Home | History | Annotate | Line # | Download | only in kern
subr_vmem.c revision 1.80
      1 /*	$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.80 2013/01/29 21:26:24 para Exp $	*/
      2 
      3 /*-
      4  * Copyright (c)2006,2007,2008,2009 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 
     36 #include <sys/cdefs.h>
     37 __KERNEL_RCSID(0, "$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.80 2013/01/29 21:26:24 para Exp $");
     38 
     39 #if defined(_KERNEL)
     40 #include "opt_ddb.h"
     41 #endif /* defined(_KERNEL) */
     42 
     43 #include <sys/param.h>
     44 #include <sys/hash.h>
     45 #include <sys/queue.h>
     46 #include <sys/bitops.h>
     47 
     48 #if defined(_KERNEL)
     49 #include <sys/systm.h>
     50 #include <sys/kernel.h>	/* hz */
     51 #include <sys/callout.h>
     52 #include <sys/kmem.h>
     53 #include <sys/pool.h>
     54 #include <sys/vmem.h>
     55 #include <sys/vmem_impl.h>
     56 #include <sys/workqueue.h>
     57 #include <sys/atomic.h>
     58 #include <uvm/uvm.h>
     59 #include <uvm/uvm_extern.h>
     60 #include <uvm/uvm_km.h>
     61 #include <uvm/uvm_page.h>
     62 #include <uvm/uvm_pdaemon.h>
     63 #else /* defined(_KERNEL) */
     64 #include <stdio.h>
     65 #include <errno.h>
     66 #include <assert.h>
     67 #include <stdlib.h>
     68 #include <string.h>
     69 #include "../sys/vmem.h"
     70 #include "../sys/vmem_impl.h"
     71 #endif /* defined(_KERNEL) */
     72 
     73 
     74 #if defined(_KERNEL)
     75 #include <sys/evcnt.h>
     76 #define VMEM_EVCNT_DEFINE(name) \
     77 struct evcnt vmem_evcnt_##name = EVCNT_INITIALIZER(EVCNT_TYPE_MISC, NULL, \
     78     "vmemev", #name); \
     79 EVCNT_ATTACH_STATIC(vmem_evcnt_##name);
     80 #define VMEM_EVCNT_INCR(ev)	vmem_evcnt_##ev.ev_count++
     81 #define VMEM_EVCNT_DECR(ev)	vmem_evcnt_##ev.ev_count--
     82 
     83 VMEM_EVCNT_DEFINE(bt_pages)
     84 VMEM_EVCNT_DEFINE(bt_count)
     85 VMEM_EVCNT_DEFINE(bt_inuse)
     86 
     87 #define	VMEM_CONDVAR_INIT(vm, wchan)	cv_init(&vm->vm_cv, wchan)
     88 #define	VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm)	cv_destroy(&vm->vm_cv)
     89 #define	VMEM_CONDVAR_WAIT(vm)		cv_wait(&vm->vm_cv, &vm->vm_lock)
     90 #define	VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm)	cv_broadcast(&vm->vm_cv)
     91 
     92 #else /* defined(_KERNEL) */
     93 
     94 #define VMEM_EVCNT_INCR(ev)	/* nothing */
     95 #define VMEM_EVCNT_DECR(ev)	/* nothing */
     96 
     97 #define	VMEM_CONDVAR_INIT(vm, wchan)	/* nothing */
     98 #define	VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm)	/* nothing */
     99 #define	VMEM_CONDVAR_WAIT(vm)		/* nothing */
    100 #define	VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm)	/* nothing */
    101 
    102 #define	UNITTEST
    103 #define	KASSERT(a)		assert(a)
    104 #define	mutex_init(a, b, c)	/* nothing */
    105 #define	mutex_destroy(a)	/* nothing */
    106 #define	mutex_enter(a)		/* nothing */
    107 #define	mutex_tryenter(a)	true
    108 #define	mutex_exit(a)		/* nothing */
    109 #define	mutex_owned(a)		/* nothing */
    110 #define	ASSERT_SLEEPABLE()	/* nothing */
    111 #define	panic(...)		printf(__VA_ARGS__); abort()
    112 #endif /* defined(_KERNEL) */
    113 
    114 #if defined(VMEM_SANITY)
    115 static void vmem_check(vmem_t *);
    116 #else /* defined(VMEM_SANITY) */
    117 #define vmem_check(vm)	/* nothing */
    118 #endif /* defined(VMEM_SANITY) */
    119 
    120 #define	VMEM_HASHSIZE_MIN	1	/* XXX */
    121 #define	VMEM_HASHSIZE_MAX	65536	/* XXX */
    122 #define	VMEM_HASHSIZE_INIT	1
    123 
    124 #define	VM_FITMASK	(VM_BESTFIT | VM_INSTANTFIT)
    125 
    126 #if defined(_KERNEL)
    127 static bool vmem_bootstrapped = false;
    128 static kmutex_t vmem_list_lock;
    129 static LIST_HEAD(, vmem) vmem_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(vmem_list);
    130 #endif /* defined(_KERNEL) */
    131 
    132 /* ---- misc */
    133 
    134 #define	VMEM_LOCK(vm)		mutex_enter(&vm->vm_lock)
    135 #define	VMEM_TRYLOCK(vm)	mutex_tryenter(&vm->vm_lock)
    136 #define	VMEM_UNLOCK(vm)		mutex_exit(&vm->vm_lock)
    137 #define	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl)	mutex_init(&vm->vm_lock, MUTEX_DEFAULT, ipl)
    138 #define	VMEM_LOCK_DESTROY(vm)	mutex_destroy(&vm->vm_lock)
    139 #define	VMEM_ASSERT_LOCKED(vm)	KASSERT(mutex_owned(&vm->vm_lock))
    140 
    141 #define	VMEM_ALIGNUP(addr, align) \
    142 	(-(-(addr) & -(align)))
    143 
    144 #define	VMEM_CROSS_P(addr1, addr2, boundary) \
    145 	((((addr1) ^ (addr2)) & -(boundary)) != 0)
    146 
    147 #define	ORDER2SIZE(order)	((vmem_size_t)1 << (order))
    148 #define	SIZE2ORDER(size)	((int)ilog2(size))
    149 
    150 #if !defined(_KERNEL)
    151 #define	xmalloc(sz, flags)	malloc(sz)
    152 #define	xfree(p, sz)		free(p)
    153 #define	bt_alloc(vm, flags)	malloc(sizeof(bt_t))
    154 #define	bt_free(vm, bt)		free(bt)
    155 #else /* defined(_KERNEL) */
    156 
    157 #define	xmalloc(sz, flags) \
    158     kmem_alloc(sz, ((flags) & VM_SLEEP) ? KM_SLEEP : KM_NOSLEEP);
    159 #define	xfree(p, sz)		kmem_free(p, sz);
    160 
    161 /*
    162  * BT_RESERVE calculation:
    163  * we allocate memory for boundry tags with vmem, therefor we have
    164  * to keep a reserve of bts used to allocated memory for bts.
    165  * This reserve is 4 for each arena involved in allocating vmems memory.
