Home | History | Annotate | Line # | Download | only in kern
subr_vmem.c revision 1.84
      1 /*	$NetBSD: subr_vmem.c,v 1.84 2013/07/18 19:39:49 alnsn 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 1.84 2013/07/18 19:39:49 alnsn 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 		qc->qc_name[sizeof(qc->qc_name) - 1] = '\0';
    557 
    558 		pc = pool_cache_init(size,
    559 		    ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift), 0,
    560 		    PR_NOALIGN | PR_NOTOUCH | PR_RECURSIVE /* XXX */,
    561 		    qc->qc_name, pa, ipl, NULL, NULL, NULL);
    562 
    563 		KASSERT(pc);
    564 
    565 		qc->qc_cache = pc;
    566 		KASSERT(qc->qc_cache != NULL);	/* XXX */
    567 		if (prevqc != NULL &&
    568 		    qc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage ==
    569 		    prevqc->qc_cache->pc_pool.pr_itemsperpage) {
    570 			pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    571 			vm->vm_qcache[i - 1] = prevqc;
    572 			continue;
    573 		}
    574 		qc->qc_cache->pc_pool.pr_qcache = qc;
    575 		vm->vm_qcache[i - 1] = qc;
    576 		prevqc = qc;
    577 	}
    578 }
    579 
    580 static void
    581 qc_destroy(vmem_t *vm)
    582 {
    583 	const qcache_t *prevqc;
    584 	int i;
    585 	int qcache_idx_max;
    586 
    587 	qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
    588 	prevqc = NULL;
    589 	for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
    590 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[i];
    591 
    592 		if (prevqc == qc) {
    593 			continue;
    594 		}
    595 		pool_cache_destroy(qc->qc_cache);
    596 		prevqc = qc;
    597 	}
    598 }
    599 #endif
    600 
    601 #if defined(_KERNEL)
    602 static void
    603 vmem_bootstrap(void)
    604 {
    605 
    606 	mutex_init(&vmem_list_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    607 	mutex_init(&vmem_refill_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    608 	mutex_init(&vmem_btag_lock, MUTEX_DEFAULT, IPL_VM);
    609 
    610 	while (static_bt_count-- > 0) {
    611 		bt_t *bt = &static_bts[static_bt_count];
    612 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    613 		VMEM_EVCNT_INCR(bt_count);
    614 		vmem_btag_freelist_count++;
    615 	}
    616 	vmem_bootstrapped = TRUE;
    617 }
    618 
    619 void
    620 vmem_subsystem_init(vmem_t *vm)
    621 {
    622 
    623 	kmem_va_meta_arena = vmem_init(&kmem_va_meta_arena_store, "vmem-va",
    624 	    0, 0, PAGE_SIZE, vmem_alloc, vmem_free, vm,
    625 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP | VM_LARGEIMPORT,
    626 	    IPL_VM);
    627 
    628 	kmem_meta_arena = vmem_init(&kmem_meta_arena_store, "vmem-meta",
    629 	    0, 0, PAGE_SIZE,
    630 	    uvm_km_kmem_alloc, uvm_km_kmem_free, kmem_va_meta_arena,
    631 	    0, VM_NOSLEEP | VM_BOOTSTRAP, IPL_VM);
    632 }
    633 #endif /* defined(_KERNEL) */
    634 
    635 static int
    636 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags,
    637     int spanbttype)
    638 {
    639 	bt_t *btspan;
    640 	bt_t *btfree;
    641 
    642 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    643 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    644 	KASSERT(spanbttype == BT_TYPE_SPAN ||
    645 	    spanbttype == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    646 
    647 	btspan = bt_alloc(vm, flags);
    648 	if (btspan == NULL) {
    649 		return ENOMEM;
    650 	}
    651 	btfree = bt_alloc(vm, flags);
    652 	if (btfree == NULL) {
    653 		bt_free(vm, btspan);
    654 		return ENOMEM;
    655 	}
    656 
    657 	btspan->bt_type = spanbttype;
    658 	btspan->bt_start = addr;
    659 	btspan->bt_size = size;
    660 
    661 	btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
    662 	btfree->bt_start = addr;
    663 	btfree->bt_size = size;
    664 
    665 	VMEM_LOCK(vm);
    666 	bt_insseg_tail(vm, btspan);
    667 	bt_insseg(vm, btfree, btspan);
    668 	bt_insfree(vm, btfree);
    669 	vm->vm_size += size;
    670 	VMEM_UNLOCK(vm);
    671 
    672 	return 0;
    673 }
    674 
    675 static void
    676 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
    677 {
    678 
    679 #if defined(QCACHE)
    680 	qc_destroy(vm);
    681 #endif /* defined(QCACHE) */
    682 	if (vm->vm_hashlist != NULL) {
    683 		int i;
    684 
    685 		for (i = 0; i < vm->vm_hashsize; i++) {
    686 			bt_t *bt;
    687 
    688 			while ((bt = LIST_FIRST(&vm->vm_hashlist[i])) != NULL) {
    689 				KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
    690 				bt_free(vm, bt);
    691 			}
    692 		}
    693 		if (vm->vm_hashlist != &vm->vm_hash0) {
    694 			xfree(vm->vm_hashlist,
    695 			    sizeof(struct vmem_hashlist *) * vm->vm_hashsize);
    696 		}
    697 	}
    698 
    699 	while (vm->vm_nfreetags > 0) {
    700 		bt_t *bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
