vmem_hashlist_t;
    116 
    117 #if defined(QCACHE)
    118 #define	VMEM_QCACHE_IDX_MAX	32
    119 
    120 #define	QC_NAME_MAX	16
    121 
    122 struct qcache {
    123 	pool_cache_t qc_cache;
    124 	vmem_t *qc_vmem;
    125 	char qc_name[QC_NAME_MAX];
    126 };
    127 typedef struct qcache qcache_t;
    128 #define	QC_POOL_TO_QCACHE(pool)	((qcache_t *)(pool->pr_qcache))
    129 #endif /* defined(QCACHE) */
    130 
    131 /* vmem arena */
    132 struct vmem {
    133 	LOCK_DECL(vm_lock);
    134 	vm_flag_t vm_flags;
    135 	int vm_freetags;
    136 	vmem_addr_t (*vm_allocfn)(vmem_t *, vmem_size_t, vmem_size_t *,
    137 	    vm_flag_t);
    138 	void (*vm_freefn)(vmem_t *, vmem_addr_t, vmem_size_t);
    139 	vmem_t *vm_source;
    140 	struct vmem_seglist vm_seglist;
    141 	struct vmem_freelist vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
    142 	LIST_HEAD(, btpage_header) vm_btpagelist;
    143 	size_t vm_hashsize;
    144 	size_t vm_nbusytag;
    145 	vmem_hashlist_t *vm_hashlist;
    146 	size_t vm_quantum_mask;
    147 	int vm_quantum_shift;
    148 	const char *vm_name;
    149 	LIST_ENTRY(vmem) vm_alllist;
    150 
    151 #if defined(QCACHE)
    152 	/* quantum cache */
    153 	size_t vm_qcache_max;
    154 	struct pool_allocator vm_qcache_allocator;
    155 	qcache_t vm_qcache_store[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
    156 	qcache_t *vm_qcache[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
    157 #endif /* defined(QCACHE) */
    158 };
    159 
    160 #define	VMEM_LOCK(vm)		mutex_enter(&vm->vm_lock)
    161 #define	VMEM_TRYLOCK(vm)	mutex_tryenter(&vm->vm_lock)
    162 #define	VMEM_UNLOCK(vm)		mutex_exit(&vm->vm_lock)
    163 #define	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl)	mutex_init(&vm->vm_lock, MUTEX_DEFAULT, ipl)
    164 #define	VMEM_LOCK_DESTROY(vm)	mutex_destroy(&vm->vm_lock)
    165 #define	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm)	KASSERT(mutex_owned(&vm->vm_lock))
    166 
    167 #define	vmem_bootstrap_p(vm)	(((vm)->vm_flags & VMC_KVA) != 0)
    168 
    169 /* boundary tag */
    170 struct vmem_btag {
    171 	CIRCLEQ_ENTRY(vmem_btag) bt_seglist;
    172 	union {
    173 		LIST_ENTRY(vmem_btag) u_freelist; /* BT_TYPE_FREE */
    174 		LIST_ENTRY(vmem_btag) u_hashlist; /* BT_TYPE_BUSY */
    175 		SLIST_ENTRY(vmem_btag) u_sfreelist; /* in btpage_header */
    176 		SLIST_ENTRY(vmem_btag) u_tmplist; /* temp use in vmem_xfree */
    177 	} bt_u;
    178 #define	bt_hashlist	bt_u.u_hashlist
    179 #define	bt_freelist	bt_u.u_freelist
    180 #define	bt_sfreelist	bt_u.u_sfreelist
    181 #define	bt_tmplist	bt_u.u_tmplist
    182 	vmem_addr_t bt_start;
    183 	vmem_size_t bt_size;
    184 	int bt_type;
    185 };
    186 
    187 #define	BT_TYPE_SPAN		1
    188 #define	BT_TYPE_SPAN_STATIC	2
    189 #define	BT_TYPE_FREE		3
    190 #define	BT_TYPE_BUSY		4
    191 #define	BT_ISSPAN_P(bt)	((bt)->bt_type <= BT_TYPE_SPAN_STATIC)
    192 
    193 #define	BT_END(bt)	((bt)->bt_start + (bt)->bt_size)
    194 
    195 typedef struct vmem_btag bt_t;
    196 
    197 /* ---- misc */
    198 
    199 #define	VMEM_ALIGNUP(addr, align) \
    200 	(-(-(addr) & -(align)))
    201 #define	VMEM_CROSS_P(addr1, addr2, boundary) \
    202 	((((addr1) ^ (addr2)) & -(boundary)) != 0)
    203 
    204 #define	ORDER2SIZE(order)	((vmem_size_t)1 << (order))
    205 
    206 static int
    207 calc_order(vmem_size_t size)
    208 {
    209 	vmem_size_t target;
    210 	int i;
    211 
    212 	KASSERT(size != 0);
    213 
    214 	i = 0;
    215 	target = size >> 1;
    216 	while (ORDER2SIZE(i) <= target) {
    217 		i++;
    218 	}
    219 
    220 	KASSERT(ORDER2SIZE(i) <= size);
    221 	KASSERT(size < ORDER2SIZE(i + 1) || ORDER2SIZE(i + 1) < ORDER2SIZE(i));
    222 
    223 	return i;
    224 }
    225 
    226 static void *
    227 xmalloc(size_t sz, vm_flag_t flags)
    228 {
    229 
    230 #if defined(_KERNEL)
    231 	return kmem_alloc(sz, (flags & VM_SLEEP) ? KM_SLEEP : KM_NOSLEEP);
    232 #else /* defined(_KERNEL) */
    233 	return malloc(sz);
    234 #endif /* defined(_KERNEL) */
    235 }
    236 
    237 static void
    238 xfree(void *p, size_t sz)
    239 {
    240 
    241 #if defined(_KERNEL)
    242 	kmem_free(p, sz);
    243 #else /* defined(_KERNEL) */
    244 	return free(p);
    245 #endif /* defined(_KERNEL) */
    246 }
    247 
    248 /* ---- static storage for bootstrap */
    249 
    250 #define	STATIC_POOL_NAME(type) static_ ## type
    251 #define	STATIC_POOL_IDX(type) static_ ## type ## _idx
    252 #define	STATIC_POOL_DEFINE(type, n) \
    253 	type STATIC_POOL_NAME(type)[(n)] __unused ; \
    254 	int STATIC_POOL_IDX(type) __unused
    255 #define	STATIC_POOL_ALLOC(var, type) \
    256 	(var) = &STATIC_POOL_NAME(type)[STATIC_POOL_IDX(type)++]; \
    257 	KASSERT(STATIC_POOL_ELEM_P(type, var))
    258 #define	STATIC_POOL_FREE(type, var) \
    259 	KASSERT(STATIC_POOL_ELEM_P(type, var)); \
    260 	KASSERT((var) == &STATIC_POOL_NAME(type)[STATIC_POOL_IDX(type)-1]); \
    261 	STATIC_POOL_IDX(type)--
    262 #define	STATIC_POOL_ELEM_P(type, var) \
    263 	(&STATIC_POOL_NAME(type)[0] <= (var) && \
    264 	(var) < &STATIC_POOL_NAME(type)[__arraycount(STATIC_POOL_NAME(type))])
    265 
    266 static STATIC_POOL_DEFINE(bt_t, 3);
    267 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_t, 2);
    268 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_hashlist_t, 2);
    269 typedef struct pool_cache vmem_pool_cache_t; /* XXX */
    270 static STATIC_POOL_DEFINE(vmem_pool_cache_t, VMEM_QCACHE_IDX_MAX+1);
    271 
    272 /* ---- boundary tag */
    273 
    274 #if defined(_KERNEL)
    275 static struct pool_cache bt_cache;
    276 #endif /* defined(_KERNEL) */
    277 
    278 struct btpage_header {
    279 	LIST_ENTRY(btpage_header) bh_q;
    280 	int bh_nfree;
    281 	SLIST_HEAD(, vmem_btag) bh_freelist;
    282 	bt_t bh_bt[];
    283 };
    284 typedef struct btpage_header btpage_header_t;
    285 
    286 #define	BT_PER_PAGE \
    287 	((PAGE_SIZE - sizeof(btpage_header_t)) / sizeof(bt_t))
    288 
    289 static int
    290 btpage_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    291 {
    292 	vmem_addr_t va;
    293 
    294 	va = vmem_xalloc(vm, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, 0, 0, 0, 0,
    295 	    (flags & ~VM_FITMASK) | VM_INSTANTFIT | VM_BTPAGE);
    296 	if (va == 0) {
    297 		return ENOMEM;
    298 	}
    299 	return 0;
