sys/kern/uipc_mbuf.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2004 Jeffrey M. Hsu.  All rights reserved.
   3  * Copyright (c) 2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   6  * by Jeffrey M. Hsu.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  17  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  18  *    from this software without specific, prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  21  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  22  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  23  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  24  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  25  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  26  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  27  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  28  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  29  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  30  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  */
  33
  34 /*
  35  * Copyright (c) 2004 Jeffrey M. Hsu.  All rights reserved.
  36  *
  37  * License terms: all terms for the DragonFly license above plus the following:
  38  *
  39  * 4. All advertising materials mentioning features or use of this software
  40  *    must display the following acknowledgement:
  41  *
  42  *      This product includes software developed by Jeffrey M. Hsu
  43  *      for the DragonFly Project.
  44  *
  45  *    This requirement may be waived with permission from Jeffrey Hsu.
  46  *    This requirement will sunset and may be removed on July 8 2005,
  47  *    after which the standard DragonFly license (as shown above) will
  48  *    apply.
  49  */
  50
  51 /*
  52  * Copyright (c) 1982, 1986, 1988, 1991, 1993
  53  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
  54  *
  55  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  56  * modification, are permitted provided that the following conditions
  57  * are met:
  58  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  59  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  60  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  62  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  63  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  64  *    must display the following acknowledgement:
  65  *      This product includes software developed by the University of
  66  *      California, Berkeley and its contributors.
  67  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  68  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  69  *    without specific prior written permission.
  70  *
  71  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  72  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  73  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  74  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  75  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  76  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  77  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  78  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  79  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  80  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  81  * SUCH DAMAGE.
  82  *
  83  * @(#)uipc_mbuf.c      8.2 (Berkeley) 1/4/94
  84  * $FreeBSD: src/sys/kern/uipc_mbuf.c,v 1.51.2.24 2003/04/15 06:59:29 silby Exp $
  85  * $DragonFly: src/sys/kern/uipc_mbuf.c,v 1.28 2004/09/19 22:32:47 joerg Exp $
  86  */
  87
  88 #include "opt_param.h"
  89 #include "opt_mbuf_stress_test.h"
  90 #include <sys/param.h>
  91 #include <sys/systm.h>
  92 #include <sys/malloc.h>
  93 #include <sys/mbuf.h>
  94 #include <sys/kernel.h>
  95 #include <sys/sysctl.h>
  96 #include <sys/domain.h>
  97 #include <sys/protosw.h>
  98 #include <sys/uio.h>
  99 #include <sys/thread.h>
 100 #include <sys/globaldata.h>
 101 #include <sys/thread2.h>
 102
 103 #include <vm/vm.h>
 104 #include <vm/vm_kern.h>
 105 #include <vm/vm_extern.h>
 106
 107 #ifdef INVARIANTS
 108 #include <machine/cpu.h>
 109 #endif
 110
 111 /*
 112  * mbuf cluster meta-data
 113  */
 114 typedef struct mbcluster {
 115         struct mbcluster *mcl_next;
 116         int32_t mcl_magic;
 117         int32_t mcl_refs;
 118         void    *mcl_data;
 119 } *mbcluster_t;
 120
 121 typedef struct mbuf *mbuf_t;
 122
 123 #define MCL_MAGIC       0x6d62636c
 124
 125 static void mbinit (void *);
 126 SYSINIT(mbuf, SI_SUB_MBUF, SI_ORDER_FIRST, mbinit, NULL)
 127
 128 static u_long   mbtypes[MT_NTYPES];
 129
 130 struct mbstat mbstat;
 131 int     max_linkhdr;
 132 int     max_protohdr;
 133 int     max_hdr;
 134 int     max_datalen;
 135 int     m_defragpackets;
 136 int     m_defragbytes;
 137 int     m_defraguseless;
 138 int     m_defragfailure;
 139 #ifdef MBUF_STRESS_TEST
 140 int     m_defragrandomfailures;
 141 #endif
 142
 143 int     nmbclusters;
 144 int     nmbufs;
 145 u_int   m_mballoc_wid = 0;
 146 u_int   m_clalloc_wid = 0;
 147
 148 SYSCTL_INT(_kern_ipc, KIPC_MAX_LINKHDR, max_linkhdr, CTLFLAG_RW,
 149            &max_linkhdr, 0, "");
 150 SYSCTL_INT(_kern_ipc, KIPC_MAX_PROTOHDR, max_protohdr, CTLFLAG_RW,
 151            &max_protohdr, 0, "");
 152 SYSCTL_INT(_kern_ipc, KIPC_MAX_HDR, max_hdr, CTLFLAG_RW, &max_hdr, 0, "");
 153 SYSCTL_INT(_kern_ipc, KIPC_MAX_DATALEN, max_datalen, CTLFLAG_RW,
 154            &max_datalen, 0, "");
 155 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, mbuf_wait, CTLFLAG_RW,
 156            &mbuf_wait, 0, "");
 157 SYSCTL_STRUCT(_kern_ipc, KIPC_MBSTAT, mbstat, CTLFLAG_RW, &mbstat, mbstat, "");
 158 SYSCTL_OPAQUE(_kern_ipc, OID_AUTO, mbtypes, CTLFLAG_RD, mbtypes,
 159            sizeof(mbtypes), "LU", "");
 160 SYSCTL_INT(_kern_ipc, KIPC_NMBCLUSTERS, nmbclusters, CTLFLAG_RW,
 161            &nmbclusters, 0, "Maximum number of mbuf clusters available");
 162 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, nmbufs, CTLFLAG_RW, &nmbufs, 0,
 163            "Maximum number of mbufs available");
 164 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, m_defragpackets, CTLFLAG_RD,
 165            &m_defragpackets, 0, "");
 166 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, m_defragbytes, CTLFLAG_RD,
 167            &m_defragbytes, 0, "");
 168 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, m_defraguseless, CTLFLAG_RD,
 169            &m_defraguseless, 0, "");
 170 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, m_defragfailure, CTLFLAG_RD,
 171            &m_defragfailure, 0, "");
 172 #ifdef MBUF_STRESS_TEST
 173 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, m_defragrandomfailures, CTLFLAG_RW,
 174            &m_defragrandomfailures, 0, "");
 175 #endif
 176
 177 static int mcl_pool_count;
 178 static int mcl_pool_max = 20;
 179 static int mcl_free_max = 1000;
 180 static int mbuf_free_max = 5000;
 181
 182 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, mcl_pool_max, CTLFLAG_RW, &mcl_pool_max, 0,
 183            "Maximum number of mbufs+cluster in free list");
 184 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, mcl_pool_count, CTLFLAG_RD, &mcl_pool_count, 0,
 185            "Current number of mbufs+cluster in free list");
 186 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, mcl_free_max, CTLFLAG_RW, &mcl_free_max, 0,
 187            "Maximum number of clusters on the free list");
 188 SYSCTL_INT(_kern_ipc, OID_AUTO, mbuf_free_max, CTLFLAG_RW, &mbuf_free_max, 0,
 189            "Maximum number of mbufs on the free list");
 190
 191 static MALLOC_DEFINE(M_MBUF, "mbuf", "mbuf");
 192 static MALLOC_DEFINE(M_MBUFCL, "mbufcl", "mbufcl");
 193
 194 static mbuf_t mmbfree;
 195 static mbcluster_t mclfree;
 196 static struct mbuf *mcl_pool;
 197
 198 static void m_reclaim (void);
 199 static int m_mballoc(int nmb, int how);
 200 static int m_clalloc(int ncl, int how);
 201 static struct mbuf *m_mballoc_wait(int caller, int type);
 202 static void m_mclref(void *arg);
 203 static void m_mclfree(void *arg);
 204
 205 #ifndef NMBCLUSTERS
 206 #define NMBCLUSTERS     (512 + maxusers * 16)
 207 #endif
 208 #ifndef NMBUFS
 209 #define NMBUFS          (nmbclusters * 4)
 210 #endif
 211
 212 /*
 213  * Perform sanity checks of tunables declared above.
 214  */
 215 static void
 216 tunable_mbinit(void *dummy)
 217 {
 218
 219         /*
 220          * This has to be done before VM init.
