Home | History | Annotate | Line # | Download | only in kern
subr_vmem.c revision 1.81
      1 /*	$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.81 2013/02/08 09:30:01 skrll 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 1.81 2013/02/08 09:30:01 skrll 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 	}
    208 	mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    209 
    210 	if (vmem_alloc(kmem_meta_arena, PAGE_SIZE,
    211 	    (flags & ~VM_FITMASK) | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING, &va) != 0) {
    212 		mutex_exit(&vmem_refill_lock);
    213 		return ENOMEM;
    214 	}
    215 	VMEM_EVCNT_INCR(bt_pages);
    216 
    217 	mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    218 	btp = (void *) va;
    219 	for (i = 0; i < (BT_PER_PAGE); i++) {
    220 		bt = btp;
    221 		memset(bt, 0, sizeof(*bt));
    222 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt,
    223 		    bt_freelist);
    224 		vmem_btag_freelist_count++;
    225 		vmem_btag_count++;
    226 		VMEM_EVCNT_INCR(bt_count);
    227 		btp++;
    228 	}
    229 	mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    230 
    231 	bt_refill(kmem_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    232 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    233 	bt_refill(kmem_va_meta_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    234 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    235 	bt_refill(kmem_meta_arena, (flags & ~VM_FITMASK)
    236 	    | VM_INSTANTFIT | VM_POPULATING);
    237 
    238 	mutex_exit(&vmem_refill_lock);
    239 
    240 	return 0;
    241 }
    242 
    243 static int
    244 bt_refill(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    245 {
    246 	bt_t *bt;
    247 
    248 	if (!(flags & VM_POPULATING)) {
    249 		bt_refillglobal(flags);
    250 	}
    251 
    252 	VMEM_LOCK(vm);
    253 	mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    254 	while (!LIST_EMPTY(&vmem_btag_freelist) &&
    255 	    vm->vm_nfreetags <= BT_MINRESERVE) {
    256 		bt = LIST_FIRST(&vmem_btag_freelist);
    257 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    258 		LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
    259 		vm->vm_nfreetags++;
    260 		vmem_btag_freelist_count--;
    261 	}
    262 	mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    263 
    264 	if (vm->vm_nfreetags == 0) {
    265 		VMEM_UNLOCK(vm);
    266 		return ENOMEM;
    267 	}
    268 	VMEM_UNLOCK(vm);
    269 
    270 	return 0;
    271 }
    272 
    273 static inline bt_t *
    274 bt_alloc(vmem_t *vm, vm_flag_t flags)
    275 {
    276 	bt_t *bt;
    277 again:
    278 	VMEM_LOCK(vm);
    279 	if (vm->vm_nfreetags <= BT_MINRESERVE &&
    280 	    (flags & VM_POPULATING) == 0) {
    281 		VMEM_UNLOCK(vm);
    282 		if (bt_refill(vm, VM_NOSLEEP | VM_INSTANTFIT)) {
    283 			return NULL;
    284 		}
    285 		goto again;
    286 	}
    287 	bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    288 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    289 	vm->vm_nfreetags--;
    290 	VMEM_UNLOCK(vm);
    291 	VMEM_EVCNT_INCR(bt_inuse);
    292 
    293 	return bt;
    294 }
    295 
    296 static inline void
    297 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    298 {
    299 
    300 	VMEM_LOCK(vm);
    301 	LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
    302 	vm->vm_nfreetags++;
    303 	while (vm->vm_nfreetags > BT_MAXFREE) {
    304 		bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    305 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    306 		vm->vm_nfreetags--;
    307 		mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    308 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    309 		vmem_btag_freelist_count++;
    310 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    311 	}
    312 	VMEM_UNLOCK(vm);
    313 	VMEM_EVCNT_DECR(bt_inuse);
    314 }
    315 
    316 #endif	/* defined(_KERNEL) */
    317 
    318 /*
    319  * freelist[0] ... [1, 1]
    320  * freelist[1] ... [2, 3]
    321  * freelist[2] ... [4, 7]
    322  * freelist[3] ... [8, 15]
    323  *  :
    324  * freelist[n] ... [(1 << n), (1 << (n + 1)) - 1]
    325  *  :
    326  */
    327 
    328 static struct vmem_freelist *
    329 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    330 {
    331 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    332 	const int idx = SIZE2ORDER(qsize);
    333 
    334 	KASSERT(size != 0 && qsize != 0);
    335 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    336 	KASSERT(idx >= 0);
    337 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    338 
    339 	return &vm->vm_freelist[idx];
    340 }
    341 
    342 /*
    343  * bt_freehead_toalloc: return the freelist for the given size and allocation
    344  * strategy.
    345  *
    346  * for VM_INSTANTFIT, return the list in which any blocks are large enough
    347  * for the requested size.  otherwise, return the list which can have blocks
    348  * large enough for the requested size.