    300 }
    301 
    302 static void
    303 btpage_init(vmem_t *vm, struct vm_page *pg, vaddr_t va)
    304 {
    305 	btpage_header_t *bh;
    306 	int i;
    307 
    308 	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
    309 	KASSERT((va & PAGE_MASK) == 0);
    310 	pmap_kenter_pa(va, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE);
    311 	pmap_update(pmap_kernel());
    312 	bh = (void *)va;
    313 	SLIST_INIT(&bh->bh_freelist);
    314 	for (i = 0; i < BT_PER_PAGE; i++) {
    315 		SLIST_INSERT_HEAD(&bh->bh_freelist, &bh->bh_bt[i],
    316 		    bt_sfreelist);
    317 	}
    318 	LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_btpagelist, bh, bh_q);
    319 	bh->bh_nfree = BT_PER_PAGE;
    320 	vm->vm_freetags += bh->bh_nfree;
    321 }
    322 
    323 static void
    324 btpage_free(vmem_t *vm, btpage_header_t *bh)
    325 {
    326 
    327 	KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    328 	pmap_kremove((vaddr_t)bh, PAGE_SIZE);
    329 	pmap_update(pmap_kernel());
    330 	vmem_xfree(vm, (vmem_addr_t)bh, PAGE_SIZE);
    331 }
    332 
    333 static btpage_header_t *
    334 btpage_lookup(bt_t *bt)
    335 {
    336 
    337 	return (void *)trunc_page((vaddr_t)bt);
    338 }
    339 
    340 static bt_t *
    341 bt_alloc_bootstrap(vmem_t *vm)
    342 {
    343 	btpage_header_t *bh;
    344 	bt_t *bt;
    345 
    346 	KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    347 	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
    348 	bh = LIST_FIRST(&vm->vm_btpagelist);
    349 	if (__predict_false(bh == NULL)) {
    350 		STATIC_POOL_ALLOC(bt, bt_t);
    351 		return bt;
    352 	}
    353 	KASSERT(bh->bh_nfree > 0);
    354 	bt = SLIST_FIRST(&bh->bh_freelist);
    355 	KASSERT(bt != NULL);
    356 	SLIST_REMOVE_HEAD(&bh->bh_freelist, bt_sfreelist);
    357 	bh->bh_nfree--;
    358 	vm->vm_freetags--;
    359 	if (SLIST_EMPTY(&bh->bh_freelist)) {
    360 		KASSERT(bh->bh_nfree == 0);
    361 		LIST_REMOVE(bh, bh_q);
    362 	}
    363 	return bt;
    364 }
    365 
    366 #define	BT_MINRESERVE	1
    367 
    368 static bt_t *
    369 bt_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    370 {
    371 	bt_t *bt;
    372 
    373 #if defined(_KERNEL)
    374 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
    375 again:
    376 		VMEM_LOCK(vm);
    377 		if (vm->vm_freetags <= BT_MINRESERVE &&
    378 		    (flags & VM_BTPAGE) == 0) {
    379 			VMEM_UNLOCK(vm);
    380 			if (btpage_alloc(vm, flags)) {
    381 				return NULL;
    382 			}
    383 			goto again;
    384 		}
    385 		bt = bt_alloc_bootstrap(vm);
    386 		VMEM_UNLOCK(vm);
    387 	} else {
    388 		bt = pool_cache_get(&bt_cache,
    389 		    (flags & VM_SLEEP) != 0 ? PR_WAITOK : PR_NOWAIT);
    390 	}
    391 #else /* defined(_KERNEL) */
    392 	bt = malloc(sizeof *bt);
    393 #endif /* defined(_KERNEL) */
    394 
    395 	return bt;
    396 }
    397 
    398 static void
    399 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    400 {
    401 
    402 	KASSERT(bt != NULL);
    403 	KASSERT(!STATIC_POOL_ELEM_P(bt_t, bt));
    404 #if defined(_KERNEL)
    405 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
    406 		btpage_header_t *bh;
    407 
    408 		bh = btpage_lookup(bt);
    409 		VMEM_LOCK(vm);
    410 		if (SLIST_EMPTY(&bh->bh_freelist)) {
    411 			KASSERT(bh->bh_nfree == 0);
    412 			LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_btpagelist, bh, bh_q);
    413 		}
    414 		SLIST_INSERT_HEAD(&bh->bh_freelist, bt, bt_sfreelist);
    415 		bh->bh_nfree++;
    416 		vm->vm_freetags++;
    417 		if (vm->vm_freetags >= BT_PER_PAGE + BT_MINRESERVE &&
    418 		    bh->bh_nfree == BT_PER_PAGE) {
    419 			LIST_REMOVE(bh, bh_q);
    420 			vm->vm_freetags -= BT_PER_PAGE;
    421 			VMEM_UNLOCK(vm);
    422 			btpage_free(vm, bh);
    423 		} else {
    424 			VMEM_UNLOCK(vm);
    425 		}
    426 	} else {
    427 		pool_cache_put(&bt_cache, bt);
    428 	}
    429 #else /* defined(_KERNEL) */
    430 	free(bt);
    431 #endif /* defined(_KERNEL) */
    432 }
    433 
    434 /*
    435  * freelist[0] ... [1, 1]
    436  * freelist[1] ... [2, 3]
    437  * freelist[2] ... [4, 7]
    438  * freelist[3] ... [8, 15]
    439  *  :
    440  * freelist[n] ... [(1 << n), (1 << (n + 1)) - 1]
    441  *  :
    442  */
    443 
    444 static struct vmem_freelist *
    445 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    446 {
    447 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    448 	int idx;
    449 
    450 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    451 	KASSERT(size != 0);
    452 
    453 	idx = calc_order(qsize);
    454 	KASSERT(idx >= 0);
    455 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    456 
    457 	return &vm->vm_freelist[idx];
    458 }
    459 
    460 static struct vmem_freelist *
    461 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t strat)
    462 {
    463 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    464 	int idx;
    465 
    466 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    467 	KASSERT(size != 0);
    468 
    469 	idx = calc_order(qsize);
    470 	if (strat == VM_INSTANTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
    471 		idx++;
    472 		/* check too large request? */
    473 	}
    474 	KASSERT(idx >= 0);
    475 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    476 
    477 	return &vm->vm_freelist[idx];
    478 }
    479 
    480 /* ---- boundary tag hash */
    481 
    482 static vmem_hashlist_t *
    483 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    484 {
    485 	vmem_hashlist_t *list;
    486 	unsigned int hash;
    487 
    488 	hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), HASH32_BUF_INIT);
    489 	list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
    490 
    491 	return list;
    492 }
    493 
    494 static bt_t *
    495 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    496 {
    497 	vmem_hashlist_t *list;
    498 	bt_t *bt;
    499 
    500 	list = bt_hashhead(vm, addr);
    501 	LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
    502 		if (bt->bt_start == addr) {
    503 			break;
    504 		}
    505 	}
    506 
    507 	return bt;
    508 }
    509 
    510 static void
    511 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    512 {
    513 
    514 	KASSERT(vm->vm_nbusytag > 0);
    515 	vm->vm_nbusytag--;
    516 	LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