 221          */
 222         nmbclusters = NMBCLUSTERS;
 223         TUNABLE_INT_FETCH("kern.ipc.nmbclusters", &nmbclusters);
 224         nmbufs = NMBUFS;
 225         TUNABLE_INT_FETCH("kern.ipc.nmbufs", &nmbufs);
 226         /* Sanity checks */
 227         if (nmbufs < nmbclusters * 2)
 228                 nmbufs = nmbclusters * 2;
 229
 230         return;
 231 }
 232 SYSINIT(tunable_mbinit, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_mbinit, NULL);
 233
 234 /* "number of clusters of pages" */
 235 #define NCL_INIT        1
 236
 237 #define NMB_INIT        16
 238
 239 /* ARGSUSED*/
 240 static void
 241 mbinit(void *dummy)
 242 {
 243         int s;
 244
 245         mmbfree = NULL;
 246         mclfree = NULL;
 247         mbstat.m_msize = MSIZE;
 248         mbstat.m_mclbytes = MCLBYTES;
 249         mbstat.m_minclsize = MINCLSIZE;
 250         mbstat.m_mlen = MLEN;
 251         mbstat.m_mhlen = MHLEN;
 252
 253         s = splimp();
 254         if (m_mballoc(NMB_INIT, MB_DONTWAIT) == 0)
 255                 goto bad;
 256 #if MCLBYTES <= PAGE_SIZE
 257         if (m_clalloc(NCL_INIT, MB_DONTWAIT) == 0)
 258                 goto bad;
 259 #else
 260         /* It's OK to call contigmalloc in this context. */
 261         if (m_clalloc(16, MB_WAIT) == 0)
 262                 goto bad;
 263 #endif
 264         splx(s);
 265         return;
 266 bad:
 267         panic("mbinit");
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Allocate at least nmb mbufs and place on mbuf free list.
 272  * Returns the number of mbufs successfully allocated, 0 if none.
 273  *
 274  * Must be called at splimp.
 275  */
 276 static int
 277 m_mballoc(int nmb, int how)
 278 {
 279         int i;
 280         struct mbuf *m;
 281
 282         /*
 283          * If we've hit the mbuf limit, stop allocating (or trying to)
 284          * in order to avoid exhausting kernel memory entirely.
 285          */
 286         if ((nmb + mbstat.m_mbufs) > nmbufs)
 287                 return (0);
 288
 289         /*
 290          * Attempt to allocate the requested number of mbufs, terminate when
 291          * the allocation fails but if blocking is allowed allocate at least
 292          * one.
 293          */
 294         for (i = 0; i < nmb; ++i) {
 295                 m = malloc(MSIZE, M_MBUF, M_NOWAIT|M_NULLOK|M_ZERO);
 296                 if (m == NULL) {
 297                         if (how == MB_WAIT) {
 298                                 mbstat.m_wait++;
 299                                 m = malloc(MSIZE, M_MBUF,
 300                                             M_WAITOK|M_NULLOK|M_ZERO);
 301                         }
 302                         if (m == NULL)
 303                                 break;
 304                 }
 305                 m->m_next = mmbfree;
 306                 mmbfree = m;
 307                 ++mbstat.m_mbufs;
 308                 ++mbtypes[MT_FREE];
 309                 how = MB_DONTWAIT;
 310         }
 311         return(i);
 312 }
 313
 314 /*
 315  * Once mbuf memory has been exhausted and if the call to the allocation macros
 316  * (or, in some cases, functions) is with MB_WAIT, then it is necessary to rely
 317  * solely on reclaimed mbufs. Here we wait for an mbuf to be freed for a
 318  * designated (mbuf_wait) time.
 319  */
 320 static struct mbuf *
 321 m_mballoc_wait(int caller, int type)
 322 {
 323         struct mbuf *m;
 324         int s;
 325
 326         s = splimp();
 327         m_mballoc_wid++;
 328         if ((tsleep(&m_mballoc_wid, 0, "mballc", mbuf_wait)) == EWOULDBLOCK)
 329                 m_mballoc_wid--;
 330         splx(s);
 331
 332         /*
 333          * Now that we (think) that we've got something, we will redo an
 334          * MGET, but avoid getting into another instance of m_mballoc_wait()
 335          * XXX: We retry to fetch _even_ if the sleep timed out. This is left
 336          *      this way, purposely, in the [unlikely] case that an mbuf was
 337          *      freed but the sleep was not awakened in time.
 338          */
 339         m = NULL;
 340         switch (caller) {
 341         case MGET_C:
 342                 MGET(m, MB_DONTWAIT, type);
 343                 break;
 344         case MGETHDR_C:
 345                 MGETHDR(m, MB_DONTWAIT, type);
 346                 break;
 347         default:
 348                 panic("m_mballoc_wait: invalid caller (%d)", caller);
 349         }
 350
 351         s = splimp();
 352         if (m != NULL) {                /* We waited and got something... */
 353                 mbstat.m_wait++;
 354                 /* Wake up another if we have more free. */
 355                 if (mmbfree != NULL)
 356                         MMBWAKEUP();
 357         }
 358         splx(s);
 359         return (m);
 360 }
 361
 362 #if MCLBYTES > PAGE_SIZE
 363 static int i_want_my_mcl;
 364
 365 static void
 366 kproc_mclalloc(void)
 367 {
 368         int status;
 369         int s;
 370
 371         s = splimp();
 372         for (;;) {
 373                 tsleep(&i_want_my_mcl, 0, "mclalloc", 0);
 374
 375                 while (i_want_my_mcl > 0) {
 376                         if (m_clalloc(1, MB_WAIT) == 0)
 377                                 printf("m_clalloc failed even in thread context!\n");
 378                         --i_want_my_mcl;
 379                 }
 380         }
 381         /* not reached */
 382         splx(s);
 383 }
 384
 385 static struct thread *mclallocthread;
 386 static struct kproc_desc mclalloc_kp = {
 387         "mclalloc",
 388         kproc_mclalloc,
 389         &mclallocthread
 390 };
 391 SYSINIT(mclallocthread, SI_SUB_KTHREAD_UPDATE, SI_ORDER_ANY, kproc_start,
 392            &mclalloc_kp);
 393 #endif
 394
 395 /*
 396  * Allocate at least nmb mbuf clusters and place on mbuf free list.
 397  * Returns the number of mbuf clusters successfully allocated, 0 if none.
 398  *
 399  * Must be called at splimp.
 400  */
 401 static int
 402 m_clalloc(int ncl, int how)
 403 {
 404         static int last_report;
 405         mbcluster_t mcl;
 406         void *data;
 407         int i;
 408
 409         /*
 410          * If we've hit the mbuf cluster limit, stop allocating (or trying to).
 411          */
 412         if ((ncl + mbstat.m_clusters) > nmbclusters)
 413                 ncl = 0;
 414
 415         /*
 416          * Attempt to allocate the requested number of mbuf clusters,
 417          * terminate when the allocation fails but if blocking is allowed
 418          * allocate at least one.
 419          *
 420          * We need to allocate two structures for each cluster... a
 421          * ref counting / governing structure and the actual data.  MCLBYTES
 422          * should be a power of 2 which means that the slab allocator will
 423          * return a buffer that does not cross a page boundary.
 424          */
 425         for (i = 0; i < ncl; ++i) {
 426                 /*
 427                  * Meta structure
 428                  */
 429                 mcl = malloc(sizeof(*mcl), M_MBUFCL, M_NOWAIT|M_NULLOK|M_ZERO);
 430                 if (mcl == NULL && how == MB_WAIT) {
 431                         mbstat.m_wait++;
 432                         mcl = malloc(sizeof(*mcl),
 433                                         M_MBUFCL, M_WAITOK|M_NULLOK|M_ZERO);
 434                 }
 435
 436                 /*
 437                  * Physically contiguous data buffer.