    349  */
    350 
    351 static struct vmem_freelist *
    352 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t strat)
    353 {
    354 	const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
    355 	int idx = SIZE2ORDER(qsize);
    356 
    357 	KASSERT(size != 0 && qsize != 0);
    358 	KASSERT((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    359 
    360 	if (strat == VM_INSTANTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
    361 		idx++;
    362 		/* check too large request? */
    363 	}
    364 	KASSERT(idx >= 0);
    365 	KASSERT(idx < VMEM_MAXORDER);
    366 
    367 	return &vm->vm_freelist[idx];
    368 }
    369 
    370 /* ---- boundary tag hash */
    371 
    372 static struct vmem_hashlist *
    373 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    374 {
    375 	struct vmem_hashlist *list;
    376 	unsigned int hash;
    377 
    378 	hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), HASH32_BUF_INIT);
    379 	list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
    380 
    381 	return list;
    382 }
    383 
    384 static bt_t *
    385 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
    386 {
    387 	struct vmem_hashlist *list;
    388 	bt_t *bt;
    389 
    390 	list = bt_hashhead(vm, addr);
    391 	LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
    392 		if (bt->bt_start == addr) {
    393 			break;
    394 		}
    395 	}
    396 
    397 	return bt;
    398 }
    399 
    400 static void
    401 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    402 {
    403 
    404 	KASSERT(vm->vm_nbusytag > 0);
    405 	vm->vm_inuse -= bt->bt_size;
    406 	vm->vm_nbusytag--;
    407 	LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
    408 }
    409 
    410 static void
    411 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    412 {
    413 	struct vmem_hashlist *list;
    414 
    415 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
    416 
    417 	list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
    418 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
    419 	vm->vm_nbusytag++;
    420 	vm->vm_inuse += bt->bt_size;
    421 }
    422 
    423 /* ---- boundary tag list */
    424 
    425 static void
    426 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    427 {
    428 
    429 	CIRCLEQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    430 }
    431 
    432 static void
    433 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
    434 {
    435 
    436 	CIRCLEQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
    437 }
    438 
    439 static void
    440 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    441 {
    442 
    443 	CIRCLEQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
    444 }
    445 
    446 static void
    447 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    448 {
    449 
    450 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
    451 
    452 	LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    453 }
    454 
    455 static void
    456 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
    457 {
    458 	struct vmem_freelist *list;
    459 
    460 	list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
    461 	LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
    462 }
    463 
    464 /* ---- vmem internal functions */
    465 
    466 #if defined(QCACHE)
    467 static inline vm_flag_t
    468 prf_to_vmf(int prflags)
    469 {
    470 	vm_flag_t vmflags;
    471 
    472 	KASSERT((prflags & ~(PR_LIMITFAIL | PR_WAITOK | PR_NOWAIT)) == 0);
    473 	if ((prflags & PR_WAITOK) != 0) {
    474 		vmflags = VM_SLEEP;
    475 	} else {
    476 		vmflags = VM_NOSLEEP;
    477 	}
    478 	return vmflags;
    479 }
    480 
    481 static inline int
    482 vmf_to_prf(vm_flag_t vmflags)
    483 {
    484 	int prflags;
    485 
    486 	if ((vmflags & VM_SLEEP) != 0) {
    487 		prflags = PR_WAITOK;
    488 	} else {
    489 		prflags = PR_NOWAIT;
    490 	}
    491 	return prflags;
    492 }
    493 
    494 static size_t
    495 qc_poolpage_size(size_t qcache_max)
    496 {
    497 	int i;
    498 
    499 	for (i = 0; ORDER2SIZE(i) <= qcache_max * 3; i++) {
    500 		/* nothing */
    501 	}
    502 	return ORDER2SIZE(i);
    503 }
    504 
    505 static void *
    506 qc_poolpage_alloc(struct pool *pool, int prflags)
    507 {
    508 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    509 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    510 	vmem_addr_t addr;
    511 
    512 	if (vmem_alloc(vm, pool->pr_alloc->pa_pagesz,
    513 	    prf_to_vmf(prflags) | VM_INSTANTFIT, &addr) != 0)
    514 		return NULL;
    515 	return (void *)addr;
    516 }
    517 
    518 static void
    519 qc_poolpage_free(struct pool *pool, void *addr)
    520 {
    521 	qcache_t *qc = QC_POOL_TO_QCACHE(pool);
    522 	vmem_t *vm = qc->qc_vmem;
    523 
    524 	vmem_free(vm, (vmem_addr_t)addr, pool->pr_alloc->pa_pagesz);
    525 }
    526 
    527 static void
    528 qc_init(vmem_t *vm, size_t qcache_max, int ipl)
    529 {
    530 	qcache_t *prevqc;
    531 	struct pool_allocator *pa;
    532 	int qcache_idx_max;
    533 	int i;
    534 
    535 	KASSERT((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
    536 	if (qcache_max > (VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift)) {
    537 		qcache_max = VMEM_QCACHE_IDX_MAX << vm->vm_quantum_shift;
    538 	}
    539 	vm->vm_qcache_max = qcache_max;
    540 	pa = &vm->vm_qcache_allocator;
    541 	memset(pa, 0, sizeof(*pa));
    542 	pa->pa_alloc = qc_poolpage_alloc;
    543 	pa->pa_free = qc_poolpage_free;
    544 	pa->pa_pagesz = qc_poolpage_size(qcache_max);
    545 
    546 	qcache_idx_max = qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    547 	prevqc = NULL;
    548 	for (i = qcache_idx_max; i > 0; i--) {
    549 		qcache_t *qc = &vm->vm_qcache_store[i - 1];
    550 		size_t size = i << vm->vm_quantum_shift;
    551 		pool_cache_t pc;
    552 
    553 		qc->qc_vmem = vm;
    554 		snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
    555 		    vm->vm_name, size);
    556 
    557 		pc = pool_cache_init(size,
    558 		    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    559 		    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH | PR_RECURSIVE /* XXX */,
    560 		    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    561 
    562 		KASSERT(pc);
    563 
    564 		qc->qc_cache = pc;
    565 		KASSERT(qc->qc_cache != NULL);	/* XXX */
    566 		if (prevqc != NULL &&
    567 		    qc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage ==
    568 		    prevqc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage) {
    569 			pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    570 			vm->vm_qcache[i - 1] = prevqc;
    571 			continue;
    572 		}
    573 		qc->qc_cache->pc_pool.pr_qcache = qc;
    574 		vm->vm_qcache[i - 1] = qc;
    575 		prevqc = qc;
    576 	}
    577 }
    578 