    517 }
    518 
    519 static void
    520 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    521 {
    522 	vmem_hashlist_t *list;
    523 
    524 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
    525 
    526 	list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
    527 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
    528 	vm->vm_nbusytag++;
    529 }
    530 
    531 /* ---- boundary tag list */
    532 
    533 static void
    534 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    535 {
    536 
    537 	CIRCLEQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    538 }
    539 
    540 static void
    541 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
    542 {
    543 
    544 	CIRCLEQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
    545 }
    546 
    547 static void
    548 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    549 {
    550 
    551 	CIRCLEQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    552 }
    553 
    554 static void
    555 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    556 {
    557 
    558 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
    559 
    560 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    561 }
    562 
    563 static void
    564 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    565 {
    566 	struct vmem_freelist *list;
    567 
    568 	list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
    569 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
    570 }
    571 
    572 /* ---- vmem internal functions */
    573 
    574 #if defined(_KERNEL)
    575 static kmutex_t vmem_list_lock;
    576 static LIST_HEAD(, vmem) vmem_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(vmem_list);
    577 #endif /* defined(_KERNEL) */
    578 
    579 #if defined(QCACHE)
    580 static inline vm_flag_t
    581 prf_to_vmf(int prflags)
    582 {
    583 	vm_flag_t vmflags;
    584 
    585 	KASSERT((prflags & ~(PR_LIMITFAIL | PR_WAITOK | PR_NOWAIT)) == 0);
    586 	if ((prflags & PR_WAITOK) != 0) {
    587 		vmflags = VM_SLEEP;
    588 	} else {
    589 		vmflags = VM_NOSLEEP;
    590 	}
    591 	return vmflags;
    592 }
    593 
    594 static inline int
    595 vmf_to_prf(vm_flag_t vmflags)
    596 {
    597 	int prflags;
    598 
    599 	if ((vmflags & VM_SLEEP) != 0) {
    600 		prflags = PR_WAITOK;
    601 	} else {
    602 		prflags = PR_NOWAIT;
    603 	}
    604 	return prflags;
    605 }
    606 
    607 static size_t
    608 qc_poolpage_size(size_t qcache_max)
    609 {
    610 	int i;
    611 
    612 	for (i = 0; ORDER2SIZE(i) <= qcache_max * 3; i++) {
    613 		/* nothing */
    614 	}
    615 	return ORDER2SIZE(i);
    616 }
    617 
    618 static void *
    619 qc_poolpage_alloc(struct pool *pool, int prflags)
    620 {
    621 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    622 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    623 
    624 	return (void *)vmem_alloc(vm, pool->pr_alloc->pa_pagesz,
    625 	    prf_to_vmf(prflags) | VM_INSTANTFIT);
    626 }
    627 
    628 static void
    629 qc_poolpage_free(struct pool *pool, void *addr)
    630 {
    631 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    632 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    633 
    634 	vmem_free(vm, (vmem_addr_t)addr, pool->pr_alloc->pa_pagesz);
    635 }
    636 
    637 static void
    638 qc_init(vmem_t *vm, size_t qcache_max, int ipl)
    639 {
    640 	qcache_t *prevqc;
    641 	struct pool_allocator *pa;
    642 	int qcache_idx_max;
    643 	int i;
    644 
    645 	KASSERT((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    646 	if (qcache_max > (VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift)) {
    647 		qcache_max = VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift;
    648 	}
    649 	vm->vm_qcache_max = qcache_max;
    650 	pa = &vm->vm_qcache_allocator;
    651 	memset(pa, 0, sizeof(*pa));
    652 	pa->pa_alloc = qc_poolpage_alloc;
    653 	pa->pa_free = qc_poolpage_free;
    654 	pa->pa_pagesz = qc_poolpage_size(qcache_max);
    655 
    656 	qcache_idx_max = qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    657 	prevqc = NULL;
    658 	for (i = qcache_idx_max; i > 0; i--) {
    659 		qcache_t *qc = &vm->vm_qcache_store[i - 1];
    660 		size_t size = i << vm->vm_quantum_shift;
    661 		pool_cache_t pc;
    662 
    663 		qc->qc_vmem = vm;
    664 		snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
    665 		    vm->vm_name, size);
    666 		if (!kmem_running_p()) {
    667 			STATIC_POOL_ALLOC(pc, vmem_pool_cache_t);
    668 			pool_cache_bootstrap(pc, size,
    669 			    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    670 			    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH /* XXX */,
    671 			    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    672 		} else {
    673 			pc = pool_cache_init(size,
    674 			    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    675 			    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH /* XXX */,
    676 			    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    677 		}
    678 		qc->qc_cache = pc;
    679 		if (prevqc != NULL &&
    680 		    qc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage ==
    681 		    prevqc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage) {
    682 			if (!kmem_running_p()) {
    683 				pool_cache_bootstrap_destroy(pc);
    684 				STATIC_POOL_FREE(vmem_pool_cache_t, pc);
    685 			} else {
    686 				pool_cache_destroy(pc);
    687 			}
    688 			vm->vm_qcache[i - 1] = prevqc;
    689 			continue;
    690 		}
    691 		qc->qc_cache->pc_pool.pr_qcache = qc;
    692 		vm->vm_qcache[i - 1] = qc;
    693 		prevqc = qc;
    694 	}
    695 }
    696 
    697 static void
    698 qc_destroy(vmem_t *vm)
    699 {
    700 	const qcache_t *prevqc;
    701 	int i;
    702 	int qcache_idx_max;
    703 
    704 	KASSERT(!vmem_bootstrap_p(vm));
    705 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    706 	prevqc = NULL;
    707 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    708 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    709 
    710 		if (prevqc == qc) {
    711 			continue;
    712 		}
    713 		pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    714 		prevqc = qc;
    715 	}
    716 }
    717 
    718 static bool
    719 qc_reap(vmem_t *vm)
    720 {