 438                  */
 439 #if MCLBYTES > PAGE_SIZE
 440                 if (how != MB_WAIT) {
 441                         i_want_my_mcl += ncl - i;
 442                         wakeup(&i_want_my_mcl);
 443                         mbstat.m_wait++;
 444                         data = NULL;
 445                 } else {
 446                         data = contigmalloc_map(MCLBYTES, M_MBUFCL,
 447                                 M_WAITOK, 0ul, ~0ul, PAGE_SIZE, 0, kernel_map);
 448                 }
 449 #else
 450                 data = malloc(MCLBYTES, M_MBUFCL, M_NOWAIT|M_NULLOK);
 451                 if (data == NULL) {
 452                         if (how == MB_WAIT) {
 453                                 mbstat.m_wait++;
 454                                 data = malloc(MCLBYTES, M_MBUFCL,
 455                                                 M_WAITOK|M_NULLOK);
 456                         }
 457                 }
 458 #endif
 459                 if (data == NULL) {
 460                         free(mcl, M_MBUFCL);
 461                         break;
 462                 }
 463                 mcl->mcl_next = mclfree;
 464                 mcl->mcl_data = data;
 465                 mcl->mcl_magic = MCL_MAGIC;
 466                 mcl->mcl_refs = 0;
 467                 mclfree = mcl;
 468                 ++mbstat.m_clfree;
 469                 ++mbstat.m_clusters;
 470                 how = MB_DONTWAIT;
 471         }
 472
 473         /*
 474          * If we could not allocate any report failure no more often then
 475          * once a second.
 476          */
 477         if (i == 0) {
 478                 mbstat.m_drops++;
 479                 if (ticks < last_report || (ticks - last_report) >= hz) {
 480                         last_report = ticks;
 481                         printf("All mbuf clusters exhausted, please see tuning(7).\n");
 482                 }
 483         }
 484         return (i);
 485 }
 486
 487 /*
 488  * Once cluster memory has been exhausted and the allocation is called with
 489  * MB_WAIT, we rely on the mclfree pointers. If nothing is free, we will
 490  * sleep for a designated amount of time (mbuf_wait) or until we're woken up
 491  * due to sudden mcluster availability.
 492  */
 493 static void
 494 m_clalloc_wait(void)
 495 {
 496         int s;
 497
 498         /* If in interrupt context, and INVARIANTS, maintain sanity and die. */
 499         KASSERT(mycpu->gd_intr_nesting_level == 0,
 500                 ("CLALLOC: CANNOT WAIT IN INTERRUPT"));
 501
 502         /*
 503          * Sleep until something's available or until we expire.
 504          */
 505         m_clalloc_wid++;
 506         if ((tsleep(&m_clalloc_wid, 0, "mclalc", mbuf_wait)) == EWOULDBLOCK)
 507                 m_clalloc_wid--;
 508
 509         /*
 510          * Try the allocation once more, and if we see mor then two
 511          * free entries wake up others as well.
 512          */
 513         m_clalloc(1, MB_WAIT);
 514         s = splimp();
 515         if (mclfree && mclfree->mcl_next) {
 516                 MCLWAKEUP();
 517         }
 518         splx(s);
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Return the number of references to this mbuf's data.  0 is returned
 523  * if the mbuf is not M_EXT, a reference count is returned if it is
 524  * M_EXT|M_EXT_CLUSTER, and 99 is returned if it is a special M_EXT.
 525  */
 526 int
 527 m_sharecount(struct mbuf *m)
 528 {
 529     int count;
 530
 531     switch(m->m_flags & (M_EXT|M_EXT_CLUSTER)) {
 532     case 0:
 533         count = 0;
 534         break;
 535     case M_EXT:
 536         count = 99;
 537         break;
 538     case M_EXT|M_EXT_CLUSTER:
 539         count = ((mbcluster_t)m->m_ext.ext_arg)->mcl_refs;
 540         break;
 541     default:
 542         panic("bad mbuf flags: %p", m);
 543         count = 0;
 544     }
 545     return(count);
 546 }
 547
 548 /*
 549  * change mbuf to new type
 550  */
 551 void
 552 m_chtype(struct mbuf *m, int type)
 553 {
 554         int s;
 555
 556         s = splimp();
 557         --mbtypes[m->m_type];
 558         ++mbtypes[type];
 559         m->m_type = type;
 560         splx(s);
 561 }
 562
 563 /*
 564  * When MGET fails, ask protocols to free space when short of memory,
 565  * then re-attempt to allocate an mbuf.
 566  */
 567 struct mbuf *
 568 m_retry(int how, int t)
 569 {
 570         struct mbuf *m;
 571         int ms;
 572
 573         /*
 574          * Must only do the reclaim if not in an interrupt context.
 575          */
 576         if (how == MB_WAIT) {
 577                 KASSERT(mycpu->gd_intr_nesting_level == 0,
 578                     ("MBALLOC: CANNOT WAIT IN INTERRUPT"));
 579                 m_reclaim();
 580         }
 581
 582         ms = splimp();
 583         if (mmbfree == NULL)
 584                 m_mballoc(1, how);
 585         m = mmbfree;
 586         if (m != NULL) {
 587                 mmbfree = m->m_next;
 588                 mbtypes[MT_FREE]--;
 589                 m->m_type = t;
 590                 mbtypes[t]++;
 591                 m->m_next = NULL;
 592                 m->m_nextpkt = NULL;
 593                 m->m_data = m->m_dat;
 594                 m->m_flags = 0;
 595                 splx(ms);
 596                 mbstat.m_wait++;
 597         } else {
 598                 static int last_report ; /* when we did that (in ticks) */
 599
 600                 splx(ms);
 601                 mbstat.m_drops++;
 602                 if (ticks < last_report || (ticks - last_report) >= hz) {
 603                         last_report = ticks;
 604                         printf("All mbufs exhausted, please see tuning(7).\n");
 605                 }
 606         }
 607         return (m);
 608 }
 609
 610 /*
 611  * As above; retry an MGETHDR.
 612  */
 613 struct mbuf *
 614 m_retryhdr(int how, int t)
 615 {
 616         struct mbuf *m;
 617         int ms;
 618
 619         /*
 620          * Must only do the reclaim if not in an interrupt context.
 621          */
 622         if (how == MB_WAIT) {
 623                 KASSERT(mycpu->gd_intr_nesting_level == 0,
 624                     ("MBALLOC: CANNOT WAIT IN INTERRUPT"));
 625                 m_reclaim();
 626         }
 627
 628         ms = splimp();
 629         if (mmbfree == NULL)
 630                 m_mballoc(1, how);
 631         m = mmbfree;
 632         if (m != NULL) {
 633                 mmbfree = m->m_next;
 634                 mbtypes[MT_FREE]--;
 635                 m->m_type = t;
 636                 mbtypes[t]++;
 637                 m->m_next = NULL;
 638                 m->m_nextpkt = NULL;
 639                 m->m_data = m->m_pktdat;
 640                 m->m_flags = M_PKTHDR;
 641                 m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
 642                 SLIST_INIT(&m->m_pkthdr.tags);
 643                 m->m_pkthdr.csum_flags = 0;
 644                 splx(ms);
 645                 mbstat.m_wait++;
 646         } else {
 647                 static int last_report ; /* when we did that (in ticks) */
 648
 649                 splx(ms);
 650                 mbstat.m_drops++;
 651                 if (ticks < last_report || (ticks - last_report) >= hz) {
 652                         last_report = ticks;
 653                         printf("All mbufs exhausted, please see tuning(7).\n");
 654                 }
 655         }
 656         return (m);
 657 }
 658
 659 static void
 660 m_reclaim(void)
 661 {
 662         struct domain *dp;
 663         struct protosw *pr;
 664         int s;
 665
 666         s = splimp();
 667         for (dp = domains; dp; dp = dp->dom_next) {
 668                 for (pr = dp->dom_protosw; pr < dp->dom_protoswNPROTOSW; pr++) {
 669                         if (pr->pr_drain)
 670                                 (*pr->pr_drain)();
 671                 }
 672         }
 673         splx(s);
 674         mbstat.m_drain++;
 675 }
 676
 677 /*
 678  * Space allocation routines.
 679  * These are also available as macros
 680  * for critical paths.