    166  * BT_MAXFREE: don't cache excessive counts of bts in arenas
    167  */
    168 #define STATIC_BT_COUNT 200
    169 #define BT_MINRESERVE 4
    170 #define BT_MAXFREE 64
    171 
    172 static struct vmem_btag static_bts[STATIC_BT_COUNT];
    173 static int static_bt_count = STATIC_BT_COUNT;
    174 
    175 static struct vmem kmem_va_meta_arena_store;
    176 vmem_t *kmem_va_meta_arena;
    177 static struct vmem kmem_meta_arena_store;
    178 vmem_t *kmem_meta_arena;
    179 
    180 static kmutex_t vmem_refill_lock;
    181 static kmutex_t vmem_btag_lock;
    182 static LIST_HEAD(, vmem_btag) vmem_btag_freelist;
    183 static size_t vmem_btag_freelist_count = 0;
    184 static size_t vmem_btag_count = STATIC_BT_COUNT;
    185 
    186 /* ---- boundary tag */
    187 
    188 #define	BT_PER_PAGE	(PAGE_SIZE / sizeof(bt_t))
    189 
    190 static int bt_refill(vmem_t *vm, vm_flag_t flags);
    191 
    192 static int
    193 bt_refillglobal(vm_flag_t flags)
    194 {
    195 	vmem_addr_t va;
    196 	bt_t *btp;
    197 	bt_t *bt;
    198 	int i;
    199 
    200 	mutex_enter(&vmem_refill_lock);
    201 
    202 	mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    203 	if (vmem_btag_freelist_count > 0) {
    204 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    205 		mutex_exit(&vmem_refill_lock);
    206 		return 0;
    207 	} else {
    208 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    209 	}
    210 
    211 	if (vmem_alloc(kmem_meta_arena, PAGE_SIZE,
    212 	    (flags & ~VM_FITMASK) | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING, &va) != 0) {
    213 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    214 		mutex_exit(&vmem_refill_lock);
    215 		return ENOMEM;
    216 	}
    217 	VMEM_EVCNT_INCR(bt_pages);
    218 
    219 	mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    220 	btp = (void *) va;
    221 	for (i = 0; i < (BT_PER_PAGE); i++) {
    222 		bt = btp;
    223 		memset(bt, 0, sizeof(*bt));
    224 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt,
    225 		    bt_freelist);
    226 		vmem_btag_freelist_count++;
    227 		vmem_btag_count++;
    228 		VMEM_EVCNT_INCR(bt_count);
    229 		btp++;
    230 	}
    231 	mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    232 
    233 	bt_refill(kmem_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    234 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    235 	bt_refill(kmem_va_meta_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    236 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    237 	bt_refill(kmem_meta_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    238 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    239 
    240 	mutex_exit(&vmem_refill_lock);
    241 
    242 	return 0;
    243 }
    244 
    245 static int
    246 bt_refill(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    247 {
    248 	bt_t *bt;
    249 
    250 	if (!(flags & VM_POPULATING)) {
    251 		bt_refillglobal(flags);
    252 	}
    253 
    254 	VMEM_LOCK(vm);
    255 	mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    256 	while (!LIST_EMPTY(&vmem_btag_freelist) &&
    257 	    vm->vm_nfreetags <= BT_MINRESERVE) {
    258 		bt = LIST_FIRST(&vmem_btag_freelist);
    259 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    260 		LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
    261 		vm->vm_nfreetags++;
    262 		vmem_btag_freelist_count--;
    263 	}
    264 	mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    265 
    266 	if (vm->vm_nfreetags == 0) {
    267 		VMEM_UNLOCK(vm);
    268 		return ENOMEM;
    269 	}
    270 	VMEM_UNLOCK(vm);
    271 
    272 	return 0;
    273 }
    274 
    275 static inline bt_t *
    276 bt_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    277 {
    278 	bt_t *bt;
    279 again:
    280 	VMEM_LOCK(vm);
    281 	if (vm->vm_nfreetags <= BT_MINRESERVE &&
    282 	    (flags & VM_POPULATING) == 0) {
    283 		VMEM_UNLOCK(vm);
    284 		if (bt_refill(vm, VM_NOSLEEP | VM_INSTANTFIT)) {
    285 			return NULL;
    286 		}
    287 		goto again;
    288 	}
    289 	bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    290 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    291 	vm->vm_nfreetags--;
    292 	VMEM_UNLOCK(vm);
    293 	VMEM_EVCNT_INCR(bt_inuse);
    294 
    295 	return bt;
    296 }
    297 
    298 static inline void
    299 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    300 {
    301 
    302 	VMEM_LOCK(vm);
    303 	LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
    304 	vm->vm_nfreetags++;
    305 	while (vm->vm_nfreetags > BT_MAXFREE) {
    306 		bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    307 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    308 		vm->vm_nfreetags--;
    309 		mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    310 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    311 		vmem_btag_freelist_count++;
    312 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    313 	}
    314 	VMEM_UNLOCK(vm);
    315 	VMEM_EVCNT_DECR(bt_inuse);
    316 }
    317 
    318 #endif	/* defined(_KERNEL) */
    319 
    320 /*
    321  * freelist[0] ... [1, 1]
    322  * freelist[1] ... [2, 3]
    323  * freelist[2] ... [4, 7]
    324  * freelist[3] ... [8, 15]
    325  *  :
    326  * freelist[n] ... [(1 << n), (1 << (n + 1)) - 1]
    327  *  :
    328  */
    329 
    330 static struct vmem_freelist *
    331 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    332 {
    333 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    334 	const int idx = SIZE2ORDER(qsize);
    335 
    336 	KASSERT(size != 0 && qsize != 0);
    337 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    338 	KASSERT(idx >= 0);
    339 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    340 
    341 	return &vm->vm_freelist[idx];
    342 }
    343 
    344 /*
    345  * bt_freehead_toalloc: return the freelist for the given size and allocation
    346  * strategy.
    347  *
    348  * for VM_INSTANTFIT, return the list in which any blocks are large enough
    349  * for the requested size.  otherwise, return the list which can have blocks
    350  * large enough for the requested size.