    721 	const qcache_t *prevqc;
    722 	int i;
    723 	int qcache_idx_max;
    724 	bool didsomething = false;
    725 
    726 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    727 	prevqc = NULL;
    728 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    729 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    730 
    731 		if (prevqc == qc) {
    732 			continue;
    733 		}
    734 		if (pool_cache_reclaim(qc->qc_cache) != 0) {
    735 			didsomething = true;
    736 		}
    737 		prevqc = qc;
    738 	}
    739 
    740 	return didsomething;
    741 }
    742 #endif /* defined(QCACHE) */
    743 
    744 #if defined(_KERNEL)
    745 static int
    746 vmem_init(void)
    747 {
    748 
    749 	mutex_init(&vmem_list_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_NONE);
    750 	pool_cache_bootstrap(&bt_cache, sizeof(bt_t), 0, 0, 0, "vmembt",
    751 	    NULL, IPL_VM, NULL, NULL, NULL);
    752 	return 0;
    753 }
    754 #endif /* defined(_KERNEL) */
    755 
    756 static vmem_addr_t
    757 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags,
    758     int spanbttype)
    759 {
    760 	bt_t *btspan;
    761 	bt_t *btfree;
    762 
    763 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    764 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    765 
    766 	if ((flags & VMC_KVA) != 0) {
    767 		KASSERT(vmem_bootstrap_p(vm));
    768 		KASSERT(CIRCLEQ_EMPTY(&vm->vm_seglist));
    769 		STATIC_POOL_ALLOC(btspan, bt_t);
    770 		STATIC_POOL_ALLOC(btfree, bt_t);
    771 	} else {
    772 		btspan = bt_alloc(vm, flags);
    773 		if (btspan == NULL) {
    774 			return VMEM_ADDR_NULL;
    775 		}
    776 		btfree = bt_alloc(vm, flags);
    777 		if (btfree == NULL) {
    778 			bt_free(vm, btspan);
    779 			return VMEM_ADDR_NULL;
    780 		}
    781 	}
    782 
    783 	btspan->bt_type = spanbttype;
    784 	btspan->bt_start = addr;
    785 	btspan->bt_size = size;
    786 
    787 	btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
    788 	btfree->bt_start = addr;
    789 	btfree->bt_size = size;
    790 
    791 	VMEM_LOCK(vm);
    792 	bt_insseg_tail(vm, btspan);
    793 	bt_insseg(vm, btfree, btspan);
    794 	bt_insfree(vm, btfree);
    795 	VMEM_UNLOCK(vm);
    796 
    797 	if ((flags & VMC_KVA) != 0) {
    798 		bt_t *bt;
    799 
    800 		/*
    801 		 * leak a bt.
    802 		 * this ensure that
    803 		 */
    804 
    805 		bt = bt_alloc(vm, VM_NOSLEEP);
    806 		KASSERT(bt != NULL);
    807 
    808 		/*
    809 		 * don't leave "btfree" on the segment list because
    810 		 * bt_free() doesn't expect static tags.
    811 		 */
    812 
    813 		bt = bt_alloc(vm, flags);
    814 		VMEM_LOCK(vm);
    815 		KASSERT(vm->vm_nbusytag == 1);
    816 		bt->bt_start = btfree->bt_start;
    817 		bt->bt_size = btfree->bt_size;
    818 		bt->bt_type = btfree->bt_type;
    819 		bt_insfree(vm, bt);
    820 		bt_insseg(vm, bt, btfree);
    821 		bt_remseg(vm, btfree);
    822 		bt_remfree(vm, btfree);
    823 		VMEM_UNLOCK(vm);
    824 	}
    825 
    826 	return addr;
    827 }
    828 
    829 static void
    830 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
    831 {
    832 
    833 	KASSERT(!vmem_bootstrap_p(vm));
    834 
    835 #if defined(QCACHE)
    836 	qc_destroy(vm);
    837 #endif /* defined(QCACHE) */
    838 	if (vm->vm_hashlist != NULL) {
    839 		int i;
    840 
    841 		for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
    842 			bt_t *bt;
    843 
    844 			while ((bt = LIST_FIRST(&vm->vm_hashlist[i])) != NULL) {
    845 				KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    846 				bt_free(vm, bt);
    847 			}
    848 		}
    849 		xfree(vm->vm_hashlist,
    850 		    sizeof(vmem_hashlist_t *) * vm->vm_hashsize);
    851 	}
    852 	VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
    853 	xfree(vm, sizeof(*vm));
    854 }
    855 
    856 static int
    857 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
    858 {
    859 	vmem_addr_t addr;
    860 
    861 	if (vm->vm_allocfn == NULL) {
    862 		return EINVAL;
    863 	}
    864 
    865 	addr = (*vm->vm_allocfn)(vm->vm_source, size, &size, flags);
    866 	if (addr == VMEM_ADDR_NULL) {
    867 		return ENOMEM;
    868 	}
    869 
    870 	if (vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN) == VMEM_ADDR_NULL) {
    871 		(*vm->vm_freefn)(vm->vm_source, addr, size);
    872 		return ENOMEM;
    873 	}
    874 
    875 	return 0;
    876 }
    877 
    878 static int
    879 vmem_rehash(vmem_t *vm, size_t newhashsize, vm_flag_t flags)
    880 {
    881 	bt_t *bt;
    882 	int i;
    883 	vmem_hashlist_t *newhashlist;
    884 	vmem_hashlist_t *oldhashlist;
    885 	size_t oldhashsize;
    886 
    887 	KASSERT(newhashsize > 0);
    888 
    889 	newhashlist = xmalloc(sizeof(vmem_hashlist_t *) * newhashsize, flags);
    890 	if (newhashlist == NULL) {
    891 		return ENOMEM;
    892 	}
    893 	for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
    894 		LIST_INIT(&newhashlist[i]);
    895 	}
    896 
    897 	if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
    898 		xfree(newhashlist, sizeof(vmem_hashlist_t *) * newhashsize);
    899 		return EBUSY;
    900 	}
    901 	oldhashlist = vm->vm_hashlist;
    902 	oldhashsize = vm->vm_hashsize;
    903 	vm->vm_hashlist = newhashlist;
    904 	vm->vm_hashsize = newhashsize;
    905 	if (oldhashlist == NULL) {
    906 		VMEM_UNLOCK(vm);
    907 		return 0;
    908 	}
    909 	for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
    910 		while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
    911 			bt_rembusy(vm, bt); /* XXX */
    912 			bt_insbusy(vm, bt);
    913 		}
    914 	}
    915 	VMEM_UNLOCK(vm);
    916 
    917 	if (!STATIC_POOL_ELEM_P(vmem_hashlist_t, oldhashlist)) {
    918 		xfree(oldhashlist, sizeof(vmem_hashlist_t *) * oldhashsize);
    919 	}
    920 
    921 	return 0;
    922 }
    923 
    924 /*
    925  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
    926  */
    927 
    928 static vmem_addr_t
    929 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align, vmem_size_t phase,
    930     vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr)
    931 {
    932 	vmem_addr_t start;
    933 	vmem_addr_t end;
    934 
    935 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
    936 
    937 	/*
    938 	 * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
    939 	 * unsigned integer of the same size.