 681  */
 682 struct mbuf *
 683 m_get(int how, int type)
 684 {
 685         struct mbuf *m;
 686         int ms;
 687
 688         ms = splimp();
 689         if (mmbfree == NULL)
 690                 m_mballoc(1, how);
 691         m = mmbfree;
 692         if (m != NULL) {
 693                 mmbfree = m->m_next;
 694                 mbtypes[MT_FREE]--;
 695                 m->m_type = type;
 696                 mbtypes[type]++;
 697                 m->m_next = NULL;
 698                 m->m_nextpkt = NULL;
 699                 m->m_data = m->m_dat;
 700                 m->m_flags = 0;
 701                 splx(ms);
 702         } else {
 703                 splx(ms);
 704                 m = m_retry(how, type);
 705                 if (m == NULL && how == MB_WAIT)
 706                         m = m_mballoc_wait(MGET_C, type);
 707         }
 708         return (m);
 709 }
 710
 711 struct mbuf *
 712 m_gethdr(int how, int type)
 713 {
 714         struct mbuf *m;
 715         int ms;
 716
 717         ms = splimp();
 718         if (mmbfree == NULL)
 719                 m_mballoc(1, how);
 720         m = mmbfree;
 721         if (m != NULL) {
 722                 mmbfree = m->m_next;
 723                 mbtypes[MT_FREE]--;
 724                 m->m_type = type;
 725                 mbtypes[type]++;
 726                 m->m_next = NULL;
 727                 m->m_nextpkt = NULL;
 728                 m->m_data = m->m_pktdat;
 729                 m->m_flags = M_PKTHDR;
 730                 m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
 731                 SLIST_INIT(&m->m_pkthdr.tags);
 732                 m->m_pkthdr.csum_flags = 0;
 733                 m->m_pkthdr.pf_flags = 0;
 734                 splx(ms);
 735         } else {
 736                 splx(ms);
 737                 m = m_retryhdr(how, type);
 738                 if (m == NULL && how == MB_WAIT)
 739                         m = m_mballoc_wait(MGETHDR_C, type);
 740         }
 741         return (m);
 742 }
 743
 744 struct mbuf *
 745 m_getclr(int how, int type)
 746 {
 747         struct mbuf *m;
 748
 749         if ((m = m_get(how, type)) != NULL) {
 750                 bzero(mtod(m, caddr_t), MLEN);
 751         }
 752         return (m);
 753 }
 754
 755 /*
 756  * m_getcl() returns an mbuf with an attached cluster.
 757  * Because many network drivers use this kind of buffers a lot, it is
 758  * convenient to keep a small pool of free buffers of this kind.
 759  * Even a small size such as 10 gives about 10% improvement in the
 760  * forwarding rate in a bridge or router.
 761  * The size of this free list is controlled by the sysctl variable
 762  * mcl_pool_max. The list is populated on m_freem(), and used in
 763  * m_getcl() if elements are available.
 764  */
 765 struct mbuf *
 766 m_getcl(int how, short type, int flags)
 767 {
 768         int s;
 769         struct mbuf *mp;
 770
 771         s = splimp();
 772         if (flags & M_PKTHDR) {
 773                 if (type == MT_DATA && mcl_pool) {
 774                         mp = mcl_pool;
 775                         mcl_pool = mp->m_nextpkt;
 776                         --mcl_pool_count;
 777                         splx(s);
 778                         mp->m_nextpkt = NULL;
 779                         mp->m_data = mp->m_ext.ext_buf;
 780                         mp->m_flags = M_PKTHDR|M_EXT|M_EXT_CLUSTER;
 781                         mp->m_pkthdr.rcvif = NULL;
 782                         mp->m_pkthdr.csum_flags = 0;
 783                         return mp;
 784                 } else {
 785                         MGETHDR(mp, how, type);
 786                 }
 787         } else {
 788                 MGET(mp, how, type);
 789         }
 790         if (mp) {
 791                 m_mclget(mp, how);
 792                 if ((mp->m_flags & M_EXT) == 0) {
 793                         m_free(mp);
 794                         mp = NULL;
 795                 }
 796         }
 797         splx(s);
 798         return mp;
 799 }
 800
 801 /*
 802  * struct mbuf *
 803  * m_getm(m, len, how, type)
 804  *
 805  * This will allocate len-worth of mbufs and/or mbuf clusters (whatever fits
 806  * best) and return a pointer to the top of the allocated chain. If m is
 807  * non-null, then we assume that it is a single mbuf or an mbuf chain to
 808  * which we want len bytes worth of mbufs and/or clusters attached, and so
 809  * if we succeed in allocating it, we will just return a pointer to m.
 810  *
 811  * If we happen to fail at any point during the allocation, we will free
 812  * up everything we have already allocated and return NULL.
 813  *
 814  */
 815 struct mbuf *
 816 m_getm(struct mbuf *m, int len, int how, int type)
 817 {
 818         struct mbuf *top, *tail, *mp, *mtail = NULL;
 819
 820         KASSERT(len >= 0, ("len is < 0 in m_getm"));
 821
 822         mp = m_get(how, type);
 823         if (mp == NULL) {
 824                 return (NULL);
 825         } else if (len > MINCLSIZE) {
 826                 m_mclget(mp, how);
 827                 if ((mp->m_flags & M_EXT) == 0) {
 828                         m_free(mp);
 829                         return (NULL);
 830                 }
 831         }
 832         mp->m_len = 0;
 833         len -= M_TRAILINGSPACE(mp);
 834
 835         if (m != NULL) {
 836                 for (mtail = m; mtail->m_next != NULL; mtail = mtail->m_next)
 837                         ;
 838         } else {
 839                 m = mp;
 840         }
 841
 842         top = tail = mp;
 843         while (len > 0) {
 844                 mp = m_get(how, type);
 845                 if (mp == NULL)
 846                         goto failed;
 847
 848                 tail->m_next = mp;
 849                 tail = mp;
 850                 if (len > MINCLSIZE) {
 851                         m_mclget(mp, how);
 852                         if ((mp->m_flags & M_EXT) == 0)
 853                                 goto failed;
 854                 }
 855
 856                 mp->m_len = 0;
 857                 len -= M_TRAILINGSPACE(mp);
 858         }
 859
 860         if (mtail != NULL)
 861                 mtail->m_next = top;
 862         return (m);
 863 failed:
 864         m_freem(top);
 865         return (NULL);
 866 }
 867
 868 /*
 869  *  m_mclget() - Adds a cluster to a normal mbuf, M_EXT is set on success.
 870  */
 871 void
 872 m_mclget(struct mbuf *m, int how)
 873 {
 874         mbcluster_t mcl;
 875         int s;
 876
 877         KKASSERT((m->m_flags & M_EXT_OLD) == 0);
 878
 879         s = splimp();
 880         if ((mcl = mclfree) == NULL) {
 881                 m_clalloc(1, how);
 882                 if ((mcl = mclfree) == NULL) {
 883                         if (how == MB_WAIT) {
 884                                 m_clalloc_wait();
 885                                 mcl = mclfree;
 886                         }
 887                 }
 888         }
 889
 890         /*
 891          * Possibly found a cluster, unlink it from the free list and
 892          * set the ref count.
 893          */
 894         if (mcl == NULL) {
 895                 splx(s);
 896                 return;
 897         }
 898         KKASSERT(mcl->mcl_refs == 0);
 899         mclfree = mcl->mcl_next;
 900         mcl->mcl_refs = 1;
 901         --mbstat.m_clfree;
 902         splx(s);
 903
 904         /*
 905          * Add the cluster to the mbuf.