    701 		LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
    702 		vm->vm_nfreetags--;
    703 		mutex_enter(&vmem_btag_lock);
    704 #if defined (_KERNEL)
    705 		LIST_INSERT_HEAD(&vmem_btag_freelist, bt, bt_freelist);
    706 		vmem_btag_freelist_count++;
    707 #endif /* defined(_KERNEL) */
    708 		mutex_exit(&vmem_btag_lock);
    709 	}
    710 
    711 	VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
    712 	VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
    713 	xfree(vm, sizeof(*vm));
    714 }
    715 
    716 static int
    717 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
    718 {
    719 	vmem_addr_t addr;
    720 	int rc;
    721 
    722 	if (vm->vm_importfn == NULL) {
    723 		return EINVAL;
    724 	}
    725 
    726 	if (vm->vm_flags & VM_LARGEIMPORT) {
    727 		size *= 16;
    728 	}
    729 
    730 	if (vm->vm_flags & VM_XIMPORT) {
    731 		rc = ((vmem_ximport_t *)vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size,
    732 		    &size, flags, &addr);
    733 	} else {
    734 		rc = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
    735 	}
    736 	if (rc) {
    737 		return ENOMEM;
    738 	}
    739 
    740 	if (vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN) != 0) {
    741 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, addr, size);
    742 		return ENOMEM;
    743 	}
    744 
    745 	return 0;
    746 }
    747 
    748 static int
    749 vmem_rehash(vmem_t *vm, size_t newhashsize, vm_flag_t flags)
    750 {
    751 	bt_t *bt;
    752 	int i;
    753 	struct vmem_hashlist *newhashlist;
    754 	struct vmem_hashlist *oldhashlist;
    755 	size_t oldhashsize;
    756 
    757 	KASSERT(newhashsize > 0);
    758 
    759 	newhashlist =
    760 	    xmalloc(sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize, flags);
    761 	if (newhashlist == NULL) {
    762 		return ENOMEM;
    763 	}
    764 	for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
    765 		LIST_INIT(&newhashlist[i]);
    766 	}
    767 
    768 	if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
    769 		xfree(newhashlist,
    770 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * newhashsize);
    771 		return EBUSY;
    772 	}
    773 	oldhashlist = vm->vm_hashlist;
    774 	oldhashsize = vm->vm_hashsize;
    775 	vm->vm_hashlist = newhashlist;
    776 	vm->vm_hashsize = newhashsize;
    777 	if (oldhashlist == NULL) {
    778 		VMEM_UNLOCK(vm);
    779 		return 0;
    780 	}
    781 	for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
    782 		while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
    783 			bt_rembusy(vm, bt); /* XXX */
    784 			bt_insbusy(vm, bt);
    785 		}
    786 	}
    787 	VMEM_UNLOCK(vm);
    788 
    789 	if (oldhashlist != &vm->vm_hash0) {
    790 		xfree(oldhashlist,
    791 		    sizeof(struct vmem_hashlist *) * oldhashsize);
    792 	}
    793 
    794 	return 0;
    795 }
    796 
    797 /*
    798  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
    799  *
    800  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
    801  * before calling us.
    802  */
    803 
    804 static int
    805 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
    806     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross,
    807     vmem_addr_t minaddr, vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
    808 {
    809 	vmem_addr_t start;
    810 	vmem_addr_t end;
    811 
    812 	KASSERT(size > 0);
    813 	KASSERT(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
    814 
    815 	/*
    816 	 * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
    817 	 * unsigned integer of the same size.
    818 	 */
    819 
    820 	start = bt->bt_start;
    821 	if (start < minaddr) {
    822 		start = minaddr;
    823 	}
    824 	end = BT_END(bt);
    825 	if (end > maxaddr) {
    826 		end = maxaddr;
    827 	}
    828 	if (start > end) {
    829 		return ENOMEM;
    830 	}
    831 
    832 	start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
    833 	if (start < bt->bt_start) {
    834 		start += align;
    835 	}
    836 	if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
    837 		KASSERT(align < nocross);
    838 		start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
    839 	}
    840 	if (start <= end && end - start >= size - 1) {
    841 		KASSERT((start & (align - 1)) == phase);
    842 		KASSERT(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
    843 		KASSERT(minaddr <= start);
    844 		KASSERT(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
    845 		KASSERT(bt->bt_start <= start);
    846 		KASSERT(BT_END(bt) - start >= size - 1);
    847 		*addrp = start;
    848 		return 0;
    849 	}
    850 	return ENOMEM;
    851 }
    852 
    853 /* ---- vmem API */
    854 
    855 /*
    856  * vmem_create_internal: creates a vmem arena.