    940 	 */
    941 
    942 	start = bt->bt_start;
    943 	if (start < minaddr) {
    944 		start = minaddr;
    945 	}
    946 	end = BT_END(bt);
    947 	if (end > maxaddr - 1) {
    948 		end = maxaddr - 1;
    949 	}
    950 	if (start >= end) {
    951 		return VMEM_ADDR_NULL;
    952 	}
    953 
    954 	start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
    955 	if (start < bt->bt_start) {
    956 		start += align;
    957 	}
    958 	if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
    959 		KASSERT(align < nocross);
    960 		start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
    961 	}
    962 	if (start < end && end - start >= size) {
    963 		KASSERT((start & (align - 1)) == phase);
    964 		KASSERT(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
    965 		KASSERT(minaddr <= start);
    966 		KASSERT(maxaddr == 0 || start + size <= maxaddr);
    967 		KASSERT(bt->bt_start <= start);
    968 		KASSERT(start + size <= BT_END(bt));
    969 		return start;
    970 	}
    971 	return VMEM_ADDR_NULL;
    972 }
    973 
    974 /* ---- vmem API */
    975 
    976 /*
    977  * vmem_create: create an arena.
    978  *
    979  * => must not be called from interrupt context.
    980  */
    981 
    982 vmem_t *
    983 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    984     vmem_size_t quantum,
    985     vmem_addr_t (*allocfn)(vmem_t *, vmem_size_t, vmem_size_t *, vm_flag_t),
    986     void (*freefn)(vmem_t *, vmem_addr_t, vmem_size_t),
    987     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags,
    988     int ipl)
    989 {
    990 	vmem_t *vm;
    991 	int i;
    992 #if defined(_KERNEL)
    993 	static ONCE_DECL(control);
    994 #endif /* defined(_KERNEL) */
    995 
    996 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    997 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    998 
    999 #if defined(_KERNEL)
   1000 	if (RUN_ONCE(&control, vmem_init)) {
   1001 		return NULL;
   1002 	}
   1003 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1004 	if ((flags & (VMC_KVA|VMC_KMEM)) != 0) {
   1005 		STATIC_POOL_ALLOC(vm, vmem_t);
   1006 	} else {
   1007 		vm = xmalloc(sizeof(*vm), flags);
   1008 		if (vm == NULL) {
   1009 			return NULL;
   1010 		}
   1011 	}
   1012 
   1013 	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl);
   1014 	vm->vm_name = name;
   1015 	vm->vm_flags = flags;
   1016 	vm->vm_freetags = 0;
   1017 	vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
   1018 	vm->vm_quantum_shift = calc_order(quantum);
   1019 	KASSERT(ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift) == quantum);
   1020 	vm->vm_allocfn = allocfn;
   1021 	vm->vm_freefn = freefn;
   1022 	vm->vm_source = source;
   1023 	vm->vm_nbusytag = 0;
   1024 #if defined(QCACHE)
   1025 	qc_init(vm, qcache_max, ipl);
   1026 #endif /* defined(QCACHE) */
   1027 
   1028 	CIRCLEQ_INIT(&vm->vm_seglist);
   1029 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1030 		LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
   1031 	}
   1032 	vm->vm_hashlist = NULL;
   1033 	if ((flags & (VMC_KVA|VMC_KMEM)) != 0) {
   1034 		STATIC_POOL_ALLOC(vm->vm_hashlist, vmem_hashlist_t);
   1035 		LIST_INIT(&vm->vm_hashlist[0]);
   1036 		vm->vm_hashsize = 1;
   1037 	} else if (vmem_rehash(vm, VMEM_HASHSIZE_INIT, flags)) {
   1038 		vmem_destroy1(vm);
   1039 		return NULL;
   1040 	}
   1041 
   1042 	if (size != 0) {
   1043 		if (vmem_add(vm, base, size, flags) == 0) {
   1044 			vmem_destroy1(vm);
   1045 			return NULL;
   1046 		}
   1047 	}
   1048 
   1049 #if defined(_KERNEL)
   1050 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1051 	LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
   1052 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1053 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1054 
   1055 #if 0
   1056 	if (vmem_bootstrap_p(vm)) {
   1057 		vmem_rehash(vm, VMEM_HASHSIZE_INIT, flags);
   1058 	}
   1059 #endif
   1060 
   1061 	return vm;
   1062 }
   1063 
   1064 void
   1065 vmem_destroy(vmem_t *vm)
   1066 {
   1067 
   1068 #if defined(_KERNEL)
   1069 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1070 	LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
   1071 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1072 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1073 
   1074 	vmem_destroy1(vm);
   1075 }
   1076 
   1077 vmem_size_t
   1078 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
   1079 {
   1080 
   1081 	return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
   1082 }
   1083 
   1084 /*
   1085  * vmem_alloc:
   1086  *
   1087  * => caller must ensure appropriate spl,
   1088  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1089  */
   1090 
   1091 vmem_addr_t
   1092 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size0, vm_flag_t flags)
   1093 {
   1094 	const vmem_size_t size __unused = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1095 	const vm_flag_t strat __unused = flags & VM_FITMASK;
   1096 
   1097 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1098 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1099 
   1100 	KASSERT(size0 > 0);
   1101 	KASSERT(size > 0);
   1102 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1103 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1104 		ASSERT_SLEEPABLE(NULL, __func__);
   1105 	}
   1106 
   1107 #if defined(QCACHE)
   1108 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1109 		int qidx = size >> vm->vm_quantum_shift;
   1110 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1111 
   1112 		return (vmem_addr_t)pool_cache_get(qc->qc_cache,
   1113 		    vmf_to_prf(flags));
   1114 	}
   1115 #endif /* defined(QCACHE) */
   1116 
   1117 	return vmem_xalloc(vm, size0, 0, 0, 0, 0, 0, flags);
   1118 }
   1119 
   1120 vmem_addr_t
   1121 vmem_xalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size0, vmem_size_t align, vmem_size_t phase,
   1122     vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr,
   1123     vm_flag_t flags)
   1124 {
   1125 	struct vmem_freelist *list;
   1126 	struct vmem_freelist *first;
   1127 	struct vmem_freelist *end;
   1128 	bt_t *bt;
   1129 	bt_t *btnew;
   1130 	bt_t *btnew2;
   1131 	const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1132 	vm_flag_t strat = flags & VM_FITMASK;
   1133 	vmem_addr_t start;
   1134 	struct vm_page *pg;
   1135 
   1136 	KASSERT(size0 > 0);
   1137 	KASSERT(size > 0);
   1138 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1139 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1140 		ASSERT_SLEEPABLE(NULL, __func__);
   1141 	}
   1142 	KASSERT((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1143 	KASSERT((align & (align - 1)) == 0);
   1144 	KASSERT((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1145 	KASSERT((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1146 	KASSERT((nocross & (nocross - 1)) == 0);
   1147 	KASSERT((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
   1148 	KASSERT(nocross == 0 || nocross >= size);
   1149 	KASSERT(maxaddr == 0 || minaddr < maxaddr);
   1150 	KASSERT(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
   1151 
   1152 	if (align == 0) {
   1153 		align = vm->vm_quantum_mask + 1;
   1154 	}
   1155 	pg = NULL;
   1156 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1157 		KASSERT(size == PAGE_SIZE);
   1158 		KASSERT(align == PAGE_SIZE);
   1159 		while (pg == NULL) {
   1160 			pg = uvm_pagealloc(NULL, 0, NULL, 0);
   1161 			if (pg == NULL) {
   1162 				if ((flags & VM_NOSLEEP) != 0) {
   1163 					return ENOMEM;
   1164 				}
   1165 				uvm_wait("btpage");
   1166 			}
   1167 		}
   1168 		btnew = NULL; /* XXX: gcc */
   1169 		btnew2 = NULL;
   1170 	} else {
   1171 		btnew = bt_alloc(vm, flags);