 906          */
 907         m->m_ext.ext_arg = mcl;
 908         m->m_ext.ext_buf = mcl->mcl_data;
 909         m->m_ext.ext_nref.new = m_mclref;
 910         m->m_ext.ext_nfree.new = m_mclfree;
 911         m->m_ext.ext_size = MCLBYTES;
 912
 913         m->m_data = m->m_ext.ext_buf;
 914         m->m_flags |= M_EXT | M_EXT_CLUSTER;
 915 }
 916
 917 static void
 918 m_mclfree(void *arg)
 919 {
 920         mbcluster_t mcl = arg;
 921
 922         KKASSERT(mcl->mcl_magic == MCL_MAGIC);
 923         KKASSERT(mcl->mcl_refs > 0);
 924         crit_enter();
 925         if (--mcl->mcl_refs == 0) {
 926                 if (mbstat.m_clfree < mcl_free_max) {
 927                         mcl->mcl_next = mclfree;
 928                         mclfree = mcl;
 929                         ++mbstat.m_clfree;
 930                         MCLWAKEUP();
 931                 } else {
 932                         mcl->mcl_magic = -1;
 933                         free(mcl->mcl_data, M_MBUFCL);
 934                         free(mcl, M_MBUFCL);
 935                         --mbstat.m_clusters;
 936                 }
 937         }
 938         crit_exit();
 939 }
 940
 941 static void
 942 m_mclref(void *arg)
 943 {
 944         mbcluster_t mcl = arg;
 945
 946         KKASSERT(mcl->mcl_magic == MCL_MAGIC);
 947         crit_enter();
 948         ++mcl->mcl_refs;
 949         crit_exit();
 950 }
 951
 952 /*
 953  * Helper routines for M_EXT reference/free
 954  */
 955 static __inline void
 956 m_extref(const struct mbuf *m)
 957 {
 958         int s;
 959
 960         KKASSERT(m->m_ext.ext_nfree.any != NULL);
 961         s = splimp();
 962         if (m->m_flags & M_EXT_OLD)
 963                 m->m_ext.ext_nref.old(m->m_ext.ext_buf, m->m_ext.ext_size);
 964         else
 965                 m->m_ext.ext_nref.new(m->m_ext.ext_arg);
 966         splx(s);
 967 }
 968
 969 /*
 970  * m_free()
 971  *
 972  * Free a single mbuf and any associated external storage.  The successor,
 973  * if any, is returned.
 974  *
 975  * We do need to check non-first mbuf for m_aux, since some of existing
 976  * code does not call M_PREPEND properly.
 977  * (example: call to bpf_mtap from drivers)
 978  */
 979 struct mbuf *
 980 m_free(struct mbuf *m)
 981 {
 982         int s;
 983         struct mbuf *n;
 984
 985         s = splimp();
 986         KASSERT(m->m_type != MT_FREE, ("freeing free mbuf %p", m));
 987
 988         /*
 989          * Adjust our type count and delete any attached chains if the
 990          * mbuf is a packet header.
 991          */
 992         if ((m->m_flags & M_PKTHDR) != 0)
 993                 m_tag_delete_chain(m, NULL);
 994
 995         /*
 996          * Place the mbuf on the appropriate free list.  Try to maintain a
 997          * small cache of mbuf+cluster pairs.
 998          */
 999         n = m->m_next;
1000         m->m_next = NULL;
1001         if (m->m_flags & M_EXT) {
1002                 KKASSERT(m->m_ext.ext_nfree.any != NULL);
1003                 if (mcl_pool_count < mcl_pool_max && m && m->m_next == NULL &&
1004                     (m->m_flags & (M_PKTHDR|M_EXT_CLUSTER)) == (M_PKTHDR|M_EXT_CLUSTER) &&
1005                     m->m_type == MT_DATA && M_EXT_WRITABLE(m) ) {
1006                         KKASSERT(((mbcluster_t)m->m_ext.ext_arg)->mcl_magic == MCL_MAGIC);
1007                         m->m_nextpkt = mcl_pool;
1008                         mcl_pool = m;
1009                         ++mcl_pool_count;
1010                         m = NULL;
1011                 } else {
1012                         if (m->m_flags & M_EXT_OLD)
1013                                 m->m_ext.ext_nfree.old(m->m_ext.ext_buf, m->m_ext.ext_size);
1014                         else
1015                                 m->m_ext.ext_nfree.new(m->m_ext.ext_arg);
1016                         m->m_flags = 0;
1017                         m->m_ext.ext_arg = NULL;
1018                         m->m_ext.ext_nref.new = NULL;
1019                         m->m_ext.ext_nfree.new = NULL;
1020                 }
1021         }
1022         if (m) {
1023                 --mbtypes[m->m_type];
1024                 if (mbtypes[MT_FREE] < mbuf_free_max) {
1025                         m->m_type = MT_FREE;
1026                         mbtypes[MT_FREE]++;
1027                         m->m_next = mmbfree;
1028                         mmbfree = m;
1029                         MMBWAKEUP();
1030                 } else {
1031                         free(m, M_MBUF);
1032                         --mbstat.m_mbufs;
1033                 }
1034         }
1035         splx(s);
1036         return (n);
1037 }
1038
1039 void
1040 m_freem(struct mbuf *m)
1041 {
1042         int s;
1043
1044         s = splimp();
1045         while (m)
1046                 m = m_free(m);
1047         splx(s);
1048 }
1049
1050 /*
1051  * Mbuffer utility routines.
1052  */
1053
1054 /*
1055  * Lesser-used path for M_PREPEND:
1056  * allocate new mbuf to prepend to chain,
1057  * copy junk along.
1058  */
1059 struct mbuf *
1060 m_prepend(struct mbuf *m, int len, int how)
1061 {
1062         struct mbuf *mn;
1063
1064         MGET(mn, how, m->m_type);
1065         if (mn == (struct mbuf *)NULL) {
1066                 m_freem(m);
1067                 return ((struct mbuf *)NULL);
1068         }
1069         if (m->m_flags & M_PKTHDR)
1070                 M_MOVE_PKTHDR(mn, m);
1071         mn->m_next = m;
1072         m = mn;
1073         if (len < MHLEN)
1074                 MH_ALIGN(m, len);
1075         m->m_len = len;
1076         return (m);
1077 }
1078
1079 /*
1080  * Make a copy of an mbuf chain starting "off0" bytes from the beginning,
1081  * continuing for "len" bytes.  If len is M_COPYALL, copy to end of mbuf.
1082  * The wait parameter is a choice of MB_WAIT/MB_DONTWAIT from caller.
1083  * Note that the copy is read-only, because clusters are not copied,
1084  * only their reference counts are incremented.
1085  */
1086 #define MCFail (mbstat.m_mcfail)
1087
1088 struct mbuf *
1089 m_copym(const struct mbuf *m, int off0, int len, int wait)
1090 {
1091         struct mbuf *n, **np;
1092         int off = off0;
1093         struct mbuf *top;
1094         int copyhdr = 0;
1095
1096         KASSERT(off >= 0, ("m_copym, negative off %d", off));
1097         KASSERT(len >= 0, ("m_copym, negative len %d", len));
1098         if (off == 0 && m->m_flags & M_PKTHDR)
1099                 copyhdr = 1;
1100         while (off > 0) {
1101                 KASSERT(m != NULL, ("m_copym, offset > size of mbuf chain"));
1102                 if (off < m->m_len)
1103                         break;
1104                 off -= m->m_len;
1105                 m = m->m_next;
1106         }
1107         np = &top;
1108         top = 0;
1109         while (len > 0) {
1110                 if (m == 0) {
1111                         KASSERT(len == M_COPYALL,
1112                             ("m_copym, length > size of mbuf chain"));
1113                         break;
1114                 }
1115                 MGET(n, wait, m->m_type);
1116                 *np = n;
1117                 if (n == 0)
1118                         goto nospace;
1119                 if (copyhdr) {
1120                         if (!m_dup_pkthdr(n, m, wait))
1121                                 goto nospace;
1122                         if (len == M_COPYALL)
1123                                 n->m_pkthdr.len -= off0;
1124                         else
1125                                 n->m_pkthdr.len = len;
1126                         copyhdr = 0;
1127                 }
1128                 n->m_len = min(len, m->m_len - off);
1129                 if (m->m_flags & M_EXT) {
1130                         n->m_data = m->m_data + off;
1131                         m_extref(m);
1132                         n->m_ext = m->m_ext;
1133                         n->m_flags |= m->m_flags &
1134                                         (M_EXT | M_EXT_OLD | M_EXT_CLUSTER);
1135                 } else {
1136                         bcopy(mtod(m, caddr_t)+off, mtod(n, caddr_t),
1137                             (unsigned)n->m_len);
1138                 }
1139                 if (len != M_COPYALL)
1140                         len -= n->m_len;
1141                 off = 0;
1142                 m = m->m_next;
1143                 np = &n->m_next;
1144         }
1145         if (top == 0)
1146                 MCFail++;
1147         return (top);
1148 nospace:
1149         m_freem(top);
1150         MCFail++;
1151         return (0);
1152 }
1153
1154 /*
1155  * Copy an entire packet, including header (which must be present).
1156  * An optimization of the common case `m_copym(m, 0, M_COPYALL, how)'.
1157  * Note that the copy is read-only, because clusters are not copied,
1158  * only their reference counts are incremented.
