kmalloc: Use 'fls' to round up the size to the nearest power of 2
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_slaballoc.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * KERN_SLABALLOC.C     - Kernel SLAB memory allocator
5  * 
6  * Copyright (c) 2003,2004,2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
7  * 
8  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
9  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
10  * 
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
19  *    the documentation and/or other materials provided with the
20  *    distribution.
21  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
22  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
23  *    from this software without specific, prior written permission.
24  * 
25  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
26  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
27  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
28  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
29  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
30  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
31  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
32  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
33  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
34  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
35  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  * This module implements a slab allocator drop-in replacement for the
39  * kernel malloc().
40  *
41  * A slab allocator reserves a ZONE for each chunk size, then lays the
42  * chunks out in an array within the zone.  Allocation and deallocation
43  * is nearly instantanious, and fragmentation/overhead losses are limited
44  * to a fixed worst-case amount.
45  *
46  * The downside of this slab implementation is in the chunk size
47  * multiplied by the number of zones.  ~80 zones * 128K = 10MB of VM per cpu.
48  * In a kernel implementation all this memory will be physical so
49  * the zone size is adjusted downward on machines with less physical
50  * memory.  The upside is that overhead is bounded... this is the *worst*
51  * case overhead.
52  *
53  * Slab management is done on a per-cpu basis and no locking or mutexes
54  * are required, only a critical section.  When one cpu frees memory
55  * belonging to another cpu's slab manager an asynchronous IPI message
56  * will be queued to execute the operation.   In addition, both the
57  * high level slab allocator and the low level zone allocator optimize
58  * M_ZERO requests, and the slab allocator does not have to pre initialize
59  * the linked list of chunks.
60  *
61  * XXX Balancing is needed between cpus.  Balance will be handled through
62  * asynchronous IPIs primarily by reassigning the z_Cpu ownership of chunks.
63  *
64  * XXX If we have to allocate a new zone and M_USE_RESERVE is set, use of
65  * the new zone should be restricted to M_USE_RESERVE requests only.
66  *
67  *      Alloc Size      Chunking        Number of zones
68  *      0-127           8               16
69  *      128-255         16              8
70  *      256-511         32              8
71  *      512-1023        64              8
72  *      1024-2047       128             8
73  *      2048-4095       256             8
74  *      4096-8191       512             8
75  *      8192-16383      1024            8
76  *      16384-32767     2048            8
77  *      (if PAGE_SIZE is 4K the maximum zone allocation is 16383)
78  *
79  *      Allocations >= ZoneLimit go directly to kmem.
80  *
81  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
82  *
83  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
84  *    have remained compatible with the following API requirements:
85  *
86  *    + small power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (kern_tty)
87  *    + all power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (twe)
88  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
89  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
90  */
91
92 #include "opt_vm.h"
93
94 #include <sys/param.h>
95 #include <sys/systm.h>
96 #include <sys/kernel.h>
97 #include <sys/slaballoc.h>
98 #include <sys/mbuf.h>
99 #include <sys/vmmeter.h>
100 #include <sys/lock.h>
101 #include <sys/thread.h>
102 #include <sys/globaldata.h>
103 #include <sys/sysctl.h>
104 #include <sys/ktr.h>
105
106 #include <vm/vm.h>
107 #include <vm/vm_param.h>
108 #include <vm/vm_kern.h>
109 #include <vm/vm_extern.h>
110 #include <vm/vm_object.h>
111 #include <vm/pmap.h>
112 #include <vm/vm_map.h>
113 #include <vm/vm_page.h>
114 #include <vm/vm_pageout.h>
115
116 #include <machine/cpu.h>
117
118 #include <sys/thread2.h>
119
120 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
121
122 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%lu flags=%04x"
123 #define MEMORY_ARGS     void *ptr, void *type, unsigned long size, int flags
124
125 #if !defined(KTR_MEMORY)
126 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
127 #endif
128 KTR_INFO_MASTER(memory);
129 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin");
130 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
131 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
132 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
133 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
134 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
135 #ifdef SMP
136 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
139 #endif
140 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin");
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end");
142
143 #define logmemory(name, ptr, type, size, flags)                         \
144         KTR_LOG(memory_ ## name, ptr, type, size, flags)
145 #define logmemory_quick(name)                                           \
146         KTR_LOG(memory_ ## name)
147
148 /*
149  * Fixed globals (not per-cpu)
150  */
151 static int ZoneSize;
152 static int ZoneLimit;
153 static int ZonePageCount;
154 static uintptr_t ZoneMask;
155 static int ZoneBigAlloc;                /* in KB */
156 static int ZoneGenAlloc;                /* in KB */
157 struct malloc_type *kmemstatistics;     /* exported to vmstat */
158 static int32_t weirdary[16];
159
160 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
161 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
162
163 #if defined(INVARIANTS)
164 static void chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk);
165 static void chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk);
166 #else
167 #define chunk_mark_allocated(z, chunk)
168 #define chunk_mark_free(z, chunk)
169 #endif
170
171 /*
172  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
173  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
174  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
175  */
176 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
177 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
178 #define ZONE_RELS_THRESH        32              /* threshold number of zones */
179 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
180
181 /*
182  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
183  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
184  * free.