   1172 		if (btnew == NULL) {
   1173 			return VMEM_ADDR_NULL;
   1174 		}
   1175 		/* XXX not necessary if no restrictions */
   1176 		btnew2 = bt_alloc(vm, flags);
   1177 		if (btnew2 == NULL) {
   1178 			bt_free(vm, btnew);
   1179 			return VMEM_ADDR_NULL;
   1180 		}
   1181 	}
   1182 
   1183 retry_strat:
   1184 	first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
   1185 	end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
   1186 retry:
   1187 	bt = NULL;
   1188 	VMEM_LOCK(vm);
   1189 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1190 		for (list = first; list < end; list++) {
   1191 			bt = LIST_FIRST(list);
   1192 			if (bt != NULL) {
   1193 				start = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1194 				    nocross, minaddr, maxaddr);
   1195 				if (start != VMEM_ADDR_NULL) {
   1196 					goto gotit;
   1197 				}
   1198 			}
   1199 		}
   1200 	} else { /* VM_BESTFIT */
   1201 		for (list = first; list < end; list++) {
   1202 			LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
   1203 				if (bt->bt_size >= size) {
   1204 					start = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1205 					    nocross, minaddr, maxaddr);
   1206 					if (start != VMEM_ADDR_NULL) {
   1207 						goto gotit;
   1208 					}
   1209 				}
   1210 			}
   1211 		}
   1212 	}
   1213 	VMEM_UNLOCK(vm);
   1214 #if 1
   1215 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1216 		strat = VM_BESTFIT;
   1217 		goto retry_strat;
   1218 	}
   1219 #endif
   1220 	if (align != vm->vm_quantum_mask + 1 || phase != 0 ||
   1221 	    nocross != 0 || minaddr != 0 || maxaddr != 0) {
   1222 
   1223 		/*
   1224 		 * XXX should try to import a region large enough to
   1225 		 * satisfy restrictions?
   1226 		 */
   1227 
   1228 		goto fail;
   1229 	}
   1230 	if (vmem_import(vm, size, flags) == 0) {
   1231 		goto retry;
   1232 	}
   1233 	/* XXX */
   1234 fail:
   1235 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1236 		uvm_pagefree(pg);
   1237 	} else {
   1238 		bt_free(vm, btnew);
   1239 		bt_free(vm, btnew2);
   1240 	}
   1241 	return VMEM_ADDR_NULL;
   1242 
   1243 gotit:
   1244 #if defined(PMAP_GROWKERNEL)
   1245 	if ((vm->vm_flags & VMC_KVA) != 0) {
   1246 		uvm_growkernel(start + size);
   1247 	}
   1248 #endif /* defined(PMAP_GROWKERNEL) */
   1249 	if ((flags & VM_BTPAGE) != 0) {
   1250 		vaddr_t va = (vaddr_t)start;
   1251 
   1252 		KASSERT(bt->bt_start == start);
   1253 		btnew = bt_alloc_bootstrap(vm);
   1254 		btpage_init(vm, pg, va);
   1255 	}
   1256 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
   1257 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
   1258 	bt_remfree(vm, bt);
   1259 	if (bt->bt_start != start) {
   1260 		btnew2->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1261 		btnew2->bt_start = bt->bt_start;
   1262 		btnew2->bt_size = start - bt->bt_start;
   1263 		bt->bt_start = start;
   1264 		bt->bt_size -= btnew2->bt_size;
   1265 		bt_insfree(vm, btnew2);
   1266 		bt_insseg(vm, btnew2, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1267 		btnew2 = NULL;
   1268 	}
   1269 	KASSERT(bt->bt_start == start);
   1270 	if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
   1271 		/* split */
   1272 		btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1273 		btnew->bt_start = bt->bt_start;
   1274 		btnew->bt_size = size;
   1275 		bt->bt_start = bt->bt_start + size;
   1276 		bt->bt_size -= size;
   1277 		bt_insfree(vm, bt);
   1278 		bt_insseg(vm, btnew, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1279 		bt_insbusy(vm, btnew);
   1280 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1281 	} else {
   1282 		bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1283 		bt_insbusy(vm, bt);
   1284 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1285 		bt_free(vm, btnew);
   1286 		btnew = bt;
   1287 	}
   1288 	if (btnew2 != NULL) {
   1289 		bt_free(vm, btnew2);
   1290 	}
   1291 	KASSERT(btnew->bt_size >= size);
   1292 	btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1293 
   1294 	return btnew->bt_start;
   1295 }
   1296 
   1297 /*
   1298  * vmem_free:
   1299  *
   1300  * => caller must ensure appropriate spl,
   1301  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1302  */
   1303 
   1304 void
   1305 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1306 {
   1307 
   1308 	KASSERT(addr != VMEM_ADDR_NULL);
   1309 	KASSERT(size > 0);
   1310 
   1311 #if defined(QCACHE)
   1312 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1313 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1314 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1315 
   1316 		return pool_cache_put(qc->qc_cache, (void *)addr);
   1317 	}
   1318 #endif /* defined(QCACHE) */
   1319 
   1320 	vmem_xfree(vm, addr, size);
   1321 }
   1322 
   1323 void
   1324 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1325 {
   1326 	bt_t *bt;
   1327 	bt_t *t;
   1328 	SLIST_HEAD(, vmem_btag) tofree;
   1329 
   1330 	KASSERT(addr != VMEM_ADDR_NULL);
   1331 	KASSERT(size > 0);
   1332 
   1333 	SLIST_INIT(&tofree);
   1334 
   1335 	VMEM_LOCK(vm);
   1336 
   1337 	bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
   1338 	KASSERT(bt != NULL);
   1339 	KASSERT(bt->bt_start == addr);
   1340 	KASSERT(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
   1341 	    bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
   1342 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1343 	bt_rembusy(vm, bt);
   1344 	bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1345 
   1346 	/* coalesce */
   1347 	t = CIRCLEQ_NEXT(bt, bt_seglist);
   1348 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1349 		KASSERT(BT_END(bt) == t->bt_start);
   1350 		bt_remfree(vm, t);
   1351 		bt_remseg(vm, t);
   1352 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1353 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1354 	}
   1355 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1356 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1357 		KASSERT(BT_END(t) == bt->bt_start);
   1358 		bt_remfree(vm, t);
   1359 		bt_remseg(vm, t);
   1360 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1361 		bt->bt_start = t->bt_start;
   1362 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1363 	}
   1364 
   1365 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1366 	KASSERT(t != NULL);
   1367 	KASSERT(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1368 	if (vm->vm_freefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
   1369 	    t->bt_size == bt->bt_size) {
   1370 		vmem_addr_t spanaddr;
   1371 		vmem_size_t spansize;
   1372 
   1373 		KASSERT(t->bt_start == bt->bt_start);
   1374 		spanaddr = bt->bt_start;
   1375 		spansize = bt->bt_size;
   1376 		bt_remseg(vm, bt);
   1377 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, bt, bt_tmplist);
   1378 		bt_remseg(vm, t);
   1379 		SLIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_tmplist);
   1380 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1381 		(*vm->vm_freefn)(vm->vm_source, spanaddr, spansize);
   1382 	} else {
   1383 		bt_insfree(vm, bt);
   1384 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1385 	}
   1386 	while ((t = SLIST_FIRST(&tofree)) != NULL) {
   1387 		SLIST_REMOVE_HEAD(&tofree, bt_tmplist);
   1388 		bt_free(vm, t);
   1389 	}
   1390 }
   1391 
   1392 /*
   1393  * vmem_add:
   1394  *
   1395  * => caller must ensure appropriate spl,
   1396  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1397  */
   1398 
   1399 vmem_addr_t
   1400 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
   1401 {
   1402 
   1403 	return vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
   1404 }
   1405 
   1406 /*
   1407  * vmem_reap: reap unused resources.