1159  * Preserve alignment of the first mbuf so if the creator has left
1160  * some room at the beginning (e.g. for inserting protocol headers)
1161  * the copies also have the room available.
1162  */
1163 struct mbuf *
1164 m_copypacket(struct mbuf *m, int how)
1165 {
1166         struct mbuf *top, *n, *o;
1167
1168         MGET(n, how, m->m_type);
1169         top = n;
1170         if (!n)
1171                 goto nospace;
1172
1173         if (!m_dup_pkthdr(n, m, how))
1174                 goto nospace;
1175         n->m_len = m->m_len;
1176         if (m->m_flags & M_EXT) {
1177                 n->m_data = m->m_data;
1178                 m_extref(m);
1179                 n->m_ext = m->m_ext;
1180                 n->m_flags |= m->m_flags & (M_EXT | M_EXT_OLD | M_EXT_CLUSTER);
1181         } else {
1182                 n->m_data = n->m_pktdat + (m->m_data - m->m_pktdat );
1183                 bcopy(mtod(m, char *), mtod(n, char *), n->m_len);
1184         }
1185
1186         m = m->m_next;
1187         while (m) {
1188                 MGET(o, how, m->m_type);
1189                 if (!o)
1190                         goto nospace;
1191
1192                 n->m_next = o;
1193                 n = n->m_next;
1194
1195                 n->m_len = m->m_len;
1196                 if (m->m_flags & M_EXT) {
1197                         n->m_data = m->m_data;
1198                         m_extref(m);
1199                         n->m_ext = m->m_ext;
1200                         n->m_flags |= m->m_flags &
1201                                          (M_EXT | M_EXT_OLD | M_EXT_CLUSTER);
1202                 } else {
1203                         bcopy(mtod(m, char *), mtod(n, char *), n->m_len);
1204                 }
1205
1206                 m = m->m_next;
1207         }
1208         return top;
1209 nospace:
1210         m_freem(top);
1211         MCFail++;
1212         return 0;
1213 }
1214
1215 /*
1216  * Copy data from an mbuf chain starting "off" bytes from the beginning,
1217  * continuing for "len" bytes, into the indicated buffer.
1218  */
1219 void
1220 m_copydata(const struct mbuf *m, int off, int len, caddr_t cp)
1221 {
1222         unsigned count;
1223
1224         KASSERT(off >= 0, ("m_copydata, negative off %d", off));
1225         KASSERT(len >= 0, ("m_copydata, negative len %d", len));
1226         while (off > 0) {
1227                 KASSERT(m != NULL, ("m_copydata, offset > size of mbuf chain"));
1228                 if (off < m->m_len)
1229                         break;
1230                 off -= m->m_len;
1231                 m = m->m_next;
1232         }
1233         while (len > 0) {
1234                 KASSERT(m != NULL, ("m_copydata, length > size of mbuf chain"));
1235                 count = min(m->m_len - off, len);
1236                 bcopy(mtod(m, caddr_t) + off, cp, count);
1237                 len -= count;
1238                 cp += count;
1239                 off = 0;
1240                 m = m->m_next;
1241         }
1242 }
1243
1244 /*
1245  * Copy a packet header mbuf chain into a completely new chain, including
1246  * copying any mbuf clusters.  Use this instead of m_copypacket() when
1247  * you need a writable copy of an mbuf chain.
1248  */
1249 struct mbuf *
1250 m_dup(struct mbuf *m, int how)
1251 {
1252         struct mbuf **p, *top = NULL;
1253         int remain, moff, nsize;
1254
1255         /* Sanity check */
1256         if (m == NULL)
1257                 return (0);
1258         KASSERT((m->m_flags & M_PKTHDR) != 0, ("%s: !PKTHDR", __FUNCTION__));
1259
1260         /* While there's more data, get a new mbuf, tack it on, and fill it */
1261         remain = m->m_pkthdr.len;
1262         moff = 0;
1263         p = &top;
1264         while (remain > 0 || top == NULL) {     /* allow m->m_pkthdr.len == 0 */
1265                 struct mbuf *n;
1266
1267                 /* Get the next new mbuf */
1268                 MGET(n, how, m->m_type);
1269                 if (n == NULL)
1270                         goto nospace;
1271                 if (top == NULL) {              /* first one, must be PKTHDR */
1272                         if (!m_dup_pkthdr(n, m, how))
1273                                 goto nospace;
1274                         nsize = MHLEN;
1275                 } else                          /* not the first one */
1276                         nsize = MLEN;
1277                 if (remain >= MINCLSIZE) {
1278                         MCLGET(n, how);
1279                         if ((n->m_flags & M_EXT) == 0) {
1280                                 (void)m_free(n);
1281                                 goto nospace;
1282                         }
1283                         nsize = MCLBYTES;
1284                 }
1285                 n->m_len = 0;
1286
1287                 /* Link it into the new chain */
1288                 *p = n;
1289                 p = &n->m_next;
1290
1291                 /* Copy data from original mbuf(s) into new mbuf */
1292                 while (n->m_len < nsize && m != NULL) {
1293                         int chunk = min(nsize - n->m_len, m->m_len - moff);
1294
1295                         bcopy(m->m_data + moff, n->m_data + n->m_len, chunk);
1296                         moff += chunk;
1297                         n->m_len += chunk;
1298                         remain -= chunk;
1299                         if (moff == m->m_len) {
1300                                 m = m->m_next;
1301                                 moff = 0;
1302                         }
1303                 }
1304
1305                 /* Check correct total mbuf length */
1306                 KASSERT((remain > 0 && m != NULL) || (remain == 0 && m == NULL),
1307                         ("%s: bogus m_pkthdr.len", __FUNCTION__));
1308         }
1309         return (top);
1310
1311 nospace:
1312         m_freem(top);
1313         MCFail++;
1314         return (0);
1315 }
1316
1317 /*
1318  * Concatenate mbuf chain n to m.
1319  * Both chains must be of the same type (e.g. MT_DATA).
1320  * Any m_pkthdr is not updated.
1321  */
1322 void
1323 m_cat(struct mbuf *m, struct mbuf *n)
1324 {
1325         while (m->m_next)
1326                 m = m->m_next;
1327         while (n) {
1328                 if (m->m_flags & M_EXT ||
1329                     m->m_data + m->m_len + n->m_len >= &m->m_dat[MLEN]) {
1330                         /* just join the two chains */
1331                         m->m_next = n;
1332                         return;
1333                 }
1334                 /* splat the data from one into the other */
1335                 bcopy(mtod(n, caddr_t), mtod(m, caddr_t) + m->m_len,
1336                     (u_int)n->m_len);
1337                 m->m_len += n->m_len;
1338                 n = m_free(n);
1339         }
1340 }
1341
1342 void
1343 m_adj(struct mbuf *mp, int req_len)
1344 {
1345         int len = req_len;
1346         struct mbuf *m;
1347         int count;
1348
1349         if ((m = mp) == NULL)
1350                 return;
1351         if (len >= 0) {
1352                 /*
1353                  * Trim from head.
1354                  */
1355                 while (m != NULL && len > 0) {
1356                         if (m->m_len <= len) {
1357                                 len -= m->m_len;
1358                                 m->m_len = 0;
1359                                 m = m->m_next;
1360                         } else {
1361                                 m->m_len -= len;
1362                                 m->m_data += len;
1363                                 len = 0;
1364                         }
1365                 }
1366                 m = mp;
1367                 if (mp->m_flags & M_PKTHDR)
1368                         m->m_pkthdr.len -= (req_len - len);
1369         } else {
1370                 /*
1371                  * Trim from tail.  Scan the mbuf chain,
1372                  * calculating its length and finding the last mbuf.
1373                  * If the adjustment only affects this mbuf, then just
1374                  * adjust and return.  Otherwise, rescan and truncate
1375                  * after the remaining size.
1376                  */
1377                 len = -len;
1378                 count = 0;
1379                 for (;;) {
1380                         count += m->m_len;
1381                         if (m->m_next == (struct mbuf *)0)
1382                                 break;
1383                         m = m->m_next;
1384                 }
1385                 if (m->m_len >= len) {
1386                         m->m_len -= len;
1387                         if (mp->m_flags & M_PKTHDR)
1388                                 mp->m_pkthdr.len -= len;
1389                         return;
1390                 }
1391                 count -= len;
1392                 if (count < 0)
1393                         count = 0;
1394                 /*
1395                  * Correct length for chain is "count".