    579 static void
    580 qc_destroy(vmem_t *vm)
    581 {
    582 	const qcache_t *prevqc;
    583 	int i;
    584 	int qcache_idx_max;
    585 
    586 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    587 	prevqc = NULL;
    588 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    589 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    590 
    591 		if (prevqc == qc) {
    592 			continue;
    593 		}
    594 		pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    595 		prevqc = qc;
    596 	}
    597 }
    598 #endif
    599 
    600 #if defined(_KERNEL)
    601 static void
    602 vmem_bootstrap(void)
    603 {
    604 
    605 	mutex_init(&vmem_list_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    606 	mutex_init(&vmem_refill_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    607 	mutex_init(&vmem_btag_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    608 
    609 	while (static_bt_count-- > 0) {
    610 		bt_t *bt = &static_bts[static_bt_count];
    611 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    612 		VMEM_EVCNT_INCR(bt_count);
    613 		vmem_btag_freelist_count++;
    614 	}
    615 	vmem_bootstrapped = TRUE;
    616 }
    617 
    618 void
    619 vmem_subsystem_init(vmem_t *vm)
    620 {
    621 
    622 	kmem_va_meta_arena = vmem_init(&kmem_va_meta_arena_store, "vmem-va",
    623 	    0, 0, PAGE_SIZE, vmem_alloc, vmem_free, vm,
    624 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP | VM_LARGEIMPORT,
    625 	    IPL_VM);
    626 
    627 	kmem_meta_arena = vmem_init(&kmem_meta_arena_store, "vmem-meta",
    628 	    0, 0, PAGE_SIZE,
    629 	    uvm_km_kmem_alloc, uvm_km_kmem_free, kmem_va_meta_arena,
    630 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP, IPL_VM);
    631 }
    632 #endif /* defined(_KERNEL) */
    633 
    634 static int
    635 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags,
    636     int spanbttype)
    637 {
    638 	bt_t *btspan;
    639 	bt_t *btfree;
    640 
    641 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    642 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    643 	KASSERT(spanbttype == BT_TYPE_SPAN ||
    644 	    spanbttype == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    645 
    646 	btspan = bt_alloc(vm, flags);
    647 	if (btspan == NULL) {
    648 		return ENOMEM;
    649 	}
    650 	btfree = bt_alloc(vm, flags);
    651 	if (btfree == NULL) {
    652 		bt_free(vm, btspan);
    653 		return ENOMEM;
    654 	}
    655 
    656 	btspan->bt_type = spanbttype;
    657 	btspan->bt_start = addr;
    658 	btspan->bt_size = size;
    659 
    660 	btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
    661 	btfree->bt_start = addr;
    662 	btfree->bt_size = size;
    663 
    664 	VMEM_LOCK(vm);
    665 	bt_insseg_tail(vm, btspan);
    666 	bt_insseg(vm, btfree, btspan);
    667 	bt_insfree(vm, btfree);
    668 	vm->vm_size += size;
    669 	VMEM_UNLOCK(vm);
    670 
    671 	return 0;
    672 }
    673 
    674 static void
    675 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
    676 {
    677 
    678 #if defined(QCACHE)
    679 	qc_destroy(vm);
    680 #endif /* defined(QCACHE) */
    681 	if (vm->vm_hashlist != NULL) {
    682 		int i;
    683 
    684 		for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
    685 			bt_t *bt;
    686 
    687 			while ((bt = LIST_FIRST(&vm->vm_hashlist[i])) != NULL) {
    688 				KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    689 				bt_free(vm, bt);
    690 			}
    691 		}
    692 		if (vm->vm_hashlist != &vm->vm_hash0) {
    693 			xfree(vm->vm_hashlist,
    694 			    sizeof(struct vmem_hashlist *) * vm->vm_hashsize);
    695 		}
    696 	}
    697 
    698 	while (vm->vm_nfreetags > 0) {
    699 		bt_t *bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    700 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    701 		vm->vm_nfreetags--;
    702 		mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    703 #if defined (_KERNEL)
    704 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    705 		vmem_btag_freelist_count++;
    706 #endif /* defined(_KERNEL) */
    707 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    708 	}
    709 
    710 	VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
    711 	VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
    712 	xfree(vm, sizeof(*vm));
    713 }
    714 
    715 static int
    716 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
    717 {
    718 	vmem_addr_t addr;
    719 	int rc;
    720 
    721 	if (vm->vm_importfn == NULL) {
    722 		return EINVAL;
    723 	}
    724 
    725 	if (vm->vm_flags & VM_LARGEIMPORT) {
    726 		size *= 16;
    727 	}
    728 
    729 	if (vm->vm_flags & VM_XIMPORT) {
    730 		rc = ((vmem_ximport_t *)vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size,
    731 		    &size, flags, &addr);
    732 	} else {
    733 		rc = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
    734 	}
    735 	if (rc) {
    736 		return ENOMEM;
    737 	}
    738 
    739 	if (vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN) != 0) {
    740 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, addr, size);
    741 		return ENOMEM;
    742 	}
    743 
    744 	return 0;
    745 }
    746 
    747 static int
    748 vmem_rehash(vmem_t *vm, size_t newhashsize, vm_flag_t flags)
    749 {
    750 	bt_t *bt;
    751 	int i;
    752 	struct vmem_hashlist *newhashlist;
    753 	struct vmem_hashlist *oldhashlist;
    754 	size_t oldhashsize;
    755 
    756 	KASSERT(newhashsize > 0);
    757 
    758 	newhashlist =
    759 	    xmalloc(sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize, flags);
    760 	if (newhashlist == NULL) {
    761 		return ENOMEM;
    762 	}
    763 	for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
    764 		LIST_INIT(&newhashlist[i]);
    765 	}
    766 
    767 	if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
    768 		xfree(newhashlist,
    769 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize);
    770 		return EBUSY;
    771 	}
    772 	oldhashlist = vm->vm_hashlist;
    773 	oldhashsize = vm->vm_hashsize;
    774 	vm->vm_hashlist = newhashlist;
    775 	vm->vm_hashsize = newhashsize;
    776 	if (oldhashlist == NULL) {
    777 		VMEM_UNLOCK(vm);
    778 		return 0;
    779 	}
    780 	for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
    781 		while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
    782 			bt_rembusy(vm, bt); /* XXX */
    783 			bt_insbusy(vm, bt);
    784 		}
    785 	}
    786 	VMEM_UNLOCK(vm);
    787 
    788 	if (oldhashlist != &vm->vm_hash0) {
    789 		xfree(oldhashlist,
    790 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * oldhashsize);
    791 	}
    792 
    793 	return 0;
    794 }
    795 
    796 /*
    797  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
    798  *
    799  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
    800  * before calling us.