   1408  *
   1409  * => return true if we successfully reaped something.
   1410  */
   1411 
   1412 bool
   1413 vmem_reap(vmem_t *vm)
   1414 {
   1415 	bool didsomething = false;
   1416 
   1417 #if defined(QCACHE)
   1418 	didsomething = qc_reap(vm);
   1419 #endif /* defined(QCACHE) */
   1420 	return didsomething;
   1421 }
   1422 
   1423 /* ---- rehash */
   1424 
   1425 #if defined(_KERNEL)
   1426 static struct callout vmem_rehash_ch;
   1427 static int vmem_rehash_interval;
   1428 static struct workqueue *vmem_rehash_wq;
   1429 static struct work vmem_rehash_wk;
   1430 
   1431 static void
   1432 vmem_rehash_all(struct work *wk, void *dummy)
   1433 {
   1434 	vmem_t *vm;
   1435 
   1436 	KASSERT(wk == &vmem_rehash_wk);
   1437 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1438 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1439 		size_t desired;
   1440 		size_t current;
   1441 
   1442 		if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
   1443 			continue;
   1444 		}
   1445 		desired = vm->vm_nbusytag;
   1446 		current = vm->vm_hashsize;
   1447 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1448 
   1449 		if (desired > VMEM_HASHSIZE_MAX) {
   1450 			desired = VMEM_HASHSIZE_MAX;
   1451 		} else if (desired < VMEM_HASHSIZE_MIN) {
   1452 			desired = VMEM_HASHSIZE_MIN;
   1453 		}
   1454 		if (desired > current * 2 || desired * 2 < current) {
   1455 			vmem_rehash(vm, desired, VM_NOSLEEP);
   1456 		}
   1457 	}
   1458 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1459 
   1460 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1461 }
   1462 
   1463 static void
   1464 vmem_rehash_all_kick(void *dummy)
   1465 {
   1466 
   1467 	workqueue_enqueue(vmem_rehash_wq, &vmem_rehash_wk, NULL);
   1468 }
   1469 
   1470 void
   1471 vmem_rehash_start(void)
   1472 {
   1473 	int error;
   1474 
   1475 	error = workqueue_create(&vmem_rehash_wq, "vmem_rehash",
   1476 	    vmem_rehash_all, NULL, PRI_VM, IPL_SOFTCLOCK, 0);
   1477 	if (error) {
   1478 		panic("%s: workqueue_create %d\n", __func__, error);
   1479 	}
   1480 	callout_init(&vmem_rehash_ch, 0);
   1481 	callout_setfunc(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_all_kick, NULL);
   1482 
   1483 	vmem_rehash_interval = hz * 10;
   1484 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1485 }
   1486 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1487 
   1488 /* ---- debug */
   1489 
   1490 #if defined(DDB)
   1491 static bt_t *
   1492 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, uintptr_t addr)
   1493 {
   1494 	int i;
   1495 
   1496 	for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
   1497 		bt_t *bt;
   1498 
   1499 		LIST_FOREACH(bt, &vm->vm_hashlist[i], bt_hashlist) {
   1500 			if (bt->bt_start <= addr && addr < BT_END(bt)) {
   1501 				return bt;
   1502 			}
   1503 		}
   1504 	}
   1505 
   1506 	return NULL;
   1507 }
   1508 
   1509 void
   1510 vmem_whatis(uintptr_t addr, void (*pr)(const char *, ...))