    351  */
    352 
    353 static struct vmem_freelist *
    354 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t strat)
    355 {
    356 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    357 	int idx = SIZE2ORDER(qsize);
    358 
    359 	KASSERT(size != 0 && qsize != 0);
    360 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    361 
    362 	if (strat == VM_INSTANTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
    363 		idx++;
    364 		/* check too large request? */
    365 	}
    366 	KASSERT(idx >= 0);
    367 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    368 
    369 	return &vm->vm_freelist[idx];
    370 }
    371 
    372 /* ---- boundary tag hash */
    373 
    374 static struct vmem_hashlist *
    375 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    376 {
    377 	struct vmem_hashlist *list;
    378 	unsigned int hash;
    379 
    380 	hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), HASH32_BUF_INIT);
    381 	list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
    382 
    383 	return list;
    384 }
    385 
    386 static bt_t *
    387 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    388 {
    389 	struct vmem_hashlist *list;
    390 	bt_t *bt;
    391 
    392 	list = bt_hashhead(vm, addr);
    393 	LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
    394 		if (bt->bt_start == addr) {
    395 			break;
    396 		}
    397 	}
    398 
    399 	return bt;
    400 }
    401 
    402 static void
    403 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    404 {
    405 
    406 	KASSERT(vm->vm_nbusytag > 0);
    407 	vm->vm_inuse -= bt->bt_size;
    408 	vm->vm_nbusytag--;
    409 	LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
    410 }
    411 
    412 static void
    413 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    414 {
    415 	struct vmem_hashlist *list;
    416 
    417 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
    418 
    419 	list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
    420 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
    421 	vm->vm_nbusytag++;
    422 	vm->vm_inuse += bt->bt_size;
    423 }
    424 
    425 /* ---- boundary tag list */
    426 
    427 static void
    428 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    429 {
    430 
    431 	CIRCLEQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    432 }
    433 
    434 static void
    435 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
    436 {
    437 
    438 	CIRCLEQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
    439 }
    440 
    441 static void
    442 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    443 {
    444 
    445 	CIRCLEQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    446 }
    447 
    448 static void
    449 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    450 {
    451 
    452 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
    453 
    454 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    455 }
    456 
    457 static void
    458 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    459 {
    460 	struct vmem_freelist *list;
    461 
    462 	list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
    463 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
    464 }
    465 
    466 /* ---- vmem internal functions */
    467 
    468 #if defined(QCACHE)
    469 static inline vm_flag_t
    470 prf_to_vmf(int prflags)
    471 {
    472 	vm_flag_t vmflags;
    473 
    474 	KASSERT((prflags & ~(PR_LIMITFAIL | PR_WAITOK | PR_NOWAIT)) == 0);
    475 	if ((prflags & PR_WAITOK) != 0) {
    476 		vmflags = VM_SLEEP;
    477 	} else {
    478 		vmflags = VM_NOSLEEP;
    479 	}
    480 	return vmflags;
    481 }
    482 
    483 static inline int
    484 vmf_to_prf(vm_flag_t vmflags)
    485 {
    486 	int prflags;
    487 
    488 	if ((vmflags & VM_SLEEP) != 0) {
    489 		prflags = PR_WAITOK;
    490 	} else {
    491 		prflags = PR_NOWAIT;
    492 	}
    493 	return prflags;
    494 }
    495 
    496 static size_t
    497 qc_poolpage_size(size_t qcache_max)
    498 {
    499 	int i;
    500 
    501 	for (i = 0; ORDER2SIZE(i) <= qcache_max * 3; i++) {
    502 		/* nothing */
    503 	}
    504 	return ORDER2SIZE(i);
    505 }
    506 
    507 static void *
    508 qc_poolpage_alloc(struct pool *pool, int prflags)
    509 {
    510 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    511 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    512 	vmem_addr_t addr;
    513 
    514 	if (vmem_alloc(vm, pool->pr_alloc->pa_pagesz,
    515 	    prf_to_vmf(prflags) | VM_INSTANTFIT, &addr) != 0)
    516 		return NULL;
    517 	return (void *)addr;
    518 }
    519 
    520 static void
    521 qc_poolpage_free(struct pool *pool, void *addr)
    522 {
    523 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    524 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    525 
    526 	vmem_free(vm, (vmem_addr_t)addr, pool->pr_alloc->pa_pagesz);
    527 }
    528 
    529 static void
    530 qc_init(vmem_t *vm, size_t qcache_max, int ipl)
    531 {
    532 	qcache_t *prevqc;
    533 	struct pool_allocator *pa;
    534 	int qcache_idx_max;
    535 	int i;
    536 
    537 	KASSERT((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    538 	if (qcache_max > (VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift)) {
    539 		qcache_max = VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift;
    540 	}
    541 	vm->vm_qcache_max = qcache_max;
    542 	pa = &vm->vm_qcache_allocator;
    543 	memset(pa, 0, sizeof(*pa));
    544 	pa->pa_alloc = qc_poolpage_alloc;
    545 	pa->pa_free = qc_poolpage_free;
    546 	pa->pa_pagesz = qc_poolpage_size(qcache_max);
    547 
    548 	qcache_idx_max = qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    549 	prevqc = NULL;
    550 	for (i = qcache_idx_max; i > 0; i--) {
    551 		qcache_t *qc = &vm->vm_qcache_store[i - 1];
    552 		size_t size = i << vm->vm_quantum_shift;
    553 		pool_cache_t pc;
    554 
    555 		qc->qc_vmem = vm;
    556 		snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
    557 		    vm->vm_name, size);
    558 
    559 		pc = pool_cache_init(size,
    560 		    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    561 		    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH | PR_RECURSIVE /* XXX */,
    562 		    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    563 
    564 		KASSERT(pc);
    565 
    566 		qc->qc_cache = pc;
    567 		KASSERT(qc->qc_cache != NULL);	/* XXX */
    568 		if (prevqc != NULL &&
    569 		    qc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage ==
    570 		    prevqc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage) {
    571 			pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    572 			vm->vm_qcache[i - 1] = prevqc;
    573 			continue;
    574 		}
    575 		qc->qc_cache->pc_pool.pr_qcache = qc;
    576 		vm->vm_qcache[i - 1] = qc;
    577 		prevqc = qc;
    578 	}
    579 }
    580 
    581 static void
    582 qc_destroy(vmem_t *vm)
    583 {
    584 	const qcache_t *prevqc;
    585 	int i;
    586 	int qcache_idx_max;
    587 
    588 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    589 	prevqc = NULL;
    590 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    591 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    592 
    593 		if (prevqc == qc) {
    594 			continue;
    595 		}
    596 		pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    597 		prevqc = qc;
    598 	}
    599 }
    600 #endif
    601 
    602 #if defined(_KERNEL)
    603 static void
    604 vmem_bootstrap(void)
    605 {
    606 
    607 	mutex_init(&vmem_list_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    608 	mutex_init(&vmem_refill_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    609 	mutex_init(&vmem_btag_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    610 