    801  */
    802 
    803 static int
    804 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
    805     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross,
    806     vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
    807 {
    808 	vmem_addr_t start;
    809 	vmem_addr_t end;
    810 
    811 	KASSERT(size > 0);
    812 	KASSERT(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
    813 
    814 	/*
    815 	 * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
    816 	 * unsigned integer of the same size.
    817 	 */
    818 
    819 	start = bt->bt_start;
    820 	if (start < minaddr) {
    821 		start = minaddr;
    822 	}
    823 	end = BT_END(bt);
    824 	if (end > maxaddr) {
    825 		end = maxaddr;
    826 	}
    827 	if (start > end) {
    828 		return ENOMEM;
    829 	}
    830 
    831 	start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
    832 	if (start < bt->bt_start) {
    833 		start += align;
    834 	}
    835 	if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
    836 		KASSERT(align < nocross);
    837 		start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
    838 	}
    839 	if (start <= end && end - start >= size - 1) {
    840 		KASSERT((start & (align - 1)) == phase);
    841 		KASSERT(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
    842 		KASSERT(minaddr <= start);
    843 		KASSERT(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
    844 		KASSERT(bt->bt_start <= start);
    845 		KASSERT(BT_END(bt) - start >= size - 1);
    846 		*addrp = start;
    847 		return 0;
    848 	}
    849 	return ENOMEM;
    850 }
    851 
    852 /* ---- vmem API */
    853 
    854 /*
    855  * vmem_create_internal: creates a vmem arena.
    856  */
    857 
    858 vmem_t *
    859 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name,
    860     vmem_addr_t base, vmem_size_t size, vmem_size_t quantum,
    861     vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    862     vmem_t *arg, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    863 {
    864 	int i;
    865 
    866 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    867 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    868 	KASSERT(quantum > 0);
    869 
    870 #if defined(_KERNEL)
    871 	/* XXX: SMP, we get called early... */
    872 	if (!vmem_bootstrapped) {
    873 		vmem_bootstrap();
    874 	}
    875 #endif /* defined(_KERNEL) */
    876 
    877 	if (vm == NULL) {
    878 		vm = xmalloc(sizeof(*vm), flags);
    879 	}
    880 	if (vm == NULL) {
    881 		return NULL;
    882 	}
    883 
    884 	VMEM_CONDVAR_INIT(vm, "vmem");
    885 	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl);
    886 	vm->vm_flags = flags;
    887 	vm->vm_nfreetags = 0;
    888 	LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
    889 	strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
    890 	vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
    891 	vm->vm_quantum_shift = SIZE2ORDER(quantum);
    892 	KASSERT(ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift) == quantum);
    893 	vm->vm_importfn = importfn;
    894 	vm->vm_releasefn = releasefn;
    895 	vm->vm_arg = arg;
    896 	vm->vm_nbusytag = 0;
    897 	vm->vm_size = 0;
    898 	vm->vm_inuse = 0;
    899 #if defined(QCACHE)
    900 	qc_init(vm, qcache_max, ipl);
    901 #endif /* defined(QCACHE) */
    902 
    903 	CIRCLEQ_INIT(&vm->vm_seglist);
    904 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
    905 		LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
    906 	}
    907 	memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(struct vmem_hashlist));
    908 	vm->vm_hashsize = 1;
    909 	vm->vm_hashlist = &vm->vm_hash0;
    910 
    911 	if (size != 0) {
    912 		if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
    913 			vmem_destroy1(vm);
    914 			return NULL;
    915 		}
    916 	}
    917 
    918 #if defined(_KERNEL)
    919 	if (flags & VM_BOOTSTRAP) {
    920 		bt_refill(vm, VM_NOSLEEP);
    921 	}
    922 
    923 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    924 	LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
    925 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    926 #endif /* defined(_KERNEL) */
    927 
    928 	return vm;
    929 }
    930 
    931 
    932 
    933 /*
    934  * vmem_create: create an arena.
    935  *
    936  * => must not be called from interrupt context.
    937  */
    938 
    939 vmem_t *
    940 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    941     vmem_size_t quantum, vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    942     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    943 {
    944 
    945 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    946 
    947 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    948 	    importfn, releasefn, source, qcache_max, flags, ipl);
    949 }
    950 
    951 /*
    952  * vmem_xcreate: create an arena takes alternative import func.
    953  *
    954  * => must not be called from interrupt context.
    955  */
    956 
    957 vmem_t *
    958 vmem_xcreate(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    959     vmem_size_t quantum, vmem_ximport_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    960     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    961 {
    962 
    963 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    964 
    965 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    966 	    (vmem_import_t *)importfn, releasefn, source,
    967 	    qcache_max, flags | VM_XIMPORT, ipl);
    968 }
    969 
    970 void
    971 vmem_destroy(vmem_t *vm)
    972 {
    973 
    974 #if defined(_KERNEL)
    975 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    976 	LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
    977 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    978 #endif /* defined(_KERNEL) */
    979 
    980 	vmem_destroy1(vm);
    981 }
    982 
    983 vmem_size_t
    984 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    985 {
    986 
    987 	return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
    988 }
    989 
    990 /*
    991  * vmem_alloc:
    992  *
    993  * => caller must ensure appropriate spl,
    994  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
    995  */
    996 
    997 int
    998 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags, vmem_addr_t *addrp)
    999 {
   1000 	const vm_flag_t strat __unused = flags & VM_FITMASK;
   1001 
   1002 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1003 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1004 
   1005 	KASSERT(size > 0);
   1006 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1007 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1008 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1009 	}
   1010 
   1011 #if defined(QCACHE)
   1012 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1013 		void *p;
   1014 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1015 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1016 
   1017 		p = pool_cache_get(qc->qc_cache, vmf_to_prf(flags));
   1018 		if (addrp != NULL)
   1019 			*addrp = (vmem_addr_t)p;
   1020 		return (p == NULL) ? ENOMEM : 0;
   1021 	}
   1022 #endif /* defined(QCACHE) */
   1023 
   1024 	return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
   1025 	    flags, addrp);
   1026 }
   1027 
   1028 int
   1029 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
   1030     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
   1031     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, const vm_flag_t flags,
   1032     vmem_addr_t *addrp)
   1033 {
   1034 	struct vmem_freelist *list;
   1035 	struct vmem_freelist *first;
   1036 	struct vmem_freelist *end;
   1037 	bt_t *bt;
   1038 	bt_t *btnew;
   1039 	bt_t *btnew2;
   1040 	const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1041 	vm_flag_t strat = flags & VM_FITMASK;
   1042 	vmem_addr_t start;
   1043 	int rc;
   1044 
   1045 	KASSERT(size0 > 0);
   1046 	KASSERT(size > 0);
   1047 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1048 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1049 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1050 	}
   1051 	KASSERT((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1052 	KASSERT((align & (align - 1)) == 0);
   1053 	KASSERT((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1054 	KASSERT((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1055 	KASSERT((nocross & (nocross - 1)) == 0);
   1056 	KASSERT((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
   1057 	KASSERT(nocross == 0 || nocross >= size);
   1058 	KASSERT(minaddr <= maxaddr);
   1059 	KASSERT(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
   1060 
   1061 	if (align == 0) {
   1062 		align = vm->vm_quantum_mask + 1;
   1063 	}
   1064 
   1065 	/*
   1066 	 * allocate boundary tags before acquiring the vmem lock.