   1511 {
   1512 	vmem_t *vm;
   1513 
   1514 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1515 		bt_t *bt;
   1516 
   1517 		bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
   1518 		if (bt == NULL) {
   1519 			continue;
   1520 		}
   1521 		(*pr)("%p is %p+%zu from VMEM '%s'\n",
   1522 		    (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
   1523 		    (size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name);
   1524 	}
   1525 }
   1526 #endif /* defined(DDB) */
   1527 
   1528 #if defined(VMEM_DEBUG)
   1529 
   1530 #if !defined(_KERNEL)
   1531 #include <stdio.h>
   1532 #endif /* !defined(_KERNEL) */
   1533 
   1534 void bt_dump(const bt_t *);
   1535 
   1536 void
   1537 bt_dump(const bt_t *bt)
   1538 {
   1539 
   1540 	printf("\t%p: %" PRIu64 "(0x%" PRIx64 "), %" PRIu64 "(0x%" PRIx64
   1541 	    "), %d\n",
   1542 	    bt,
   1543 	    (uint64_t)bt->bt_start, (uint64_t)bt->bt_start,
   1544 	    (uint64_t)bt->bt_size, (uint64_t)bt->bt_size,
   1545 	    bt->bt_type);
   1546 }
   1547 
   1548 void
   1549 vmem_dump_seglist(const vmem_t *vm)
   1550 {
   1551 	const bt_t *bt;
   1552 
   1553 	printf("vmem %p '%s' SEGLIST\n", vm, vm->vm_name);
   1554 
   1555 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1556 		bt_dump(bt);
   1557 	}
   1558 }
   1559 
   1560 void
   1561 vmem_dump_freelist(const vmem_t *vm)
   1562 {
   1563 	const bt_t *bt;
   1564 	int i;
   1565 
   1566 	printf("vmem %p '%s' FREELIST\n", vm, vm->vm_name);
   1567 
   1568 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1569 		const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
   1570 
   1571 		if (LIST_EMPTY(fl)) {
   1572 			continue;
   1573 		}
   1574 
   1575 		printf("freelist[%d]\n", i);
   1576 		LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
   1577 			bt_dump(bt);
   1578 		}
   1579 	}
   1580 }
   1581 
   1582 #if defined(QCACHE)
   1583 void
   1584 vmem_dump_qc(const vmem_t *vm)
   1585 {
   1586 	int qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
   1587 	int i;
   1588 	const qcache_t *prevqc;
   1589 
   1590 	printf("qcache_max=%zu\n", vm->vm_qcache_max);
   1591 
   1592 	prevqc = NULL;
   1593 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
   1594 		const qcache_t *qc;
   1595 
   1596 		qc = vm->vm_qcache[i];
   1597 		if (prevqc != qc) {
   1598 			printf("CACHE[%d] (%zu-) %p\n",
   1599 			    i, (size_t)i << vm->vm_quantum_shift, qc->qc_cache);
   1600 		}
   1601 		prevqc = qc;
   1602 	}
   1603 }
   1604 #endif /* defined(QCACHE) */
   1605 
   1606 void
   1607 vmem_dump(const vmem_t *vm)
   1608 {
   1609 
   1610 	printf("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
   1611 	vmem_dump_seglist(vm);
   1612 	vmem_dump_freelist(vm);
   1613 #if defined(QCACHE)
   1614 	vmem_dump_qc(vm);
   1615 #endif /* defined(QCACHE) */
   1616 }
   1617 
   1618 #if !defined(_KERNEL)
   1619 
   1620 int
   1621 main()
   1622 {
   1623 	vmem_t *vm;
   1624 	vmem_addr_t p;
   1625 	struct reg {
   1626 		vmem_addr_t p;
   1627 		vmem_size_t sz;
   1628 		bool x;
   1629 	} *reg = NULL;
   1630 	int nreg = 0;
   1631 	int nalloc = 0;
   1632 	int nfree = 0;
   1633 	vmem_size_t total = 0;
   1634 #if 1
   1635 	vm_flag_t strat = VM_INSTANTFIT;
   1636 #else
   1637 	vm_flag_t strat = VM_BESTFIT;
   1638 #endif
   1639 
   1640 	vm = vmem_create("test", VMEM_ADDR_NULL, 0, 1,
   1641 	    NULL, NULL, NULL, 0, VM_SLEEP);
   1642 	if (vm == NULL) {
   1643 		printf("vmem_create\n");
   1644 		exit(EXIT_FAILURE);
   1645 	}
   1646 	vmem_dump(vm);
   1647 
   1648 	p = vmem_add(vm, 100, 200, VM_SLEEP);
   1649 	p = vmem_add(vm, 2000, 1, VM_SLEEP);
   1650 	p = vmem_add(vm, 40000, 0x10000000>>12, VM_SLEEP);
   1651 	p = vmem_add(vm, 10000, 10000, VM_SLEEP);
   1652 	p = vmem_add(vm, 500, 1000, VM_SLEEP);
   1653 	vmem_dump(vm);
   1654 	for (;;) {
   1655 		struct reg *r;
   1656 		int t = rand() % 100;
   1657 
   1658 		if (t > 45) {
   1659 			/* alloc */
   1660 			vmem_size_t sz = rand() % 500 + 1;
   1661 			bool x;
   1662 			vmem_size_t align, phase, nocross;
   1663 			vmem_addr_t minaddr, maxaddr;
   1664 
   1665 			if (t > 70) {
   1666 				x = true;
   1667 				/* XXX */
   1668 				align = 1 << (rand() % 15);
   1669 				phase = rand() % 65536;
   1670 				nocross = 1 << (rand() % 15);
   1671 				if (align <= phase) {
   1672 					phase = 0;
   1673 				}
   1674 				if (VMEM_CROSS_P(phase, phase + sz - 1,
   1675 				    nocross)) {
   1676 					nocross = 0;
   1677 				}
   1678 				minaddr = rand() % 50000;
   1679 				maxaddr = rand() % 70000;
   1680 				if (minaddr > maxaddr) {
   1681 					minaddr = 0;
   1682 					maxaddr = 0;
   1683 				}
   1684 				printf("=== xalloc %" PRIu64
   1685 				    " align=%" PRIu64 ", phase=%" PRIu64
   1686 				    ", nocross=%" PRIu64 ", min=%" PRIu64
   1687 				    ", max=%" PRIu64 "\n",
   1688 				    (uint64_t)sz,
   1689 				    (uint64_t)align,
   1690 				    (uint64_t)phase,
   1691 				    (uint64_t)nocross,
   1692 				    (uint64_t)minaddr,
   1693 				    (uint64_t)maxaddr);
   1694 				p = vmem_xalloc(vm, sz, align, phase, nocross,
   1695 				    minaddr, maxaddr, strat|VM_SLEEP);
   1696 			} else {
   1697 				x = false;
   1698 				printf("=== alloc %" PRIu64 "\n", (uint64_t)sz);
   1699 				p = vmem_alloc(vm, sz, strat|VM_SLEEP);
   1700 			}
   1701 			printf("-> %" PRIu64 "\n", (uint64_t)p);
   1702 			vmem_dump(vm);
   1703 			if (p == VMEM_ADDR_NULL) {
   1704 				if (x) {
   1705 					continue;
   1706 				}
   1707 				break;
   1708 			}
   1709 			nreg++;
   1710 			reg = realloc(reg, sizeof(*reg) * nreg);
   1711 			r = &reg[nreg - 1];
   1712 			r->p = p;
   1713 			r->sz = sz;
   1714 			r->x = x;
   1715 			total += sz;
   1716 			nalloc++;
   1717 		} else if (nreg != 0) {
   1718 			/* free */
   1719 			r = &reg[rand() % nreg];
   1720 			printf("=== free %" PRIu64 ", %" PRIu64 "\n",
   1721 			    (uint64_t)r->p, (uint64_t)r->sz);
   1722 			if (r->x) {
   1723 				vmem_xfree(vm, r->p, r->sz);
   1724 			} else {
   1725 				vmem_free(vm, r->p, r->sz);
   1726 			}
   1727 			total -= r->sz;
   1728 			vmem_dump(vm);
   1729 			*r = reg[nreg - 1];
   1730 			nreg--;
   1731 			nfree++;
   1732 		}
   1733 		printf("total=%" PRIu64 "\n", (uint64_t)total);
   1734 	}
   1735 	fprintf(stderr, "total=%" PRIu64 ", nalloc=%d, nfree=%d\n",
   1736 	    (uint64_t)total, nalloc, nfree);
   1737 	exit(EXIT_SUCCESS);
   1738 }
   1739 #endif /* !defined(_KERNEL) */
   1740 #endif /* defined(VMEM_DEBUG) */
   1741