    611 	while (static_bt_count-- > 0) {
    612 		bt_t *bt = &static_bts[static_bt_count];
    613 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    614 		VMEM_EVCNT_INCR(bt_count);
    615 		vmem_btag_freelist_count++;
    616 	}
    617 	vmem_bootstrapped = TRUE;
    618 }
    619 
    620 void
    621 vmem_subsystem_init(vmem_t *vm)
    622 {
    623 
    624 	kmem_va_meta_arena = vmem_init(&kmem_va_meta_arena_store, "vmem-va",
    625 	    0, 0, PAGE_SIZE, vmem_alloc, vmem_free, vm,
    626 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP | VM_LARGEIMPORT,
    627 	    IPL_VM);
    628 
    629 	kmem_meta_arena = vmem_init(&kmem_meta_arena_store, "vmem-meta",
    630 	    0, 0, PAGE_SIZE,
    631 	    uvm_km_kmem_alloc, uvm_km_kmem_free, kmem_va_meta_arena,
    632 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP, IPL_VM);
    633 }
    634 #endif /* defined(_KERNEL) */
    635 
    636 static int
    637 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags,
    638     int spanbttype)
    639 {
    640 	bt_t *btspan;
    641 	bt_t *btfree;
    642 
    643 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    644 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    645 	KASSERT(spanbttype == BT_TYPE_SPAN ||
    646 	    spanbttype == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    647 
    648 	btspan = bt_alloc(vm, flags);
    649 	if (btspan == NULL) {
    650 		return ENOMEM;
    651 	}
    652 	btfree = bt_alloc(vm, flags);
    653 	if (btfree == NULL) {
    654 		bt_free(vm, btspan);
    655 		return ENOMEM;
    656 	}
    657 
    658 	btspan->bt_type = spanbttype;
    659 	btspan->bt_start = addr;
    660 	btspan->bt_size = size;
    661 
    662 	btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
    663 	btfree->bt_start = addr;
    664 	btfree->bt_size = size;
    665 
    666 	VMEM_LOCK(vm);
    667 	bt_insseg_tail(vm, btspan);
    668 	bt_insseg(vm, btfree, btspan);
    669 	bt_insfree(vm, btfree);
    670 	vm->vm_size += size;
    671 	VMEM_UNLOCK(vm);
    672 
    673 	return 0;
    674 }
    675 
    676 static void
    677 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
    678 {
    679 
    680 #if defined(QCACHE)
    681 	qc_destroy(vm);
    682 #endif /* defined(QCACHE) */
    683 	if (vm->vm_hashlist != NULL) {
    684 		int i;
    685 
    686 		for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
    687 			bt_t *bt;
    688 
    689 			while ((bt = LIST_FIRST(&vm->vm_hashlist[i])) != NULL) {
    690 				KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    691 				bt_free(vm, bt);
    692 			}
    693 		}
    694 		if (vm->vm_hashlist != &vm->vm_hash0) {
    695 			xfree(vm->vm_hashlist,
    696 			    sizeof(struct vmem_hashlist *) * vm->vm_hashsize);
    697 		}
    698 	}
    699 
    700 	while (vm->vm_nfreetags > 0) {
    701 		bt_t *bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    702 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    703 		vm->vm_nfreetags--;
    704 		mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    705 #if defined (_KERNEL)
    706 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    707 		vmem_btag_freelist_count++;
    708 #endif /* defined(_KERNEL) */
    709 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    710 	}
    711 
    712 	VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
    713 	VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
    714 	xfree(vm, sizeof(*vm));
    715 }
    716 
    717 static int
    718 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
    719 {
    720 	vmem_addr_t addr;
    721 	int rc;
    722 
    723 	if (vm->vm_importfn == NULL) {
    724 		return EINVAL;
    725 	}
    726 
    727 	if (vm->vm_flags & VM_LARGEIMPORT) {
    728 		size *= 16;
    729 	}
    730 
    731 	if (vm->vm_flags & VM_XIMPORT) {
    732 		rc = ((vmem_ximport_t *)vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size,
    733 		    &size, flags, &addr);
    734 	} else {
    735 		rc = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
    736 	}
    737 	if (rc) {
    738 		return ENOMEM;
    739 	}
    740 
    741 	if (vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN) != 0) {
    742 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, addr, size);
    743 		return ENOMEM;
    744 	}
    745 
    746 	return 0;
    747 }
    748 
    749 static int
    750 vmem_rehash(vmem_t *vm, size_t newhashsize, vm_flag_t flags)
    751 {
    752 	bt_t *bt;
    753 	int i;
    754 	struct vmem_hashlist *newhashlist;
    755 	struct vmem_hashlist *oldhashlist;
    756 	size_t oldhashsize;
    757 
    758 	KASSERT(newhashsize > 0);
    759 
    760 	newhashlist =
    761 	    xmalloc(sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize, flags);
    762 	if (newhashlist == NULL) {
    763 		return ENOMEM;
    764 	}
    765 	for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
    766 		LIST_INIT(&newhashlist[i]);
    767 	}
    768 
    769 	if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
    770 		xfree(newhashlist,
    771 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize);
    772 		return EBUSY;
    773 	}
    774 	oldhashlist = vm->vm_hashlist;
    775 	oldhashsize = vm->vm_hashsize;
    776 	vm->vm_hashlist = newhashlist;
    777 	vm->vm_hashsize = newhashsize;
    778 	if (oldhashlist == NULL) {
    779 		VMEM_UNLOCK(vm);
    780 		return 0;
    781 	}
    782 	for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
    783 		while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
    784 			bt_rembusy(vm, bt); /* XXX */
    785 			bt_insbusy(vm, bt);
    786 		}
    787 	}
    788 	VMEM_UNLOCK(vm);
    789 
    790 	if (oldhashlist != &vm->vm_hash0) {
    791 		xfree(oldhashlist,
    792 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * oldhashsize);
    793 	}
    794 
    795 	return 0;
    796 }
    797 
    798 /*
    799  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
    800  *
    801  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
    802  * before calling us.
    803  */
    804 
    805 static int
    806 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
    807     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross,
    808     vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
    809 {
    810 	vmem_addr_t start;
    811 	vmem_addr_t end;
    812 
    813 	KASSERT(size > 0);
    814 	KASSERT(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
    815 
    816 	/*
    817 	 * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
    818 	 * unsigned integer of the same size.
    819 	 */
    820 
    821 	start = bt->bt_start;
    822 	if (start < minaddr) {
    823 		start = minaddr;
    824 	}
    825 	end = BT_END(bt);
    826 	if (end > maxaddr) {
    827 		end = maxaddr;
    828 	}
    829 	if (start > end) {
    830 		return ENOMEM;
    831 	}
    832 
    833 	start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
    834 	if (start < bt->bt_start) {
    835 		start += align;
    836 	}
    837 	if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
    838 		KASSERT(align < nocross);
    839 		start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
    840 	}
    841 	if (start <= end && end - start >= size - 1) {
    842 		KASSERT((start & (align - 1)) == phase);
    843 		KASSERT(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
    844 		KASSERT(minaddr <= start);
    845 		KASSERT(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
    846 		KASSERT(bt->bt_start <= start);
    847 		KASSERT(BT_END(bt) - start >= size - 1);
    848 		*addrp = start;
    849 		return 0;
    850 	}
    851 	return ENOMEM;
    852 }
    853 
    854 /* ---- vmem API */
    855 
    856 /*
    857  * vmem_create_internal: creates a vmem arena.