    857  */
    858 
    859 vmem_t *
    860 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name,
    861     vmem_addr_t base, vmem_size_t size, vmem_size_t quantum,
    862     vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    863     vmem_t *arg, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    864 {
    865 	int i;
    866 
    867 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    868 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
    869 	KASSERT(quantum > 0);
    870 
    871 #if defined(_KERNEL)
    872 	/* XXX: SMP, we get called early... */
    873 	if (!vmem_bootstrapped) {
    874 		vmem_bootstrap();
    875 	}
    876 #endif /* defined(_KERNEL) */
    877 
    878 	if (vm == NULL) {
    879 		vm = xmalloc(sizeof(*vm), flags);
    880 	}
    881 	if (vm == NULL) {
    882 		return NULL;
    883 	}
    884 
    885 	VMEM_CONDVAR_INIT(vm, "vmem");
    886 	VMEM_LOCK_INIT(vm, ipl);
    887 	vm->vm_flags = flags;
    888 	vm->vm_nfreetags = 0;
    889 	LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
    890 	strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
    891 	vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
    892 	vm->vm_quantum_shift = SIZE2ORDER(quantum);
    893 	KASSERT(ORDER2SIZE(vm->vm_quantum_shift) == quantum);
    894 	vm->vm_importfn = importfn;
    895 	vm->vm_releasefn = releasefn;
    896 	vm->vm_arg = arg;
    897 	vm->vm_nbusytag = 0;
    898 	vm->vm_size = 0;
    899 	vm->vm_inuse = 0;
    900 #if defined(QCACHE)
    901 	qc_init(vm, qcache_max, ipl);
    902 #endif /* defined(QCACHE) */
    903 
    904 	CIRCLEQ_INIT(&vm->vm_seglist);
    905 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
    906 		LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
    907 	}
    908 	memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(struct vmem_hashlist));
    909 	vm->vm_hashsize = 1;
    910 	vm->vm_hashlist = &vm->vm_hash0;
    911 
    912 	if (size != 0) {
    913 		if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
    914 			vmem_destroy1(vm);
    915 			return NULL;
    916 		}
    917 	}
    918 
    919 #if defined(_KERNEL)
    920 	if (flags & VM_BOOTSTRAP) {
    921 		bt_refill(vm, VM_NOSLEEP);
    922 	}
    923 
    924 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    925 	LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
    926 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    927 #endif /* defined(_KERNEL) */
    928 
    929 	return vm;
    930 }
    931 
    932 
    933 
    934 /*
    935  * vmem_create: create an arena.
    936  *
    937  * => must not be called from interrupt context.
    938  */
    939 
    940 vmem_t *
    941 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    942     vmem_size_t quantum, vmem_import_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    943     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    944 {
    945 
    946 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    947 
    948 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    949 	    importfn, releasefn, source, qcache_max, flags, ipl);
    950 }
    951 
    952 /*
    953  * vmem_xcreate: create an arena takes alternative import func.
    954  *
    955  * => must not be called from interrupt context.
    956  */
    957 
    958 vmem_t *
    959 vmem_xcreate(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
    960     vmem_size_t quantum, vmem_ximport_t *importfn, vmem_release_t *releasefn,
    961     vmem_t *source, vmem_size_t qcache_max, vm_flag_t flags, int ipl)
    962 {
    963 
    964 	KASSERT((flags & (VM_XIMPORT)) == 0);
    965 
    966 	return vmem_init(NULL, name, base, size, quantum,
    967 	    (vmem_import_t *)importfn, releasefn, source,
    968 	    qcache_max, flags | VM_XIMPORT, ipl);
    969 }
    970 
    971 void
    972 vmem_destroy(vmem_t *vm)
    973 {
    974 
    975 #if defined(_KERNEL)
    976 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
    977 	LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
    978 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
    979 #endif /* defined(_KERNEL) */
    980 
    981 	vmem_destroy1(vm);
    982 }
    983 
    984 vmem_size_t
    985 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
    986 {
    987 
    988 	return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
    989 }
    990 
    991 /*
    992  * vmem_alloc: allocate resource from the arena.
    993  */
    994 
    995 int
    996 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vm_flag_t flags, vmem_addr_t *addrp)
    997 {
    998 	const vm_flag_t strat __unused = flags & VM_FITMASK;
    999 
   1000 	KASSERT((flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1001 	KASSERT((~flags & (VM_SLEEP|VM_NOSLEEP)) != 0);
   1002 
   1003 	KASSERT(size > 0);
   1004 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1005 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1006 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1007 	}
   1008 
   1009 #if defined(QCACHE)
   1010 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1011 		void *p;
   1012 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1013 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1014 
   1015 		p = pool_cache_get(qc->qc_cache, vmf_to_prf(flags));
   1016 		if (addrp != NULL)
   1017 			*addrp = (vmem_addr_t)p;
   1018 		return (p == NULL) ? ENOMEM : 0;
   1019 	}
   1020 #endif /* defined(QCACHE) */
   1021 
   1022 	return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
   1023 	    flags, addrp);
   1024 }
   1025 
   1026 int
   1027 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
   1028     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
   1029     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, const vm_flag_t flags,
   1030     vmem_addr_t *addrp)
   1031 {
   1032 	struct vmem_freelist *list;
   1033 	struct vmem_freelist *first;
   1034 	struct vmem_freelist *end;
   1035 	bt_t *bt;
   1036 	bt_t *btnew;
   1037 	bt_t *btnew2;
   1038 	const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
   1039 	vm_flag_t strat = flags & VM_FITMASK;
   1040 	vmem_addr_t start;
   1041 	int rc;
   1042 
   1043 	KASSERT(size0 > 0);
   1044 	KASSERT(size > 0);
   1045 	KASSERT(strat == VM_BESTFIT || strat == VM_INSTANTFIT);
   1046 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1047 		ASSERT_SLEEPABLE();
   1048 	}
   1049 	KASSERT((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1050 	KASSERT((align & (align - 1)) == 0);
   1051 	KASSERT((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1052 	KASSERT((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
   1053 	KASSERT((nocross & (nocross - 1)) == 0);
   1054 	KASSERT((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
   1055 	KASSERT(nocross == 0 || nocross >= size);
   1056 	KASSERT(minaddr <= maxaddr);
   1057 	KASSERT(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
   1058 
   1059 	if (align == 0) {
   1060 		align = vm->vm_quantum_mask + 1;
   1061 	}
   1062 
   1063 	/*
   1064 	 * allocate boundary tags before acquiring the vmem lock.