   1067 	 */
   1068 	btnew = bt_alloc(vm, flags);
   1069 	if (btnew == NULL) {
   1070 		return ENOMEM;
   1071 	}
   1072 	btnew2 = bt_alloc(vm, flags); /* XXX not necessary if no restrictions */
   1073 	if (btnew2 == NULL) {
   1074 		bt_free(vm, btnew);
   1075 		return ENOMEM;
   1076 	}
   1077 
   1078 	/*
   1079 	 * choose a free block from which we allocate.
   1080 	 */
   1081 retry_strat:
   1082 	first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
   1083 	end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
   1084 retry:
   1085 	bt = NULL;
   1086 	VMEM_LOCK(vm);
   1087 	vmem_check(vm);
   1088 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1089 		/*
   1090 		 * just choose the first block which satisfies our restrictions.
   1091 		 *
   1092 		 * note that we don't need to check the size of the blocks
   1093 		 * because any blocks found on these list should be larger than
   1094 		 * the given size.
   1095 		 */
   1096 		for (list = first; list < end; list++) {
   1097 			bt = LIST_FIRST(list);
   1098 			if (bt != NULL) {
   1099 				rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1100 				    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1101 				if (rc == 0) {
   1102 					goto gotit;
   1103 				}
   1104 				/*
   1105 				 * don't bother to follow the bt_freelist link
   1106 				 * here.  the list can be very long and we are
   1107 				 * told to run fast.  blocks from the later free
   1108 				 * lists are larger and have better chances to
   1109 				 * satisfy our restrictions.
   1110 				 */
   1111 			}
   1112 		}
   1113 	} else { /* VM_BESTFIT */
   1114 		/*
   1115 		 * we assume that, for space efficiency, it's better to
   1116 		 * allocate from a smaller block.  thus we will start searching
   1117 		 * from the lower-order list than VM_INSTANTFIT.
   1118 		 * however, don't bother to find the smallest block in a free
   1119 		 * list because the list can be very long.  we can revisit it
   1120 		 * if/when it turns out to be a problem.
   1121 		 *
   1122 		 * note that the 'first' list can contain blocks smaller than
   1123 		 * the requested size.  thus we need to check bt_size.
   1124 		 */
   1125 		for (list = first; list < end; list++) {
   1126 			LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
   1127 				if (bt->bt_size >= size) {
   1128 					rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1129 					    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1130 					if (rc == 0) {
   1131 						goto gotit;
   1132 					}
   1133 				}
   1134 			}
   1135 		}
   1136 	}
   1137 	VMEM_UNLOCK(vm);
   1138 #if 1
   1139 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1140 		strat = VM_BESTFIT;
   1141 		goto retry_strat;
   1142 	}
   1143 #endif
   1144 	if (align != vm->vm_quantum_mask + 1 || phase != 0 || nocross != 0) {
   1145 
   1146 		/*
   1147 		 * XXX should try to import a region large enough to
   1148 		 * satisfy restrictions?