    858  */
    859 
    860 vmem_t *
    861 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name,
    862     vmem_addr_t base, vmem_size_t size, vmem_size_t quantum,
    863     vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    864     vmem_t *arg, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    865 {
    866 	int i;
    867 
    868 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    869 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    870 	KASSERT(quantum > 0);
    871 
    872 #if defined(_KERNEL)
    873 	/* XXX: SMP, we get called early... */
    874 	if (!vmem_bootstrapped) {
    875 		vmem_bootstrap();
    876 	}
    877 #endif /* defined(_KERNEL) */
    878 
    879 	if (vm == NULL) {
    880 		vm = xmalloc(sizeof(*vm), flags);
    881 	}
    882 	if (vm == NULL) {
    883 		return NULL;
    884 	}
    885 
    886 	VMEM_CONDVAR_INIT(vm, "vmem");
    887 	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl);
    888 	vm->vm_flags = flags;
    889 	vm->vm_nfreetags = 0;
    890 	LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
    891 	strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
    892 	vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
    893 	vm->vm_quantum_shift = SIZE2ORDER(quantum);
    894 	KASSERT(ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift) == quantum);
    895 	vm->vm_importfn = importfn;
    896 	vm->vm_releasefn = releasefn;
    897 	vm->vm_arg = arg;
    898 	vm->vm_nbusytag = 0;
    899 	vm->vm_size = 0;
    900 	vm->vm_inuse = 0;
    901 #if defined(QCACHE)
    902 	qc_init(vm, qcache_max, ipl);
    903 #endif /* defined(QCACHE) */
    904 
    905 	CIRCLEQ_INIT(&vm->vm_seglist);
    906 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
    907 		LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
    908 	}
    909 	memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(struct vmem_hashlist));
    910 	vm->vm_hashsize = 1;
    911 	vm->vm_hashlist = &vm->vm_hash0;
    912 
    913 	if (size != 0) {
    914 		if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
    915 			vmem_destroy1(vm);
    916 			return NULL;
    917 		}
    918 	}
    919 
    920 #if defined(_KERNEL)
    921 	if (flags & VM_BOOTSTRAP) {
    922 		bt_refill(vm, VM_NOSLEEP);
    923 	}
    924 
    925 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    926 	LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
    927 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    928 #endif /* defined(_KERNEL) */
    929 
    930 	return vm;
    931 }
    932 
    933 
    934 
    935 /*
    936  * vmem_create: create an arena.
    937  *
    938  * => must not be called from interrupt context.
    939  */
    940 
    941 vmem_t *
    942 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    943     vmem_size_t quantum, vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    944     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    945 {
    946 
    947 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    948 
    949 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    950 	    importfn, releasefn, source, qcache_max, flags, ipl);
    951 }
    952 
    953 /*
    954  * vmem_xcreate: create an arena takes alternative import func.
    955  *
    956  * => must not be called from interrupt context.
    957  */
    958 
    959 vmem_t *
    960 vmem_xcreate(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    961     vmem_size_t quantum, vmem_ximport_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    962     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    963 {
    964 
    965 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    966 
    967 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    968 	    (vmem_import_t *)importfn, releasefn, source,
    969 	    qcache_max, flags | VM_XIMPORT, ipl);
    970 }
    971 
    972 void
    973 vmem_destroy(vmem_t *vm)
    974 {
    975 
    976 #if defined(_KERNEL)
    977 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    978 	LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
    979 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    980 #endif /* defined(_KERNEL) */
    981 
    982 	vmem_destroy1(vm);
    983 }
    984 
    985 vmem_size_t
    986 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    987 {
    988 
    989 	return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
    990 }
    991 
    992 /*
    993  * vmem_alloc:
    994  *
    995  * => caller must ensure appropriate spl,
    996  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
    997  */
    998 
    999 int
   1000 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags, vmem_addr_t *addrp)
   1001 {
   1002 	const vm_flag_t strat __unused = flags & VM_FITMASK;
   1003 
   1004 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1005 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1006 
   1007 	KASSERT(size > 0);
   1008 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1009 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1010 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1011 	}
   1012 
   1013 #if defined(QCACHE)
   1014 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1015 		void *p;
   1016 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1017 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1018 
   1019 		p = pool_cache_get(qc->qc_cache, vmf_to_prf(flags));
   1020 		if (addrp != NULL)
   1021 			*addrp = (vmem_addr_t)p;
   1022 		return (p == NULL) ? ENOMEM : 0;
   1023 	}
   1024 #endif /* defined(QCACHE) */
   1025 
   1026 	return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
   1027 	    flags, addrp);
   1028 }
   1029 
   1030 int
   1031 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
   1032     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
   1033     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, const vm_flag_t flags,
   1034     vmem_addr_t *addrp)
   1035 {
   1036 	struct vmem_freelist *list;
   1037 	struct vmem_freelist *first;
   1038 	struct vmem_freelist *end;
   1039 	bt_t *bt;
   1040 	bt_t *btnew;
   1041 	bt_t *btnew2;
   1042 	const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1043 	vm_flag_t strat = flags & VM_FITMASK;
   1044 	vmem_addr_t start;
   1045 	int rc;
   1046 
   1047 	KASSERT(size0 > 0);
   1048 	KASSERT(size > 0);
   1049 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1050 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1051 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1052 	}
   1053 	KASSERT((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1054 	KASSERT((align & (align - 1)) == 0);
   1055 	KASSERT((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1056 	KASSERT((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1057 	KASSERT((nocross & (nocross - 1)) == 0);
   1058 	KASSERT((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
   1059 	KASSERT(nocross == 0 || nocross >= size);
   1060 	KASSERT(minaddr <= maxaddr);
   1061 	KASSERT(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
   1062 
   1063 	if (align == 0) {
   1064 		align = vm->vm_quantum_mask + 1;
   1065 	}
   1066 
   1067 	/*
   1068 	 * allocate boundary tags before acquiring the vmem lock.
   1069 	 */
   1070 	btnew = bt_alloc(vm, flags);
   1071 	if (btnew == NULL) {
   1072 		return ENOMEM;
   1073 	}
   1074 	btnew2 = bt_alloc(vm, flags); /* XXX not necessary if no restrictions */
   1075 	if (btnew2 == NULL) {
   1076 		bt_free(vm, btnew);
   1077 		return ENOMEM;
   1078 	}
   1079 
   1080 	/*
   1081 	 * choose a free block from which we allocate.
   1082 	 */
   1083 retry_strat:
   1084 	first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
   1085 	end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
   1086 retry:
   1087 	bt = NULL;
   1088 	VMEM_LOCK(vm);
   1089 	vmem_check(vm);
   1090 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1091 		/*
   1092 		 * just choose the first block which satisfies our restrictions.
   1093 		 *
   1094 		 * note that we don't need to check the size of the blocks
   1095 		 * because any blocks found on these list should be larger than
   1096 		 * the given size.
   1097 		 */
   1098 		for (list = first; list < end; list++) {
   1099 			bt = LIST_FIRST(list);
   1100 			if (bt != NULL) {
   1101 				rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1102 				    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1103 				if (rc == 0) {
   1104 					goto gotit;
   1105 				}
   1106 				/*
   1107 				 * don't bother to follow the bt_freelist link
   1108 				 * here.  the list can be very long and we are
   1109 				 * told to run fast.  blocks from the later free
   1110 				 * lists are larger and have better chances to
   1111 				 * satisfy our restrictions.