   1065 	 */
   1066 	btnew = bt_alloc(vm, flags);
   1067 	if (btnew == NULL) {
   1068 		return ENOMEM;
   1069 	}
   1070 	btnew2 = bt_alloc(vm, flags); /* XXX not necessary if no restrictions */
   1071 	if (btnew2 == NULL) {
   1072 		bt_free(vm, btnew);
   1073 		return ENOMEM;
   1074 	}
   1075 
   1076 	/*
   1077 	 * choose a free block from which we allocate.
   1078 	 */
   1079 retry_strat:
   1080 	first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
   1081 	end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
   1082 retry:
   1083 	bt = NULL;
   1084 	VMEM_LOCK(vm);
   1085 	vmem_check(vm);
   1086 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1087 		/*
   1088 		 * just choose the first block which satisfies our restrictions.
   1089 		 *
   1090 		 * note that we don't need to check the size of the blocks
   1091 		 * because any blocks found on these list should be larger than
   1092 		 * the given size.
   1093 		 */
   1094 		for (list = first; list < end; list++) {
   1095 			bt = LIST_FIRST(list);
   1096 			if (bt != NULL) {
   1097 				rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1098 				    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1099 				if (rc == 0) {
   1100 					goto gotit;
   1101 				}
   1102 				/*
   1103 				 * don't bother to follow the bt_freelist link
   1104 				 * here.  the list can be very long and we are
   1105 				 * told to run fast.  blocks from the later free
   1106 				 * lists are larger and have better chances to
   1107 				 * satisfy our restrictions.
   1108 				 */
   1109 			}
   1110 		}
   1111 	} else { /* VM_BESTFIT */
   1112 		/*
   1113 		 * we assume that, for space efficiency, it's better to
   1114 		 * allocate from a smaller block.  thus we will start searching
   1115 		 * from the lower-order list than VM_INSTANTFIT.
   1116 		 * however, don't bother to find the smallest block in a free
   1117 		 * list because the list can be very long.  we can revisit it
   1118 		 * if/when it turns out to be a problem.
   1119 		 *
   1120 		 * note that the 'first' list can contain blocks smaller than
   1121 		 * the requested size.  thus we need to check bt_size.
   1122 		 */
   1123 		for (list = first; list < end; list++) {
   1124 			LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
   1125 				if (bt->bt_size >= size) {
   1126 					rc = vmem_fit(bt, size, align, phase,
   1127 					    nocross, minaddr, maxaddr, &start);
   1128 					if (rc == 0) {
   1129 						goto gotit;
   1130 					}
   1131 				}
   1132 			}
   1133 		}
   1134 	}
   1135 	VMEM_UNLOCK(vm);
   1136 #if 1
   1137 	if (strat == VM_INSTANTFIT) {
   1138 		strat = VM_BESTFIT;
   1139 		goto retry_strat;
   1140 	}
   1141 #endif
   1142 	if (align != vm->vm_quantum_mask + 1 || phase != 0 || nocross != 0) {
   1143 
   1144 		/*
   1145 		 * XXX should try to import a region large enough to
   1146 		 * satisfy restrictions?