185  */    
186 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
187 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
188 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
189
190 /*
191  * Misc global malloc buckets
192  */
193
194 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
195 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
196 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
197  
198 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
199 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
200
201 /*
202  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
203  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
204  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
205  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
206  * (typically 32K min, 128K max). 
207  */
208 static void kmeminit(void *dummy);
209
210 char *ZeroPage;
211
212 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
213
214 #ifdef INVARIANTS
215 /*
216  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
217  */
218 static int  use_malloc_pattern;
219 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
220     &use_malloc_pattern, 0,
221     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
222 #endif
223
224 static int ZoneRelsThresh = ZONE_RELS_THRESH;
225 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
227 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_cache, CTLFLAG_RW, &ZoneRelsThresh, 0, "");
228
229 /*
230  * Returns the kernel memory size limit for the purposes of initializing
231  * various subsystem caches.  The smaller of available memory and the KVM
232  * memory space is returned.
233  *
234  * The size in megabytes is returned.
235  */
236 size_t
237 kmem_lim_size(void)
238 {
239     size_t limsize;
240
241     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
242     if (limsize > KvaSize)
243         limsize = KvaSize;
244     return (limsize / (1024 * 1024));
245 }
246
247 static void
248 kmeminit(void *dummy)
249 {
250     size_t limsize;
251     int usesize;
252     int i;
253
254     limsize = kmem_lim_size();
255     usesize = (int)(limsize * 1024);    /* convert to KB */
256
257     /*
258      * If the machine has a large KVM space and more than 8G of ram,
259      * double the zone release threshold to reduce SMP invalidations.
260      * If more than 16G of ram, do it again.
261      *
262      * The BIOS eats a little ram so add some slop.  We want 8G worth of
263      * memory sticks to trigger the first adjustment.
264      */
265     if (ZoneRelsThresh == ZONE_RELS_THRESH) {
266             if (limsize >= 7 * 1024)
267                     ZoneRelsThresh *= 2;
268             if (limsize >= 15 * 1024)
269                     ZoneRelsThresh *= 2;
270     }
271
272     /*
273      * Calculate the zone size.  This typically calculates to
274      * ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE
275      */
276     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
277     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
278         ZoneSize <<= 1;
279     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
280     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
281         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
282     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
283     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
284
285     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
286         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
287
288     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
289
290     if (bootverbose)
291         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
292 }
293
294 /*
295  * Initialize a malloc type tracking structure.
296  */
297 void
298 malloc_init(void *data)
299 {
300     struct malloc_type *type = data;
301     size_t limsize;
302
303     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
304         panic("malloc type lacks magic");
305                                            
306     if (type->ks_limit != 0)
307         return;
308
309     if (vmstats.v_page_count == 0)
310         panic("malloc_init not allowed before vm init");
311
312     limsize = kmem_lim_size() * (1024 * 1024);
313     type->ks_limit = limsize / 10;
314
315     type->ks_next = kmemstatistics;
316     kmemstatistics = type;
317 }
318
319 void
320 malloc_uninit(void *data)
321 {
322     struct malloc_type *type = data;
323     struct malloc_type *t;
324 #ifdef INVARIANTS
325     int i;
326     long ttl;
327 #endif
328
329     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
330         panic("malloc type lacks magic");
331
332     if (vmstats.v_page_count == 0)
333         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
334
335     if (type->ks_limit == 0)
336         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
337
338 #ifdef SMP
339     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
340     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
341 #endif
342
343 #ifdef INVARIANTS
344     /*
345      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
346      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
347      * negative or positive (canceling each other out).
348      */
349     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
350         ttl += type->ks_memuse[i];
351     if (ttl) {
352         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
353             ttl, type->ks_shortdesc, i);
354     }
355 #endif
356     if (type == kmemstatistics) {
357         kmemstatistics = type->ks_next;
358     } else {
359         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
360             if (t->ks_next == type) {
361                 t->ks_next = type->ks_next;
362                 break;
363             }
364         }
365     }
366     type->ks_next = NULL;
367     type->ks_limit = 0;
368 }
369
370 /*
371  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
372  * are the made if the pool would shrink.
373  */
374 void
375 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
376 {
377     if (type->ks_limit == 0)
378         malloc_init(type);
379     if (bytes == 0)
380         bytes = KvaSize;
381     if (type->ks_limit < bytes)
382         type->ks_limit = bytes;
383 }
384
385 /*
386  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
387  * already non-NULL.
388  */
389 void
390 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
391 {
392         struct malloc_type *type;
393
394         if (*typep == NULL) {
395                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
396                 type->ks_magic = M_MAGIC;
397                 type->ks_shortdesc = descr;
398                 malloc_init(type);
399                 *typep = type;
400         }
401 }
402
403 /*
404  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
405  * the pool has already been destroyed.