   1149 		 */
   1150 
   1151 		goto fail;
   1152 	}
   1153 	/* XXX eeek, minaddr & maxaddr not respected */
   1154 	if (vmem_import(vm, size, flags) == 0) {
   1155 		goto retry;
   1156 	}
   1157 	/* XXX */
   1158 
   1159 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1160 #if defined(_KERNEL) && !defined(_RUMPKERNEL)
   1161 		mutex_spin_enter(&uvm_fpageqlock);
   1162 		uvm_kick_pdaemon();
   1163 		mutex_spin_exit(&uvm_fpageqlock);
   1164 #endif
   1165 		VMEM_LOCK(vm);
   1166 		VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
   1167 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1168 		goto retry;
   1169 	}
   1170 fail:
   1171 	bt_free(vm, btnew);
   1172 	bt_free(vm, btnew2);
   1173 	return ENOMEM;
   1174 
   1175 gotit:
   1176 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
   1177 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
   1178 	bt_remfree(vm, bt);
   1179 	vmem_check(vm);
   1180 	if (bt->bt_start != start) {
   1181 		btnew2->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1182 		btnew2->bt_start = bt->bt_start;
   1183 		btnew2->bt_size = start - bt->bt_start;
   1184 		bt->bt_start = start;
   1185 		bt->bt_size -= btnew2->bt_size;
   1186 		bt_insfree(vm, btnew2);
   1187 		bt_insseg(vm, btnew2, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1188 		btnew2 = NULL;
   1189 		vmem_check(vm);
   1190 	}
   1191 	KASSERT(bt->bt_start == start);
   1192 	if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
   1193 		/* split */
   1194 		btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1195 		btnew->bt_start = bt->bt_start;
   1196 		btnew->bt_size = size;
   1197 		bt->bt_start = bt->bt_start + size;
   1198 		bt->bt_size -= size;
   1199 		bt_insfree(vm, bt);
   1200 		bt_insseg(vm, btnew, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1201 		bt_insbusy(vm, btnew);
   1202 		vmem_check(vm);
   1203 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1204 	} else {
   1205 		bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1206 		bt_insbusy(vm, bt);
   1207 		vmem_check(vm);
   1208 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1209 		bt_free(vm, btnew);
   1210 		btnew = bt;
   1211 	}
   1212 	if (btnew2 != NULL) {
   1213 		bt_free(vm, btnew2);
   1214 	}
   1215 	KASSERT(btnew->bt_size >= size);
   1216 	btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1217 
   1218 	if (addrp != NULL)
   1219 		*addrp = btnew->bt_start;
   1220 	return 0;
   1221 }
   1222 
   1223 /*
   1224  * vmem_free:
   1225  *
   1226  * => caller must ensure appropriate spl,
   1227  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1228  */
   1229 
   1230 void
   1231 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1232 {
   1233 
   1234 	KASSERT(size > 0);
   1235 
   1236 #if defined(QCACHE)
   1237 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1238 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1239 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1240 
   1241 		pool_cache_put(qc->qc_cache, (void *)addr);
   1242 		return;
   1243 	}
   1244 #endif /* defined(QCACHE) */
   1245 
   1246 	vmem_xfree(vm, addr, size);
   1247 }
   1248 
   1249 void
   1250 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1251 {
   1252 	bt_t *bt;
   1253 	bt_t *t;
   1254 	LIST_HEAD(, vmem_btag) tofree;
   1255 
   1256 	LIST_INIT(&tofree);
   1257 
   1258 	KASSERT(size > 0);
   1259 
   1260 	VMEM_LOCK(vm);
   1261 
   1262 	bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
   1263 	KASSERT(bt != NULL);
   1264 	KASSERT(bt->bt_start == addr);
   1265 	KASSERT(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
   1266 	    bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
   1267 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1268 	bt_rembusy(vm, bt);
   1269 	bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1270 
   1271 	/* coalesce */
   1272 	t = CIRCLEQ_NEXT(bt, bt_seglist);
   1273 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1274 		KASSERT(BT_END(bt) < t->bt_start);	/* YYY */
   1275 		bt_remfree(vm, t);
   1276 		bt_remseg(vm, t);
   1277 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1278 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1279 	}
   1280 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1281 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1282 		KASSERT(BT_END(t) < bt->bt_start);	/* YYY */
   1283 		bt_remfree(vm, t);
   1284 		bt_remseg(vm, t);
   1285 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1286 		bt->bt_start = t->bt_start;
   1287 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1288 	}
   1289 
   1290 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1291 	KASSERT(t != NULL);
   1292 	KASSERT(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1293 	if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
   1294 	    t->bt_size == bt->bt_size) {
   1295 		vmem_addr_t spanaddr;
   1296 		vmem_size_t spansize;
   1297 
   1298 		KASSERT(t->bt_start == bt->bt_start);
   1299 		spanaddr = bt->bt_start;
   1300 		spansize = bt->bt_size;
   1301 		bt_remseg(vm, bt);
   1302 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, bt, bt_freelist);
   1303 		bt_remseg(vm, t);
   1304 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1305 		vm->vm_size -= spansize;
   1306 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1307 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1308 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
   1309 	} else {
   1310 		bt_insfree(vm, bt);
   1311 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1312 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1313 	}
   1314 
   1315 	while (!LIST_EMPTY(&tofree)) {
   1316 		t = LIST_FIRST(&tofree);
   1317 		LIST_REMOVE(t, bt_freelist);
   1318 		bt_free(vm, t);
   1319 	}
   1320 }
   1321 
   1322 /*
   1323  * vmem_add:
   1324  *
   1325  * => caller must ensure appropriate spl,
   1326  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1327  */
   1328 
   1329 int
   1330 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
   1331 {
   1332 
   1333 	return vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
   1334 }
   1335 
   1336 /*
   1337  * vmem_size: information about arenas size
   1338  *
   1339  * => return free/allocated size in arena
   1340  */
   1341 vmem_size_t
   1342 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
   1343 {
   1344 
   1345 	switch (typemask) {
   1346 	case VMEM_ALLOC:
   1347 		return vm->vm_inuse;
   1348 	case VMEM_FREE:
   1349 		return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
   1350 	case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
   1351 		return vm->vm_size;
   1352 	default:
   1353 		panic("vmem_size");
   1354 	}
   1355 }
   1356 
   1357 /* ---- rehash */
   1358 
   1359 #if defined(_KERNEL)
   1360 static struct callout vmem_rehash_ch;
   1361 static int vmem_rehash_interval;
   1362 static struct workqueue *vmem_rehash_wq;
   1363 static struct work vmem_rehash_wk;
   1364 
   1365 static void
   1366 vmem_rehash_all(struct work *wk, void *dummy)
   1367 {
   1368 	vmem_t *vm;
   1369 
   1370 	KASSERT(wk == &vmem_rehash_wk);
   1371 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1372 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1373 		size_t desired;
   1374 		size_t current;
   1375 
   1376 		if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
   1377 			continue;
   1378 		}
   1379 		desired = vm->vm_nbusytag;
   1380 		current = vm->vm_hashsize;
   1381 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1382 
   1383 		if (desired > VMEM_HASHSIZE_MAX) {
   1384 			desired = VMEM_HASHSIZE_MAX;
   1385 		} else if (desired < VMEM_HASHSIZE_MIN) {
   1386 			desired = VMEM_HASHSIZE_MIN;
   1387 		}
   1388 		if (desired > current * 2 || desired * 2 < current) {
   1389 			vmem_rehash(vm, desired, VM_NOSLEEP);
   1390 		}
   1391 	}
   1392 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1393 
   1394 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1395 }
   1396 
   1397 static void
   1398 vmem_rehash_all_kick(void *dummy)
   1399 {
   1400 
   1401 	workqueue_enqueue(vmem_rehash_wq, &vmem_rehash_wk, NULL);
   1402 }
   1403 
   1404 void
   1405 vmem_rehash_start(void)
   1406 {
   1407 	int error;
   1408 
   1409 	error = workqueue_create(&vmem_rehash_wq, "vmem_rehash",
   1410 	    vmem_rehash_all, NULL, PRI_VM, IPL_SOFTCLOCK, WQ_MPSAFE);
   1411 	if (error) {
   1412 		panic("%s: workqueue_create %d\n", __func__, error);
   1413 	}
   1414 	callout_init(&vmem_rehash_ch, CALLOUT_MPSAFE);
   1415 	callout_setfunc(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_all_kick, NULL);
   1416 
   1417 	vmem_rehash_interval = hz * 10;
   1418 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1419 }
   1420 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1421 
   1422 /* ---- debug */
   1423 
   1424 #if defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY)
   1425 
   1426 static void bt_dump(const bt_t *, void (*)(const char *, ...));
   1427 
   1428 static const char *
   1429 bt_type_string(int type)
   1430 {
   1431 	static const char * const table[] = {
   1432 		[BT_TYPE_BUSY] = "busy",
   1433 		[BT_TYPE_FREE] = "free",
   1434 		[BT_TYPE_SPAN] = "span",
   1435 		[BT_TYPE_SPAN_STATIC] = "static span",
   1436 	};
   1437 
   1438 	if (type >= __arraycount(table)) {
   1439 		return "BOGUS";
   1440 	}
   1441 	return table[type];
   1442 }
   1443 
   1444 static void
   1445 bt_dump(const bt_t *bt, void (*pr)(const char *, ...))