   1147 		 */
   1148 
   1149 		goto fail;
   1150 	}
   1151 	/* XXX eeek, minaddr & maxaddr not respected */
   1152 	if (vmem_import(vm, size, flags) == 0) {
   1153 		goto retry;
   1154 	}
   1155 	/* XXX */
   1156 
   1157 	if ((flags & VM_SLEEP) != 0) {
   1158 #if defined(_KERNEL) && !defined(_RUMPKERNEL)
   1159 		mutex_spin_enter(&uvm_fpageqlock);
   1160 		uvm_kick_pdaemon();
   1161 		mutex_spin_exit(&uvm_fpageqlock);
   1162 #endif
   1163 		VMEM_LOCK(vm);
   1164 		VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
   1165 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1166 		goto retry;
   1167 	}
   1168 fail:
   1169 	bt_free(vm, btnew);
   1170 	bt_free(vm, btnew2);
   1171 	return ENOMEM;
   1172 
   1173 gotit:
   1174 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
   1175 	KASSERT(bt->bt_size >= size);
   1176 	bt_remfree(vm, bt);
   1177 	vmem_check(vm);
   1178 	if (bt->bt_start != start) {
   1179 		btnew2->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1180 		btnew2->bt_start = bt->bt_start;
   1181 		btnew2->bt_size = start - bt->bt_start;
   1182 		bt->bt_start = start;
   1183 		bt->bt_size -= btnew2->bt_size;
   1184 		bt_insfree(vm, btnew2);
   1185 		bt_insseg(vm, btnew2, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1186 		btnew2 = NULL;
   1187 		vmem_check(vm);
   1188 	}
   1189 	KASSERT(bt->bt_start == start);
   1190 	if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
   1191 		/* split */
   1192 		btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1193 		btnew->bt_start = bt->bt_start;
   1194 		btnew->bt_size = size;
   1195 		bt->bt_start = bt->bt_start + size;
   1196 		bt->bt_size -= size;
   1197 		bt_insfree(vm, bt);
   1198 		bt_insseg(vm, btnew, CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist));
   1199 		bt_insbusy(vm, btnew);
   1200 		vmem_check(vm);
   1201 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1202 	} else {
   1203 		bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1204 		bt_insbusy(vm, bt);
   1205 		vmem_check(vm);
   1206 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1207 		bt_free(vm, btnew);
   1208 		btnew = bt;
   1209 	}
   1210 	if (btnew2 != NULL) {
   1211 		bt_free(vm, btnew2);
   1212 	}
   1213 	KASSERT(btnew->bt_size >= size);
   1214 	btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
   1215 
   1216 	if (addrp != NULL)
   1217 		*addrp = btnew->bt_start;
   1218 	return 0;
   1219 }
   1220 
   1221 /*
   1222  * vmem_free: free the resource to the arena.
   1223  */
   1224 
   1225 void
   1226 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1227 {
   1228 
   1229 	KASSERT(size > 0);
   1230 
   1231 #if defined(QCACHE)
   1232 	if (size <= vm->vm_qcache_max) {
   1233 		int qidx = (size + vm->vm_quantum_mask) >> vm->vm_quantum_shift;
   1234 		qcache_t *qc = vm->vm_qcache[qidx - 1];
   1235 
   1236 		pool_cache_put(qc->qc_cache, (void *)addr);
   1237 		return;
   1238 	}
   1239 #endif /* defined(QCACHE) */
   1240 
   1241 	vmem_xfree(vm, addr, size);
   1242 }
   1243 
   1244 void
   1245 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
   1246 {
   1247 	bt_t *bt;
   1248 	bt_t *t;
   1249 	LIST_HEAD(, vmem_btag) tofree;
   1250 
   1251 	LIST_INIT(&tofree);
   1252 
   1253 	KASSERT(size > 0);
   1254 
   1255 	VMEM_LOCK(vm);
   1256 
   1257 	bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
   1258 	KASSERT(bt != NULL);
   1259 	KASSERT(bt->bt_start == addr);
   1260 	KASSERT(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
   1261 	    bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
   1262 	KASSERT(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1263 	bt_rembusy(vm, bt);
   1264 	bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
   1265 
   1266 	/* coalesce */
   1267 	t = CIRCLEQ_NEXT(bt, bt_seglist);
   1268 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1269 		KASSERT(BT_END(bt) < t->bt_start);	/* YYY */
   1270 		bt_remfree(vm, t);
   1271 		bt_remseg(vm, t);
   1272 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1273 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1274 	}
   1275 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1276 	if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
   1277 		KASSERT(BT_END(t) < bt->bt_start);	/* YYY */
   1278 		bt_remfree(vm, t);
   1279 		bt_remseg(vm, t);
   1280 		bt->bt_size += t->bt_size;
   1281 		bt->bt_start = t->bt_start;
   1282 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1283 	}
   1284 
   1285 	t = CIRCLEQ_PREV(bt, bt_seglist);
   1286 	KASSERT(t != NULL);
   1287 	KASSERT(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
   1288 	if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
   1289 	    t->bt_size == bt->bt_size) {
   1290 		vmem_addr_t spanaddr;
   1291 		vmem_size_t spansize;
   1292 
   1293 		KASSERT(t->bt_start == bt->bt_start);
   1294 		spanaddr = bt->bt_start;
   1295 		spansize = bt->bt_size;
   1296 		bt_remseg(vm, bt);
   1297 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, bt, bt_freelist);
   1298 		bt_remseg(vm, t);
   1299 		LIST_INSERT_HEAD(&tofree, t, bt_freelist);
   1300 		vm->vm_size -= spansize;
   1301 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1302 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1303 		(*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
   1304 	} else {
   1305 		bt_insfree(vm, bt);
   1306 		VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
   1307 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1308 	}
   1309 
   1310 	while (!LIST_EMPTY(&tofree)) {
   1311 		t = LIST_FIRST(&tofree);
   1312 		LIST_REMOVE(t, bt_freelist);
   1313 		bt_free(vm, t);
   1314 	}
   1315 }
   1316 
   1317 /*
   1318  * vmem_add:
   1319  *
   1320  * => caller must ensure appropriate spl,
   1321  *    if the arena can be accessed from interrupt context.