   1112 				 */
   1113 			}
   1114 		}
   1115 	} else { /* VM_BESTFIT */
   1116 		/*
   1117 		 * we assume that, for space efficiency, it's better to
   1118 		 * allocate from a smaller block.  thus we will start searching
   1119 		 * from the lower-order list than VM_INSTANTFIT.
   1120 		 * however, don't bother to find the smallest block in a free
   1121 		 * list because the list can be very long.  we can revisit it
   1122 		 * if/when it turns out to be a problem.
   1123 		 *
   1124 		 * note that the 'first' list can contain blocks smaller than
   1125 		 * the requested size.  thus we need to check bt_size.
   1126 		 */
   1127 		for (list = first; list < end; list++) {
   1128 			LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
   1129 				if (bt->bt_size >= size) {
   1130 					rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1131 					    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1132 					if (rc == 0) {
   1133 						goto gotit;
   1134 					}
   1135 				}
   1136 			}
   1137 		}
   1138 	}
   1139 	VMEM_UNLOCK(vm);
   1140 #if 1
   1141 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1142 		strat = VM_BESTFIT;
   1143 		goto retry_strat;
   1144 	}
   1145 #endif
   1146 	if (align != vm->vm_quantum_mask + 1 || phase != 0 || nocross != 0) {
   1147 
   1148 		/*
   1149 		 * XXX should try to import a region large enough to
   1150 		 * satisfy restrictions?
   1151 		 */
   1152 
   1153 		goto fail;
   1154 	}
   1155 	/* XXX eeek, minaddr & maxaddr not respected */
   1156 	if (vmem_import(vm, size, flags) == 0) {
   1157 		goto retry;
   1158 	}
   1159 	/* XXX */
   1160 
   1161 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1162 #if defined(_KERNEL) && !defined(_RUMPKERNEL)
   1163 		mutex_spin_enter(&uvm_fpageqlock);
   1164 		uvm_kick_pdaemon();
   1165 		mutex_spin_exit(&uvm_fpageqlock);
   1166 #endif
   1167 		VMEM_LOCK(vm);
   1168 		VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
   1169 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1170 		goto retry;
   1171 	}
   1172 fail:
   1173 	bt_free(vm, btnew);
   1174 	bt_free(vm, btnew2);
   1175 	return ENOMEM;
   1176 
   1177 gotit:
   1178 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
   1179 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
   1180 	bt_remfree(vm, bt);
   1181 	vmem_check(vm);
   1182 	if (bt->bt_start != start) {
   1183 		btnew2->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1184 		btnew2->bt_start = bt->bt_start;
   1185 		btnew2->bt_size = start - bt->bt_start;
   1186 		bt->bt_start = start;
   1187 		bt->bt_size -= btnew2->bt_size;
   1188 		bt_insfree(vm, btnew2);
   1189 		bt_insseg(vm, btnew2, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1190 		btnew2 = NULL;
   1191 		vmem_check(vm);
   1192 	}
   1193 	KASSERT(bt->bt_start == start);
   1194 	if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
   1195 		/* split */
   1196 		btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1197 		btnew->bt_start = bt->bt_start;
   1198 		btnew->bt_size = size;
   1199 		bt->bt_start = bt->bt_start + size;
   1200 		bt->bt_size -= size;
   1201 		bt_insfree(vm, bt);
   1202 		bt_insseg(vm, btnew, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1203 		bt_insbusy(vm, btnew);
   1204 		vmem_check(vm);
   1205 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1206 	} else {
   1207 		bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1208 		bt_insbusy(vm, bt);
   1209 		vmem_check(vm);
   1210 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1211 		bt_free(vm, btnew);
   1212 		btnew = bt;
   1213 	}
   1214 	if (btnew2 != NULL) {
   1215 		bt_free(vm, btnew2);
   1216 	}
   1217 	KASSERT(btnew->bt_size >= size);
   1218 	btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1219 
   1220 	if (addrp != NULL)
   1221 		*addrp = btnew->bt_start;
   1222 	return 0;
   1223 }
   1224 
   1225 /*
   1226  * vmem_free:
   1227  *
   1228  * => caller must ensure appropriate spl,
   1229  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1230  */
   1231 
   1232 void
   1233 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1234 {
   1235 
   1236 	KASSERT(size > 0);
   1237 
   1238 #if defined(QCACHE)
   1239 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1240 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1241 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1242 
   1243 		pool_cache_put(qc->qc_cache, (void *)addr);
   1244 		return;
   1245 	}
   1246 #endif /* defined(QCACHE) */
   1247 
   1248 	vmem_xfree(vm, addr, size);
   1249 }
   1250 
   1251 void
   1252 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1253 {
   1254 	bt_t *bt;
   1255 	bt_t *t;
   1256 	LIST_HEAD(, vmem_btag) tofree;
   1257 
   1258 	LIST_INIT(&tofree);
   1259 
   1260 	KASSERT(size > 0);
   1261 
   1262 	VMEM_LOCK(vm);
   1263 
   1264 	bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
   1265 	KASSERT(bt != NULL);
   1266 	KASSERT(bt->bt_start == addr);
   1267 	KASSERT(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
   1268 	    bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
   1269 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1270 	bt_rembusy(vm, bt);
   1271 	bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1272 
   1273 	/* coalesce */
   1274 	t = CIRCLEQ_NEXT(bt, bt_seglist);
   1275 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1276 		KASSERT(BT_END(bt) < t->bt_start);	/* YYY */
   1277 		bt_remfree(vm, t);
   1278 		bt_remseg(vm, t);
   1279 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1280 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1281 	}
   1282 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1283 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1284 		KASSERT(BT_END(t) < bt->bt_start);	/* YYY */
   1285 		bt_remfree(vm, t);
   1286 		bt_remseg(vm, t);
   1287 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1288 		bt->bt_start = t->bt_start;
   1289 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1290 	}
   1291 
   1292 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1293 	KASSERT(t != NULL);
   1294 	KASSERT(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1295 	if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
   1296 	    t->bt_size == bt->bt_size) {
   1297 		vmem_addr_t spanaddr;
   1298 		vmem_size_t spansize;
   1299 
   1300 		KASSERT(t->bt_start == bt->bt_start);
   1301 		spanaddr = bt->bt_start;
   1302 		spansize = bt->bt_size;
   1303 		bt_remseg(vm, bt);
   1304 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, bt, bt_freelist);
   1305 		bt_remseg(vm, t);
   1306 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1307 		vm->vm_size -= spansize;
   1308 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1309 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1310 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