   1446 {
   1447 
   1448 	(*pr)("\t%p: %" PRIu64 ", %" PRIu64 ", %d(%s)\n",
   1449 	    bt, (uint64_t)bt->bt_start, (uint64_t)bt->bt_size,
   1450 	    bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
   1451 }
   1452 
   1453 static void
   1454 vmem_dump(const vmem_t *vm , void (*pr)(const char *, ...))
   1455 {
   1456 	const bt_t *bt;
   1457 	int i;
   1458 
   1459 	(*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
   1460 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1461 		bt_dump(bt, pr);
   1462 	}
   1463 
   1464 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1465 		const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
   1466 
   1467 		if (LIST_EMPTY(fl)) {
   1468 			continue;
   1469 		}
   1470 
   1471 		(*pr)("freelist[%d]\n", i);
   1472 		LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
   1473 			bt_dump(bt, pr);
   1474 		}
   1475 	}
   1476 }
   1477 
   1478 #endif /* defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY) */
   1479 
   1480 #if defined(DDB)
   1481 static bt_t *
   1482 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, uintptr_t addr)
   1483 {
   1484 	bt_t *bt;
   1485 
   1486 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1487 		if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
   1488 			continue;
   1489 		}
   1490 		if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
   1491 			return bt;
   1492 		}
   1493 	}
   1494 
   1495 	return NULL;
   1496 }
   1497 
   1498 void
   1499 vmem_whatis(uintptr_t addr, void (*pr)(const char *, ...))
   1500 {
   1501 	vmem_t *vm;
   1502 
   1503 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1504 		bt_t *bt;
   1505 
   1506 		bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
   1507 		if (bt == NULL) {
   1508 			continue;
   1509 		}
   1510 		(*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
   1511 		    (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
   1512 		    (size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
   1513 		    (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
   1514 	}
   1515 }
   1516 
   1517 void
   1518 vmem_printall(const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1519 {
   1520 	const vmem_t *vm;
   1521 
   1522 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1523 		vmem_dump(vm, pr);
   1524 	}
   1525 }
   1526 
   1527 void
   1528 vmem_print(uintptr_t addr, const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1529 {
   1530 	const vmem_t *vm = (const void *)addr;
   1531 
   1532 	vmem_dump(vm, pr);
   1533 }
   1534 #endif /* defined(DDB) */
   1535 
   1536 #if defined(_KERNEL)
   1537 #define vmem_printf printf
   1538 #else
   1539 #include <stdio.h>
   1540 #include <stdarg.h>
   1541 
   1542 static void
   1543 vmem_printf(const char *fmt, ...)