1396                  * Find the mbuf with last data, adjust its length,
1397                  * and toss data from remaining mbufs on chain.
1398                  */
1399                 m = mp;
1400                 if (m->m_flags & M_PKTHDR)
1401                         m->m_pkthdr.len = count;
1402                 for (; m; m = m->m_next) {
1403                         if (m->m_len >= count) {
1404                                 m->m_len = count;
1405                                 break;
1406                         }
1407                         count -= m->m_len;
1408                 }
1409                 while (m->m_next)
1410                         (m = m->m_next) ->m_len = 0;
1411         }
1412 }
1413
1414 /*
1415  * Rearange an mbuf chain so that len bytes are contiguous
1416  * and in the data area of an mbuf (so that mtod will work for a structure
1417  * of size len).  Returns the resulting mbuf chain on success, frees it and
1418  * returns null on failure.  If there is room, it will add up to
1419  * max_protohdr-len extra bytes to the contiguous region in an attempt to
1420  * avoid being called next time.
1421  */
1422 #define MPFail (mbstat.m_mpfail)
1423
1424 struct mbuf *
1425 m_pullup(struct mbuf *n, int len)
1426 {
1427         struct mbuf *m;
1428         int count;
1429         int space;
1430
1431         /*
1432          * If first mbuf has no cluster, and has room for len bytes
1433          * without shifting current data, pullup into it,
1434          * otherwise allocate a new mbuf to prepend to the chain.
1435          */
1436         if ((n->m_flags & M_EXT) == 0 &&
1437             n->m_data + len < &n->m_dat[MLEN] && n->m_next) {
1438                 if (n->m_len >= len)
1439                         return (n);
1440                 m = n;
1441                 n = n->m_next;
1442                 len -= m->m_len;
1443         } else {
1444                 if (len > MHLEN)
1445                         goto bad;
1446                 MGET(m, MB_DONTWAIT, n->m_type);
1447                 if (m == 0)
1448                         goto bad;
1449                 m->m_len = 0;
1450                 if (n->m_flags & M_PKTHDR)
1451                         M_MOVE_PKTHDR(m, n);
1452         }
1453         space = &m->m_dat[MLEN] - (m->m_data + m->m_len);
1454         do {
1455                 count = min(min(max(len, max_protohdr), space), n->m_len);
1456                 bcopy(mtod(n, caddr_t), mtod(m, caddr_t) + m->m_len,
1457                   (unsigned)count);
1458                 len -= count;
1459                 m->m_len += count;
1460                 n->m_len -= count;
1461                 space -= count;
1462                 if (n->m_len)
1463                         n->m_data += count;
1464                 else
1465                         n = m_free(n);
1466         } while (len > 0 && n);
1467         if (len > 0) {
1468                 (void) m_free(m);
1469                 goto bad;
1470         }
1471         m->m_next = n;
1472         return (m);
1473 bad:
1474         m_freem(n);
1475         MPFail++;
1476         return (0);
1477 }
1478
1479 /*
1480  * Partition an mbuf chain in two pieces, returning the tail --
1481  * all but the first len0 bytes.  In case of failure, it returns NULL and
1482  * attempts to restore the chain to its original state.
1483  *
1484  * Note that the resulting mbufs might be read-only, because the new
1485  * mbuf can end up sharing an mbuf cluster with the original mbuf if
1486  * the "breaking point" happens to lie within a cluster mbuf. Use the
1487  * M_WRITABLE() macro to check for this case.
1488  */
1489 struct mbuf *
1490 m_split(struct mbuf *m0, int len0, int wait)
1491 {
1492         struct mbuf *m, *n;
1493         unsigned len = len0, remain;
1494
1495         for (m = m0; m && len > m->m_len; m = m->m_next)
1496                 len -= m->m_len;
1497         if (m == 0)
1498                 return (0);
1499         remain = m->m_len - len;
1500         if (m0->m_flags & M_PKTHDR) {
1501                 MGETHDR(n, wait, m0->m_type);
1502                 if (n == 0)
1503                         return (0);
1504                 n->m_pkthdr.rcvif = m0->m_pkthdr.rcvif;
1505                 n->m_pkthdr.len = m0->m_pkthdr.len - len0;
1506                 m0->m_pkthdr.len = len0;
1507                 if (m->m_flags & M_EXT)
1508                         goto extpacket;
1509                 if (remain > MHLEN) {
1510                         /* m can't be the lead packet */
1511                         MH_ALIGN(n, 0);
1512                         n->m_next = m_split(m, len, wait);
1513                         if (n->m_next == 0) {
1514                                 (void) m_free(n);
1515                                 return (0);
1516                         } else {
1517                                 n->m_len = 0;
1518                                 return (n);
1519                         }
1520                 } else
1521                         MH_ALIGN(n, remain);
1522         } else if (remain == 0) {
1523                 n = m->m_next;
1524                 m->m_next = 0;
1525                 return (n);
1526         } else {
1527                 MGET(n, wait, m->m_type);
1528                 if (n == 0)
1529                         return (0);
1530                 M_ALIGN(n, remain);
1531         }
1532 extpacket:
1533         if (m->m_flags & M_EXT) {
1534                 n->m_data = m->m_data + len;
1535                 m_extref(m);
1536                 n->m_ext = m->m_ext;
1537                 n->m_flags |= m->m_flags & (M_EXT | M_EXT_OLD | M_EXT_CLUSTER);
1538         } else {
1539                 bcopy(mtod(m, caddr_t) + len, mtod(n, caddr_t), remain);
1540         }
1541         n->m_len = remain;
1542         m->m_len = len;
1543         n->m_next = m->m_next;
1544         m->m_next = 0;
1545         return (n);
1546 }
1547 /*
1548  * Routine to copy from device local memory into mbufs.
1549  */
1550 struct mbuf *
1551 m_devget(char *buf, int totlen, int off0, struct ifnet *ifp,
1552         void (*copy) (char *from, caddr_t to, u_int len))
1553 {
1554         struct mbuf *m;
1555         struct mbuf *top = 0, **mp = &top;
1556         int off = off0, len;
1557         char *cp;
1558         char *epkt;
1559
1560         cp = buf;
1561         epkt = cp + totlen;
1562         if (off) {
1563                 cp += off + 2 * sizeof(u_short);
1564                 totlen -= 2 * sizeof(u_short);
1565         }
1566         MGETHDR(m, MB_DONTWAIT, MT_DATA);
1567         if (m == 0)
1568                 return (0);
1569         m->m_pkthdr.rcvif = ifp;
1570         m->m_pkthdr.len = totlen;
1571         m->m_len = MHLEN;
1572
1573         while (totlen > 0) {
1574                 if (top) {
1575                         MGET(m, MB_DONTWAIT, MT_DATA);
1576                         if (m == 0) {
1577                                 m_freem(top);
1578                                 return (0);
1579                         }
1580                         m->m_len = MLEN;
1581                 }
1582                 len = min(totlen, epkt - cp);
1583                 if (len >= MINCLSIZE) {
1584                         MCLGET(m, MB_DONTWAIT);
1585                         if (m->m_flags & M_EXT)
1586                                 m->m_len = len = min(len, MCLBYTES);
1587                         else
1588                                 len = m->m_len;
1589                 } else {
1590                         /*
1591                          * Place initial small packet/header at end of mbuf.
1592                          */
1593                         if (len < m->m_len) {
1594                                 if (top == 0 && len + max_linkhdr <= m->m_len)
1595                                         m->m_data += max_linkhdr;
1596                                 m->m_len = len;
1597                         } else
1598                                 len = m->m_len;
1599                 }
1600                 if (copy)
1601                         copy(cp, mtod(m, caddr_t), (unsigned)len);
1602                 else
1603                         bcopy(cp, mtod(m, caddr_t), (unsigned)len);
1604                 cp += len;
1605                 *mp = m;
1606                 mp = &m->m_next;
1607                 totlen -= len;
1608                 if (cp == epkt)
1609                         cp = buf;
1610         }
1611         return (top);
1612 }
1613
1614 /*
1615  * Copy data from a buffer back into the indicated mbuf chain,
1616  * starting "off" bytes from the beginning, extending the mbuf
1617  * chain if necessary.