   1311 	} else {
   1312 		bt_insfree(vm, bt);
   1313 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1314 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1315 	}
   1316 
   1317 	while (!LIST_EMPTY(&tofree)) {
   1318 		t = LIST_FIRST(&tofree);
   1319 		LIST_REMOVE(t, bt_freelist);
   1320 		bt_free(vm, t);
   1321 	}
   1322 }
   1323 
   1324 /*
   1325  * vmem_add:
   1326  *
   1327  * => caller must ensure appropriate spl,
   1328  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1329  */
   1330 
   1331 int
   1332 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
   1333 {
   1334 
   1335 	return vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
   1336 }
   1337 
   1338 /*
   1339  * vmem_size: information about arenas size
   1340  *
   1341  * => return free/allocated size in arena
   1342  */
   1343 vmem_size_t
   1344 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
   1345 {
   1346 
   1347 	switch (typemask) {
   1348 	case VMEM_ALLOC:
   1349 		return vm->vm_inuse;
   1350 	case VMEM_FREE:
   1351 		return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
   1352 	case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
   1353 		return vm->vm_size;
   1354 	default:
   1355 		panic("vmem_size");
   1356 	}
   1357 }
   1358 
   1359 /* ---- rehash */
   1360 
   1361 #if defined(_KERNEL)
   1362 static struct callout vmem_rehash_ch;
   1363 static int vmem_rehash_interval;
   1364 static struct workqueue *vmem_rehash_wq;
   1365 static struct work vmem_rehash_wk;
   1366 
   1367 static void
   1368 vmem_rehash_all(struct work *wk, void *dummy)
   1369 {
   1370 	vmem_t *vm;
   1371 
   1372 	KASSERT(wk == &vmem_rehash_wk);
   1373 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1374 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1375 		size_t desired;
   1376 		size_t current;
   1377 
   1378 		if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
   1379 			continue;
   1380 		}
   1381 		desired = vm->vm_nbusytag;
   1382 		current = vm->vm_hashsize;
   1383 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1384 
   1385 		if (desired > VMEM_HASHSIZE_MAX) {
   1386 			desired = VMEM_HASHSIZE_MAX;
   1387 		} else if (desired < VMEM_HASHSIZE_MIN) {
   1388 			desired = VMEM_HASHSIZE_MIN;
   1389 		}
   1390 		if (desired > current * 2 || desired * 2 < current) {
   1391 			vmem_rehash(vm, desired, VM_NOSLEEP);
   1392 		}
   1393 	}
   1394 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1395 
   1396 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1397 }
   1398 
   1399 static void
   1400 vmem_rehash_all_kick(void *dummy)
   1401 {
   1402 
   1403 	workqueue_enqueue(vmem_rehash_wq, &vmem_rehash_wk, NULL);
   1404 }
   1405 
   1406 void
   1407 vmem_rehash_start(void)
   1408 {
   1409 	int error;
   1410 
   1411 	error = workqueue_create(&vmem_rehash_wq, "vmem_rehash",
   1412 	    vmem_rehash_all, NULL, PRI_VM, IPL_SOFTCLOCK, WQ_MPSAFE);
   1413 	if (error) {
   1414 		panic("%s: workqueue_create %d\n", __func__, error);
   1415 	}
   1416 	callout_init(&vmem_rehash_ch, CALLOUT_MPSAFE);
   1417 	callout_setfunc(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_all_kick, NULL);
   1418 
   1419 	vmem_rehash_interval = hz * 10;
   1420 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1421 }
   1422 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1423 
   1424 /* ---- debug */
   1425 
   1426 #if defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY)
   1427 
   1428 static void bt_dump(const bt_t *, void (*)(const char *, ...));
   1429 
   1430 static const char *
   1431 bt_type_string(int type)
   1432 {
   1433 	static const char * const table[] = {
   1434 		[BT_TYPE_BUSY] = "busy",
   1435 		[BT_TYPE_FREE] = "free",
   1436 		[BT_TYPE_SPAN] = "span",
   1437 		[BT_TYPE_SPAN_STATIC] = "static span",
   1438 	};
   1439 
   1440 	if (type >= __arraycount(table)) {
   1441 		return "BOGUS";
   1442 	}
   1443 	return table[type];
   1444 }
   1445 
   1446 static void
   1447 bt_dump(const bt_t *bt, void (*pr)(const char *, ...))
   1448 {
   1449 
   1450 	(*pr)("\t%p: %" PRIu64 ", %" PRIu64 ", %d(%s)\n",
   1451 	    bt, (uint64_t)bt->bt_start, (uint64_t)bt->bt_size,
   1452 	    bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
   1453 }
   1454 
   1455 static void
   1456 vmem_dump(const vmem_t *vm , void (*pr)(const char *, ...))
   1457 {
   1458 	const bt_t *bt;
   1459 	int i;
   1460 
   1461 	(*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
   1462 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1463 		bt_dump(bt, pr);
   1464 	}
   1465 
   1466 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1467 		const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
   1468 
   1469 		if (LIST_EMPTY(fl)) {
   1470 			continue;
   1471 		}
   1472 
   1473 		(*pr)("freelist[%d]\n", i);
   1474 		LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
   1475 			bt_dump(bt, pr);
   1476 		}
   1477 	}
   1478 }
   1479 
   1480 #endif /* defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY) */
   1481 
   1482 #if defined(DDB)
   1483 static bt_t *
   1484 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, uintptr_t addr)
   1485 {
   1486 	bt_t *bt;
   1487 
   1488 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1489 		if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
   1490 			continue;
   1491 		}
   1492 		if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
   1493 			return bt;
   1494 		}
   1495 	}
   1496 
   1497 	return NULL;
   1498 }
   1499 
   1500 void
   1501 vmem_whatis(uintptr_t addr, void (*pr)(const char *, ...))
   1502 {
   1503 	vmem_t *vm;
   1504 
   1505 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1506 		bt_t *bt;
   1507 
   1508 		bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
   1509 		if (bt == NULL) {
   1510 			continue;
   1511 		}
   1512 		(*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
   1513 		    (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
   1514 		    (size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
   1515 		    (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
   1516 	}
   1517 }
   1518 
   1519 void
   1520 vmem_printall(const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1521 {
   1522 	const vmem_t *vm;
   1523 
   1524 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1525 		vmem_dump(vm, pr);
   1526 	}
   1527 }
   1528 
   1529 void
   1530 vmem_print(uintptr_t addr, const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1531 {
   1532 	const vmem_t *vm = (const void *)addr;
   1533 
   1534 	vmem_dump(vm, pr);
   1535 }
   1536 #endif /* defined(DDB) */
   1537 
   1538 #if defined(_KERNEL)
   1539 #define vmem_printf printf
   1540 #else
   1541 #include <stdio.h>
   1542 #include <stdarg.h>
   1543 
   1544 static void
   1545 vmem_printf(const char *fmt, ...)