   1544 {
   1545 	va_list ap;
   1546 	va_start(ap, fmt);
   1547 	vprintf(fmt, ap);
   1548 	va_end(ap);
   1549 }
   1550 #endif
   1551 
   1552 #if defined(VMEM_SANITY)
   1553 
   1554 static bool
   1555 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
   1556 {
   1557 	const bt_t *bt, *bt2;
   1558 
   1559 	KASSERT(vm != NULL);
   1560 
   1561 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1562 		if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
   1563 			printf("corrupted tag\n");
   1564 			bt_dump(bt, vmem_printf);
   1565 			return false;
   1566 		}
   1567 	}
   1568 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1569 		CIRCLEQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1570 			if (bt == bt2) {
   1571 				continue;
   1572 			}
   1573 			if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
   1574 				continue;
   1575 			}
   1576 			if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
   1577 			    bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
   1578 				printf("overwrapped tags\n");
   1579 				bt_dump(bt, vmem_printf);
   1580 				bt_dump(bt2, vmem_printf);
   1581 				return false;
   1582 			}
   1583 		}
   1584 	}
   1585 
   1586 	return true;
   1587 }
   1588 
   1589 static void
   1590 vmem_check(vmem_t *vm)
   1591 {
   1592 
   1593 	if (!vmem_check_sanity(vm)) {
   1594 		panic("insanity vmem %p", vm);
   1595 	}
   1596 }
   1597 
   1598 #endif /* defined(VMEM_SANITY) */
   1599 
   1600 #if defined(UNITTEST)
   1601 int
   1602 main(void)
   1603 {
   1604 	int rc;
   1605 	vmem_t *vm;
   1606 	vmem_addr_t p;
   1607 	struct reg {
   1608 		vmem_addr_t p;
   1609 		vmem_size_t sz;
   1610 		bool x;
   1611 	} *reg = NULL;
   1612 	int nreg = 0;
   1613 	int nalloc = 0;
   1614 	int nfree = 0;
   1615 	vmem_size_t total = 0;
   1616 #if 1
   1617 	vm_flag_t strat = VM_INSTANTFIT;
   1618 #else
   1619 	vm_flag_t strat = VM_BESTFIT;
   1620 #endif
   1621 
   1622 	vm = vmem_create("test", 0, 0, 1, NULL, NULL, NULL, 0, VM_SLEEP,
   1623 #ifdef _KERNEL
   1624 	    IPL_NONE
   1625 #else
   1626 	    0
   1627 #endif
   1628 	    );
   1629 	if (vm == NULL) {
   1630 		printf("vmem_create\n");
   1631 		exit(EXIT_FAILURE);
   1632 	}
   1633 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1634 
   1635 	rc = vmem_add(vm, 0, 50, VM_SLEEP);
   1636 	assert(rc == 0);
   1637 	rc = vmem_add(vm, 100, 200, VM_SLEEP);
   1638 	assert(rc == 0);
   1639 	rc = vmem_add(vm, 2000, 1, VM_SLEEP);
   1640 	assert(rc == 0);
   1641 	rc = vmem_add(vm, 40000, 65536, VM_SLEEP);
   1642 	assert(rc == 0);
   1643 	rc = vmem_add(vm, 10000, 10000, VM_SLEEP);
   1644 	assert(rc == 0);
   1645 	rc = vmem_add(vm, 500, 1000, VM_SLEEP);
   1646 	assert(rc == 0);
   1647 	rc = vmem_add(vm, 0xffffff00, 0x100, VM_SLEEP);
   1648 	assert(rc == 0);
   1649 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x101, 0, 0, 0,
   1650 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1651 	assert(rc != 0);
   1652 	rc = vmem_xalloc(vm, 50, 0, 0, 0, 0, 49, strat|VM_SLEEP, &p);
   1653 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1654 	vmem_xfree(vm, p, 50);
   1655 	rc = vmem_xalloc(vm, 25, 0, 0, 0, 0, 24, strat|VM_SLEEP, &p);
   1656 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1657 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1658 	    0xffffff01, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1659 	assert(rc != 0);
   1660 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1661 	    0xffffff00, 0xfffffffe, strat|VM_SLEEP, &p);
   1662 	assert(rc != 0);
   1663 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1664 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1665 	assert(rc == 0);
   1666 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1667 	for (;;) {
   1668 		struct reg *r;
   1669 		int t = rand() % 100;
   1670 
   1671 		if (t > 45) {
   1672 			/* alloc */
   1673 			vmem_size_t sz = rand() % 500 + 1;
   1674 			bool x;
   1675 			vmem_size_t align, phase, nocross;
   1676 			vmem_addr_t minaddr, maxaddr;
   1677 
   1678 			if (t > 70) {
   1679 				x = true;
   1680 				/* XXX */
   1681 				align = 1 << (rand() % 15);
   1682 				phase = rand() % 65536;
   1683 				nocross = 1 << (rand() % 15);
   1684 				if (align <= phase) {
   1685 					phase = 0;
   1686 				}
   1687 				if (VMEM_CROSS_P(phase, phase + sz - 1,
   1688 				    nocross)) {
   1689 					nocross = 0;
   1690 				}
   1691 				do {
   1692 					minaddr = rand() % 50000;
   1693 					maxaddr = rand() % 70000;
   1694 				} while (minaddr > maxaddr);
   1695 				printf("=== xalloc %" PRIu64
   1696 				    " align=%" PRIu64 ", phase=%" PRIu64
   1697 				    ", nocross=%" PRIu64 ", min=%" PRIu64
   1698 				    ", max=%" PRIu64 "\n",
   1699 				    (uint64_t)sz,
   1700 				    (uint64_t)align,
   1701 				    (uint64_t)phase,
   1702 				    (uint64_t)nocross,
   1703 				    (uint64_t)minaddr,
   1704 				    (uint64_t)maxaddr);
   1705 				rc = vmem_xalloc(vm, sz, align, phase, nocross,
   1706 				    minaddr, maxaddr, strat|VM_SLEEP, &p);
   1707 			} else {
   1708 				x = false;
   1709 				printf("=== alloc %" PRIu64 "\n", (uint64_t)sz);
   1710 				rc = vmem_alloc(vm, sz, strat|VM_SLEEP, &p);
   1711 			}
   1712 			printf("-> %" PRIu64 "\n", (uint64_t)p);
   1713 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1714 			if (rc != 0) {
   1715 				if (x) {
   1716 					continue;
   1717 				}
   1718 				break;
   1719 			}
   1720 			nreg++;
   1721 			reg = realloc(reg, sizeof(*reg) * nreg);
   1722 			r = &reg[nreg - 1];
   1723 			r->p = p;
   1724 			r->sz = sz;
   1725 			r->x = x;
   1726 			total += sz;
   1727 			nalloc++;
   1728 		} else if (nreg != 0) {
   1729 			/* free */
   1730 			r = &reg[rand() % nreg];
   1731 			printf("=== free %" PRIu64 ", %" PRIu64 "\n",
   1732 			    (uint64_t)r->p, (uint64_t)r->sz);
   1733 			if (r->x) {
   1734 				vmem_xfree(vm, r->p, r->sz);
   1735 			} else {
   1736 				vmem_free(vm, r->p, r->sz);
   1737 			}
   1738 			total -= r->sz;
   1739 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1740 			*r = reg[nreg - 1];
   1741 			nreg--;
   1742 			nfree++;
   1743 		}
   1744 		printf("total=%" PRIu64 "\n", (uint64_t)total);
   1745 	}
   1746 	fprintf(stderr, "total=%" PRIu64 ", nalloc=%d, nfree=%d\n",
   1747 	    (uint64_t)total, nalloc, nfree);
   1748 	exit(EXIT_SUCCESS);
   1749 }
   1750 #endif /* defined(UNITTEST) */
   1751