   1322  */
   1323 
   1324 int
   1325 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, vm_flag_t flags)
   1326 {
   1327 
   1328 	return vmem_add1(vm, addr, size, flags, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
   1329 }
   1330 
   1331 /*
   1332  * vmem_size: information about arenas size
   1333  *
   1334  * => return free/allocated size in arena
   1335  */
   1336 vmem_size_t
   1337 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
   1338 {
   1339 
   1340 	switch (typemask) {
   1341 	case VMEM_ALLOC:
   1342 		return vm->vm_inuse;
   1343 	case VMEM_FREE:
   1344 		return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
   1345 	case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
   1346 		return vm->vm_size;
   1347 	default:
   1348 		panic("vmem_size");
   1349 	}
   1350 }
   1351 
   1352 /* ---- rehash */
   1353 
   1354 #if defined(_KERNEL)
   1355 static struct callout vmem_rehash_ch;
   1356 static int vmem_rehash_interval;
   1357 static struct workqueue *vmem_rehash_wq;
   1358 static struct work vmem_rehash_wk;
   1359 
   1360 static void
   1361 vmem_rehash_all(struct work *wk, void *dummy)
   1362 {
   1363 	vmem_t *vm;
   1364 
   1365 	KASSERT(wk == &vmem_rehash_wk);
   1366 	mutex_enter(&vmem_list_lock);
   1367 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1368 		size_t desired;
   1369 		size_t current;
   1370 
   1371 		if (!VMEM_TRYLOCK(vm)) {
   1372 			continue;
   1373 		}
   1374 		desired = vm->vm_nbusytag;
   1375 		current = vm->vm_hashsize;
   1376 		VMEM_UNLOCK(vm);
   1377 
   1378 		if (desired > VMEM_HASHSIZE_MAX) {
   1379 			desired = VMEM_HASHSIZE_MAX;
   1380 		} else if (desired < VMEM_HASHSIZE_MIN) {
   1381 			desired = VMEM_HASHSIZE_MIN;
   1382 		}
   1383 		if (desired > current * 2 || desired * 2 < current) {
   1384 			vmem_rehash(vm, desired, VM_NOSLEEP);
   1385 		}
   1386 	}
   1387 	mutex_exit(&vmem_list_lock);
   1388 
   1389 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1390 }
   1391 
   1392 static void
   1393 vmem_rehash_all_kick(void *dummy)
   1394 {
   1395 
   1396 	workqueue_enqueue(vmem_rehash_wq, &vmem_rehash_wk, NULL);
   1397 }
   1398 
   1399 void
   1400 vmem_rehash_start(void)
   1401 {
   1402 	int error;
   1403 
   1404 	error = workqueue_create(&vmem_rehash_wq, "vmem_rehash",
   1405 	    vmem_rehash_all, NULL, PRI_VM, IPL_SOFTCLOCK, WQ_MPSAFE);
   1406 	if (error) {
   1407 		panic("%s: workqueue_create %d\n", __func__, error);
   1408 	}
   1409 	callout_init(&vmem_rehash_ch, CALLOUT_MPSAFE);
   1410 	callout_setfunc(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_all_kick, NULL);
   1411 
   1412 	vmem_rehash_interval = hz * 10;
   1413 	callout_schedule(&vmem_rehash_ch, vmem_rehash_interval);
   1414 }
   1415 #endif /* defined(_KERNEL) */
   1416 
   1417 /* ---- debug */
   1418 
   1419 #if defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY)
   1420 
   1421 static void bt_dump(const bt_t *, void (*)(const char *, ...)
   1422     __printflike(1, 2));
   1423 
   1424 static const char *
   1425 bt_type_string(int type)
   1426 {
   1427 	static const char * const table[] = {
   1428 		[BT_TYPE_BUSY] = "busy",
   1429 		[BT_TYPE_FREE] = "free",
   1430 		[BT_TYPE_SPAN] = "span",
   1431 		[BT_TYPE_SPAN_STATIC] = "static span",
   1432 	};
   1433 
   1434 	if (type >= __arraycount(table)) {
   1435 		return "BOGUS";
   1436 	}
   1437 	return table[type];
   1438 }
   1439 
   1440 static void
   1441 bt_dump(const bt_t *bt, void (*pr)(const char *, ...))