1618  */
1619 void
1620 m_copyback(struct mbuf *m0, int off, int len, caddr_t cp)
1621 {
1622         int mlen;
1623         struct mbuf *m = m0, *n;
1624         int totlen = 0;
1625
1626         if (m0 == 0)
1627                 return;
1628         while (off > (mlen = m->m_len)) {
1629                 off -= mlen;
1630                 totlen += mlen;
1631                 if (m->m_next == 0) {
1632                         n = m_getclr(MB_DONTWAIT, m->m_type);
1633                         if (n == 0)
1634                                 goto out;
1635                         n->m_len = min(MLEN, len + off);
1636                         m->m_next = n;
1637                 }
1638                 m = m->m_next;
1639         }
1640         while (len > 0) {
1641                 mlen = min (m->m_len - off, len);
1642                 bcopy(cp, off + mtod(m, caddr_t), (unsigned)mlen);
1643                 cp += mlen;
1644                 len -= mlen;
1645                 mlen += off;
1646                 off = 0;
1647                 totlen += mlen;
1648                 if (len == 0)
1649                         break;
1650                 if (m->m_next == 0) {
1651                         n = m_get(MB_DONTWAIT, m->m_type);
1652                         if (n == 0)
1653                                 break;
1654                         n->m_len = min(MLEN, len);
1655                         m->m_next = n;
1656                 }
1657                 m = m->m_next;
1658         }
1659 out:    if (((m = m0)->m_flags & M_PKTHDR) && (m->m_pkthdr.len < totlen))
1660                 m->m_pkthdr.len = totlen;
1661 }
1662
1663 void
1664 m_print(const struct mbuf *m)
1665 {
1666         int len;
1667         const struct mbuf *m2;
1668
1669         len = m->m_pkthdr.len;
1670         m2 = m;
1671         while (len) {
1672                 printf("%p %*D\n", m2, m2->m_len, (u_char *)m2->m_data, "-");
1673                 len -= m2->m_len;
1674                 m2 = m2->m_next;
1675         }
1676         return;
1677 }
1678
1679 /*
1680  * "Move" mbuf pkthdr from "from" to "to".
1681  * "from" must have M_PKTHDR set, and "to" must be empty.
1682  */
1683 void
1684 m_move_pkthdr(struct mbuf *to, struct mbuf *from)
1685 {
1686         KASSERT((to->m_flags & M_EXT) == 0, ("m_move_pkthdr: to has cluster"));
1687
1688         to->m_flags = from->m_flags & M_COPYFLAGS;
1689         to->m_data = to->m_pktdat;
1690         to->m_pkthdr = from->m_pkthdr;          /* especially tags */
1691         SLIST_INIT(&from->m_pkthdr.tags);       /* purge tags from src */
1692         from->m_flags &= ~M_PKTHDR;
1693 }
1694
1695 /*
1696  * Duplicate "from"'s mbuf pkthdr in "to".
1697  * "from" must have M_PKTHDR set, and "to" must be empty.
1698  * In particular, this does a deep copy of the packet tags.
1699  */
1700 int
1701 m_dup_pkthdr(struct mbuf *to, const struct mbuf *from, int how)
1702 {
1703         to->m_flags = (from->m_flags & M_COPYFLAGS) | (to->m_flags & M_EXT);
1704         if ((to->m_flags & M_EXT) == 0)
1705                 to->m_data = to->m_pktdat;
1706         to->m_pkthdr = from->m_pkthdr;
1707         SLIST_INIT(&to->m_pkthdr.tags);
1708         return (m_tag_copy_chain(to, from, how));
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Defragment a mbuf chain, returning the shortest possible
1713  * chain of mbufs and clusters.  If allocation fails and
1714  * this cannot be completed, NULL will be returned, but
1715  * the passed in chain will be unchanged.  Upon success,
1716  * the original chain will be freed, and the new chain
1717  * will be returned.
1718  *
1719  * If a non-packet header is passed in, the original
1720  * mbuf (chain?) will be returned unharmed.
1721  */
1722 struct mbuf *
1723 m_defrag(struct mbuf *m0, int how)
1724 {
1725         struct mbuf     *m_new = NULL, *m_final = NULL;
1726         int             progress = 0, length;
1727
1728         if (!(m0->m_flags & M_PKTHDR))
1729                 return (m0);
1730
1731 #ifdef MBUF_STRESS_TEST
1732         if (m_defragrandomfailures) {
1733                 int temp = arc4random() & 0xff;
1734                 if (temp == 0xba)
1735                         goto nospace;
1736         }
1737 #endif
1738
1739         if (m0->m_pkthdr.len > MHLEN)
1740                 m_final = m_getcl(how, MT_DATA, M_PKTHDR);
1741         else
1742                 m_final = m_gethdr(how, MT_DATA);
1743
1744         if (m_final == NULL)
1745                 goto nospace;
1746
1747         if (m_dup_pkthdr(m_final, m0, how) == NULL)
1748                 goto nospace;
1749
1750         m_new = m_final;
1751
1752         while (progress < m0->m_pkthdr.len) {
1753                 length = m0->m_pkthdr.len - progress;
1754                 if (length > MCLBYTES)
1755                         length = MCLBYTES;
1756
1757                 if (m_new == NULL) {
1758                         if (length > MLEN)
1759                                 m_new = m_getcl(how, MT_DATA, 0);
1760                         else
1761                                 m_new = m_get(how, MT_DATA);
1762                         if (m_new == NULL)
1763                                 goto nospace;
1764                 }
1765
1766                 m_copydata(m0, progress, length, mtod(m_new, caddr_t));
1767                 progress += length;
1768                 m_new->m_len = length;
1769                 if (m_new != m_final)
1770                         m_cat(m_final, m_new);
1771                 m_new = NULL;
1772         }
1773         if (m0->m_next == NULL)
1774                 m_defraguseless++;
1775         m_freem(m0);
1776         m0 = m_final;
1777         m_defragpackets++;
1778         m_defragbytes += m0->m_pkthdr.len;
1779         return (m0);
1780 nospace:
1781         m_defragfailure++;
1782         if (m_new)
1783                 m_free(m_new);
1784         if (m_final)
1785                 m_freem(m_final);
1786         return (NULL);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Move data from uio into mbufs.
1791  * A length of zero means copy the whole uio.
1792  */
1793 struct mbuf *
1794 m_uiomove(struct uio *uio, int wait, int len0)
1795 {
1796         struct mbuf *head;              /* result mbuf chain */
1797         struct mbuf *m;                 /* current working mbuf */
1798         struct mbuf **mp;
1799         int resid, datalen, error;
1800
1801         resid = (len0 == 0) ? uio->uio_resid : min(len0, uio->uio_resid);
1802
1803         head = NULL;
1804         mp = &head;
1805         do {
1806                 if (resid > MHLEN) {
1807                         m = m_getcl(wait, MT_DATA, head == NULL ? M_PKTHDR : 0);
1808                         if (m == NULL)
1809                                 goto failed;
1810                         if (m->m_flags & M_PKTHDR)
1811                                 m->m_pkthdr.len = 0;
1812                 } else {
1813                         if (head == NULL) {
1814                                 MGETHDR(m, wait, MT_DATA);
1815                                 if (m == NULL)
1816                                         goto failed;
1817                                 m->m_pkthdr.len = 0;
1818                                 /* Leave room for protocol headers. */
1819                                 if (resid < MHLEN)
1820                                         MH_ALIGN(m, resid);
1821                         } else {
1822                                 MGET(m, wait, MT_DATA);
1823                                 if (m == NULL)
1824                                         goto failed;
1825                         }
1826                 }
1827                 datalen = min(MCLBYTES, resid);
1828                 error = uiomove(mtod(m, caddr_t), datalen, uio);
1829                 if (error) {
1830                         m_free(m);
1831                         goto failed;
1832                 }
1833                 m->m_len = datalen;
1834                 *mp = m;
1835                 mp = &m->m_next;
1836                 head->m_pkthdr.len += datalen;
1837                 resid -= datalen;
1838         } while (resid > 0);
1839
1840         return (head);
1841
1842 failed:
1843         if (head)
1844                 m_freem(head);
1845         return (NULL);
1846 }