   1546 {
   1547 	va_list ap;
   1548 	va_start(ap, fmt);
   1549 	vprintf(fmt, ap);
   1550 	va_end(ap);
   1551 }
   1552 #endif
   1553 
   1554 #if defined(VMEM_SANITY)
   1555 
   1556 static bool
   1557 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
   1558 {
   1559 	const bt_t *bt, *bt2;
   1560 
   1561 	KASSERT(vm != NULL);
   1562 
   1563 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1564 		if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
   1565 			printf("corrupted tag\n");
   1566 			bt_dump(bt, vmem_printf);
   1567 			return false;
   1568 		}
   1569 	}
   1570 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1571 		CIRCLEQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1572 			if (bt == bt2) {
   1573 				continue;
   1574 			}
   1575 			if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
   1576 				continue;
   1577 			}
   1578 			if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
   1579 			    bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
   1580 				printf("overwrapped tags\n");
   1581 				bt_dump(bt, vmem_printf);
   1582 				bt_dump(bt2, vmem_printf);
   1583 				return false;
   1584 			}
   1585 		}
   1586 	}
   1587 
   1588 	return true;
   1589 }
   1590 
   1591 static void
   1592 vmem_check(vmem_t *vm)
   1593 {
   1594 
   1595 	if (!vmem_check_sanity(vm)) {
   1596 		panic("insanity vmem %p", vm);
   1597 	}
   1598 }
   1599 
   1600 #endif /* defined(VMEM_SANITY) */
   1601 
   1602 #if defined(UNITTEST)
   1603 int
   1604 main(void)
   1605 {
   1606 	int rc;
   1607 	vmem_t *vm;
   1608 	vmem_addr_t p;
   1609 	struct reg {
   1610 		vmem_addr_t p;
   1611 		vmem_size_t sz;
   1612 		bool x;
   1613 	} *reg = NULL;
   1614 	int nreg = 0;
   1615 	int nalloc = 0;
   1616 	int nfree = 0;
   1617 	vmem_size_t total = 0;
   1618 #if 1
   1619 	vm_flag_t strat = VM_INSTANTFIT;
   1620 #else
   1621 	vm_flag_t strat = VM_BESTFIT;
   1622 #endif
   1623 
   1624 	vm = vmem_create("test", 0, 0, 1, NULL, NULL, NULL, 0, VM_SLEEP,
   1625 #ifdef _KERNEL
   1626 	    IPL_NONE
   1627 #else
   1628 	    0
   1629 #endif
   1630 	    );
   1631 	if (vm == NULL) {
   1632 		printf("vmem_create\n");
   1633 		exit(EXIT_FAILURE);
   1634 	}
   1635 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1636 
   1637 	rc = vmem_add(vm, 0, 50, VM_SLEEP);
   1638 	assert(rc == 0);
   1639 	rc = vmem_add(vm, 100, 200, VM_SLEEP);
   1640 	assert(rc == 0);
   1641 	rc = vmem_add(vm, 2000, 1, VM_SLEEP);
   1642 	assert(rc == 0);
   1643 	rc = vmem_add(vm, 40000, 65536, VM_SLEEP);
   1644 	assert(rc == 0);
   1645 	rc = vmem_add(vm, 10000, 10000, VM_SLEEP);
   1646 	assert(rc == 0);
   1647 	rc = vmem_add(vm, 500, 1000, VM_SLEEP);
   1648 	assert(rc == 0);
   1649 	rc = vmem_add(vm, 0xffffff00, 0x100, VM_SLEEP);
   1650 	assert(rc == 0);
   1651 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x101, 0, 0, 0,
   1652 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1653 	assert(rc != 0);
   1654 	rc = vmem_xalloc(vm, 50, 0, 0, 0, 0, 49, strat|VM_SLEEP, &p);
   1655 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1656 	vmem_xfree(vm, p, 50);
   1657 	rc = vmem_xalloc(vm, 25, 0, 0, 0, 0, 24, strat|VM_SLEEP, &p);
   1658 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1659 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1660 	    0xffffff01, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1661 	assert(rc != 0);
   1662 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1663 	    0xffffff00, 0xfffffffe, strat|VM_SLEEP, &p);
   1664 	assert(rc != 0);
   1665 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1666 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1667 	assert(rc == 0);
   1668 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1669 	for (;;) {
   1670 		struct reg *r;
   1671 		int t = rand() % 100;
   1672 
   1673 		if (t > 45) {
   1674 			/* alloc */
   1675 			vmem_size_t sz = rand() % 500 + 1;
   1676 			bool x;
   1677 			vmem_size_t align, phase, nocross;
   1678 			vmem_addr_t minaddr, maxaddr;
   1679 
   1680 			if (t > 70) {
   1681 				x = true;
   1682 				/* XXX */
   1683 				align = 1 << (rand() % 15);
   1684 				phase = rand() % 65536;
   1685 				nocross = 1 << (rand() % 15);
   1686 				if (align <= phase) {
   1687 					phase = 0;
   1688 				}
   1689 				if (VMEM_CROSS_P(phase, phase + sz - 1,
   1690 				    nocross)) {
   1691 					nocross = 0;
   1692 				}
   1693 				do {
   1694 					minaddr = rand() % 50000;
   1695 					maxaddr = rand() % 70000;
   1696 				} while (minaddr > maxaddr);
   1697 				printf("=== xalloc %" PRIu64
   1698 				    " align=%" PRIu64 ", phase=%" PRIu64
   1699 				    ", nocross=%" PRIu64 ", min=%" PRIu64
   1700 				    ", max=%" PRIu64 "\n",
   1701 				    (uint64_t)sz,
   1702 				    (uint64_t)align,
   1703 				    (uint64_t)phase,
   1704 				    (uint64_t)nocross,
   1705 				    (uint64_t)minaddr,
   1706 				    (uint64_t)maxaddr);
   1707 				rc = vmem_xalloc(vm, sz, align, phase, nocross,
   1708 				    minaddr, maxaddr, strat|VM_SLEEP, &p);
   1709 			} else {
   1710 				x = false;
   1711 				printf("=== alloc %" PRIu64 "\n", (uint64_t)sz);
   1712 				rc = vmem_alloc(vm, sz, strat|VM_SLEEP, &p);
   1713 			}
   1714 			printf("-> %" PRIu64 "\n", (uint64_t)p);
   1715 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1716 			if (rc != 0) {
   1717 				if (x) {
   1718 					continue;
   1719 				}
   1720 				break;
   1721 			}
   1722 			nreg++;
   1723 			reg = realloc(reg, sizeof(*reg) * nreg);
   1724 			r = &reg[nreg - 1];
   1725 			r->p = p;
   1726 			r->sz = sz;
   1727 			r->x = x;
   1728 			total += sz;
   1729 			nalloc++;
   1730 		} else if (nreg != 0) {
   1731 			/* free */
   1732 			r = &reg[rand() % nreg];
   1733 			printf("=== free %" PRIu64 ", %" PRIu64 "\n",
   1734 			    (uint64_t)r->p, (uint64_t)r->sz);
   1735 			if (r->x) {
   1736 				vmem_xfree(vm, r->p, r->sz);
   1737 			} else {
   1738 				vmem_free(vm, r->p, r->sz);
   1739 			}
   1740 			total -= r->sz;
   1741 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1742 			*r = reg[nreg - 1];
   1743 			nreg--;
   1744 			nfree++;
   1745 		}
   1746 		printf("total=%" PRIu64 "\n", (uint64_t)total);
   1747 	}
   1748 	fprintf(stderr, "total=%" PRIu64 ", nalloc=%d, nfree=%d\n",
   1749 	    (uint64_t)total, nalloc, nfree);
   1750 	exit(EXIT_SUCCESS);
   1751 }
   1752 #endif /* defined(UNITTEST) */
   1753