   1442 {
   1443 
   1444 	(*pr)("\t%p: %" PRIu64 ", %" PRIu64 ", %d(%s)\n",
   1445 	    bt, (uint64_t)bt->bt_start, (uint64_t)bt->bt_size,
   1446 	    bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
   1447 }
   1448 
   1449 static void
   1450 vmem_dump(const vmem_t *vm , void (*pr)(const char *, ...) __printflike(1, 2))
   1451 {
   1452 	const bt_t *bt;
   1453 	int i;
   1454 
   1455 	(*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
   1456 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1457 		bt_dump(bt, pr);
   1458 	}
   1459 
   1460 	for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
   1461 		const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
   1462 
   1463 		if (LIST_EMPTY(fl)) {
   1464 			continue;
   1465 		}
   1466 
   1467 		(*pr)("freelist[%d]\n", i);
   1468 		LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
   1469 			bt_dump(bt, pr);
   1470 		}
   1471 	}
   1472 }
   1473 
   1474 #endif /* defined(DDB) || defined(UNITTEST) || defined(VMEM_SANITY) */
   1475 
   1476 #if defined(DDB)
   1477 static bt_t *
   1478 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, uintptr_t addr)
   1479 {
   1480 	bt_t *bt;
   1481 
   1482 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1483 		if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
   1484 			continue;
   1485 		}
   1486 		if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
   1487 			return bt;
   1488 		}
   1489 	}
   1490 
   1491 	return NULL;
   1492 }
   1493 
   1494 void
   1495 vmem_whatis(uintptr_t addr, void (*pr)(const char *, ...))
   1496 {
   1497 	vmem_t *vm;
   1498 
   1499 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1500 		bt_t *bt;
   1501 
   1502 		bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
   1503 		if (bt == NULL) {
   1504 			continue;
   1505 		}
   1506 		(*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
   1507 		    (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
   1508 		    (size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
   1509 		    (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
   1510 	}
   1511 }
   1512 
   1513 void
   1514 vmem_printall(const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1515 {
   1516 	const vmem_t *vm;
   1517 
   1518 	LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
   1519 		vmem_dump(vm, pr);
   1520 	}
   1521 }
   1522 
   1523 void
   1524 vmem_print(uintptr_t addr, const char *modif, void (*pr)(const char *, ...))
   1525 {
   1526 	const vmem_t *vm = (const void *)addr;
   1527 
   1528 	vmem_dump(vm, pr);
   1529 }
   1530 #endif /* defined(DDB) */
   1531 
   1532 #if defined(_KERNEL)
   1533 #define vmem_printf printf
   1534 #else
   1535 #include <stdio.h>
   1536 #include <stdarg.h>
   1537 
   1538 static void
   1539 vmem_printf(const char *fmt, ...)
   1540 {
   1541 	va_list ap;
   1542 	va_start(ap, fmt);
   1543 	vprintf(fmt, ap);
   1544 	va_end(ap);
   1545 }
   1546 #endif
   1547 
   1548 #if defined(VMEM_SANITY)
   1549 
   1550 static bool
   1551 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
   1552 {
   1553 	const bt_t *bt, *bt2;
   1554 
   1555 	KASSERT(vm != NULL);
   1556 
   1557 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1558 		if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
   1559 			printf("corrupted tag\n");
   1560 			bt_dump(bt, vmem_printf);
   1561 			return false;
   1562 		}
   1563 	}
   1564 	CIRCLEQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1565 		CIRCLEQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
   1566 			if (bt == bt2) {
   1567 				continue;
   1568 			}
   1569 			if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
   1570 				continue;
   1571 			}
   1572 			if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
   1573 			    bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
   1574 				printf("overwrapped tags\n");
   1575 				bt_dump(bt, vmem_printf);
   1576 				bt_dump(bt2, vmem_printf);
   1577 				return false;
   1578 			}
   1579 		}
   1580 	}
   1581 
   1582 	return true;
   1583 }
   1584 
   1585 static void
   1586 vmem_check(vmem_t *vm)
   1587 {
   1588 
   1589 	if (!vmem_check_sanity(vm)) {
   1590 		panic("insanity vmem %p", vm);
   1591 	}
   1592 }
   1593 
   1594 #endif /* defined(VMEM_SANITY) */
   1595 
   1596 #if defined(UNITTEST)
   1597 int
   1598 main(void)
   1599 {
   1600 	int rc;
   1601 	vmem_t *vm;
   1602 	vmem_addr_t p;
   1603 	struct reg {
   1604 		vmem_addr_t p;
   1605 		vmem_size_t sz;
   1606 		bool x;
   1607 	} *reg = NULL;
   1608 	int nreg = 0;
   1609 	int nalloc = 0;
   1610 	int nfree = 0;
   1611 	vmem_size_t total = 0;
   1612 #if 1
   1613 	vm_flag_t strat = VM_INSTANTFIT;
   1614 #else
   1615 	vm_flag_t strat = VM_BESTFIT;
   1616 #endif
   1617 
   1618 	vm = vmem_create("test", 0, 0, 1, NULL, NULL, NULL, 0, VM_SLEEP,
   1619 #ifdef _KERNEL
   1620 	    IPL_NONE
   1621 #else
   1622 	    0
   1623 #endif
   1624 	    );
   1625 	if (vm == NULL) {
   1626 		printf("vmem_create\n");
   1627 		exit(EXIT_FAILURE);
   1628 	}
   1629 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1630 
   1631 	rc = vmem_add(vm, 0, 50, VM_SLEEP);
   1632 	assert(rc == 0);
   1633 	rc = vmem_add(vm, 100, 200, VM_SLEEP);
   1634 	assert(rc == 0);
   1635 	rc = vmem_add(vm, 2000, 1, VM_SLEEP);
   1636 	assert(rc == 0);
   1637 	rc = vmem_add(vm, 40000, 65536, VM_SLEEP);
   1638 	assert(rc == 0);
   1639 	rc = vmem_add(vm, 10000, 10000, VM_SLEEP);
   1640 	assert(rc == 0);
   1641 	rc = vmem_add(vm, 500, 1000, VM_SLEEP);
   1642 	assert(rc == 0);
   1643 	rc = vmem_add(vm, 0xffffff00, 0x100, VM_SLEEP);
   1644 	assert(rc == 0);
   1645 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x101, 0, 0, 0,
   1646 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1647 	assert(rc != 0);
   1648 	rc = vmem_xalloc(vm, 50, 0, 0, 0, 0, 49, strat|VM_SLEEP, &p);
   1649 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1650 	vmem_xfree(vm, p, 50);
   1651 	rc = vmem_xalloc(vm, 25, 0, 0, 0, 0, 24, strat|VM_SLEEP, &p);
   1652 	assert(rc == 0 && p == 0);
   1653 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1654 	    0xffffff01, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1655 	assert(rc != 0);
   1656 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1657 	    0xffffff00, 0xfffffffe, strat|VM_SLEEP, &p);
   1658 	assert(rc != 0);
   1659 	rc = vmem_xalloc(vm, 0x100, 0, 0, 0,
   1660 	    0xffffff00, 0xffffffff, strat|VM_SLEEP, &p);
   1661 	assert(rc == 0);
   1662 	vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1663 	for (;;) {
   1664 		struct reg *r;
   1665 		int t = rand() % 100;
   1666 
   1667 		if (t > 45) {
   1668 			/* alloc */
   1669 			vmem_size_t sz = rand() % 500 + 1;
   1670 			bool x;
   1671 			vmem_size_t align, phase, nocross;
   1672 			vmem_addr_t minaddr, maxaddr;
   1673 
   1674 			if (t > 70) {
   1675 				x = true;
   1676 				/* XXX */
   1677 				align = 1 << (rand() % 15);
   1678 				phase = rand() % 65536;
   1679 				nocross = 1 << (rand() % 15);
   1680 				if (align <= phase) {
   1681 					phase = 0;
   1682 				}
   1683 				if (VMEM_CROSS_P(phase, phase + sz - 1,
   1684 				    nocross)) {
   1685 					nocross = 0;
   1686 				}
   1687 				do {
   1688 					minaddr = rand() % 50000;
   1689 					maxaddr = rand() % 70000;
   1690 				} while (minaddr > maxaddr);
   1691 				printf("=== xalloc %" PRIu64
   1692 				    " align=%" PRIu64 ", phase=%" PRIu64
   1693 				    ", nocross=%" PRIu64 ", min=%" PRIu64
   1694 				    ", max=%" PRIu64 "\n",
   1695 				    (uint64_t)sz,
   1696 				    (uint64_t)align,
   1697 				    (uint64_t)phase,
   1698 				    (uint64_t)nocross,
   1699 				    (uint64_t)minaddr,
   1700 				    (uint64_t)maxaddr);
   1701 				rc = vmem_xalloc(vm, sz, align, phase, nocross,
   1702 				    minaddr, maxaddr, strat|VM_SLEEP, &p);
   1703 			} else {
   1704 				x = false;
   1705 				printf("=== alloc %" PRIu64 "\n", (uint64_t)sz);
   1706 				rc = vmem_alloc(vm, sz, strat|VM_SLEEP, &p);
   1707 			}
   1708 			printf("-> %" PRIu64 "\n", (uint64_t)p);
   1709 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1710 			if (rc != 0) {
   1711 				if (x) {
   1712 					continue;
   1713 				}
   1714 				break;
   1715 			}
   1716 			nreg++;
   1717 			reg = realloc(reg, sizeof(*reg) * nreg);
   1718 			r = &reg[nreg - 1];
   1719 			r->p = p;
   1720 			r->sz = sz;
   1721 			r->x = x;
   1722 			total += sz;
   1723 			nalloc++;
   1724 		} else if (nreg != 0) {
   1725 			/* free */
   1726 			r = &reg[rand() % nreg];
   1727 			printf("=== free %" PRIu64 ", %" PRIu64 "\n",
   1728 			    (uint64_t)r->p, (uint64_t)r->sz);
   1729 			if (r->x) {
   1730 				vmem_xfree(vm, r->p, r->sz);
   1731 			} else {
   1732 				vmem_free(vm, r->p, r->sz);
   1733 			}
   1734 			total -= r->sz;
   1735 			vmem_dump(vm, vmem_printf);
   1736 			*r = reg[nreg - 1];
   1737 			nreg--;
   1738 			nfree++;
   1739 		}
   1740 		printf("total=%" PRIu64 "\n", (uint64_t)total);
   1741 	}
   1742 	fprintf(stderr, "total=%" PRIu64 ", nalloc=%d, nfree=%d\n",
   1743 	    (uint64_t)total, nalloc, nfree);
   1744 	exit(EXIT_SUCCESS);
   1745 }
   1746 #endif /* defined(UNITTEST) */
   1747