406  */
407 void
408 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
409 {
410         if (*typep != NULL) {
411                 malloc_uninit(*typep);
412                 kfree(*typep, M_TEMP);
413                 *typep = NULL;
414         }
415 }
416
417 /*
418  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
419  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
420  */
421 static __inline int
422 zoneindex(unsigned long *bytes)
423 {
424     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
425     if (n < 128) {
426         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
427         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
428     }
429     if (n < 256) {
430         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
431         return(n / 16 + 7);
432     }
433     if (n < 8192) {
434         if (n < 512) {
435             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
436             return(n / 32 + 15);
437         }
438         if (n < 1024) {
439             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
440             return(n / 64 + 23);
441         } 
442         if (n < 2048) {
443             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
444             return(n / 128 + 31);
445         }
446         if (n < 4096) {
447             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
448             return(n / 256 + 39);
449         }
450         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
451         return(n / 512 + 47);
452     }
453 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
454     if (n < 16384) {
455         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
456         return(n / 1024 + 55);
457     }
458 #endif
459 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
460     if (n < 32768) {
461         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
462         return(n / 2048 + 63);
463     }
464 #endif
465     panic("Unexpected byte count %d", n);
466     return(0);
467 }
468
469 #ifdef SLAB_DEBUG
470 /*
471  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
472  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
473  */
474
475 static void
476 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
477 {
478     int i;
479     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
480
481     i = b;
482     do {
483         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
484                 return;
485         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
486                 break;
487         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
488     } while (i != b);
489     z->z_Sources[i].file = file;
490     z->z_Sources[i].line = line;
491 }
492
493 #endif
494
495 static __inline unsigned long
496 powerof2_size(unsigned long size)
497 {
498         int i, wt;
499
500         if (size == 0)
501                 return 0;
502
503         i = flsl(size);
504         wt = (size & ~(1 << (i - 1)));
505         if (!wt)
506                 --i;
507
508         return (1UL << i);
509 }
510
511 /*
512  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
513  *
514  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
515  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
516  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
517  *      &SlabMisc if you don't care.
518  *
519  *      M_RNOWAIT       - don't block.
520  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
521  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
522  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
523  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
524  *      M_POWEROF2      - roundup size to the nearest power of 2
525  *
526  * MPSAFE
527  */
528
529 #ifdef SLAB_DEBUG
530 void *
531 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
532               const char *file, int line)
533 #else
534 void *
535 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
536 #endif
537 {
538     SLZone *z;
539     SLChunk *chunk;
540 #ifdef SMP
541     SLChunk *bchunk;
542 #endif
543     SLGlobalData *slgd;
544     struct globaldata *gd;
545     int zi;
546 #ifdef INVARIANTS
547     int i;
548 #endif
549
550     logmemory_quick(malloc_beg);
551     gd = mycpu;
552     slgd = &gd->gd_slab;
553
554     /*
555      * XXX silly to have this in the critical path.
556      */
557     if (type->ks_limit == 0) {
558         crit_enter();
559         if (type->ks_limit == 0)
560             malloc_init(type);
561         crit_exit();
562     }
563     ++type->ks_calls;
564
565     if (flags & M_POWEROF2)
566         size = powerof2_size(size);
567
568     /*
569      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
570      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
571      * simply deadlock the computer.
572      *
573      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
574      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
575      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
576      */
577     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
578         int i;
579         long ttl;
580
581         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
582             ttl += type->ks_memuse[i];
583         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
584         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
585                 ttl = 0;
586         if (ttl >= type->ks_limit) {
587             if (flags & M_NULLOK) {
588                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
589                 return(NULL);
590             }
591             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
592         }
593     }
594
595     /*
596      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
597      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
598      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
599      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
600      * also realloc() later on.  Joy.
601      */
602     if (size == 0) {
603         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
604         return(ZERO_LENGTH_PTR);
605     }
606
607     /*
608      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
609      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
610      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
611      *
612      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
613      *       might race another cpu allocating the kva and setting
614      *       ku_pagecnt.
615      */
616     while (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
617         crit_enter();
618         if (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh) {        /* crit sect race */
619             int *kup;
620
621             z = slgd->FreeZones;
622             slgd->FreeZones = z->z_Next;
623             --slgd->NFreeZones;
624             kup = btokup(z);
625             *kup = 0;
626             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
627             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -ZoneSize / 1024);
628         }
629         crit_exit();
630     }
631
632     /*
633      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
634      */
635     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
636         crit_enter();
637         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
638             vm_size_t tsize;
639
640             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
641             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
642             tsize = z->z_ChunkSize;
643             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
644             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
645         }
646         crit_exit();
647     }
648
649     /*
650      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
651      * these so performance is not a big issue.
652      *
653      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
654      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
655      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
656      */
657     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
658         int *kup;
659
660         size = round_page(size);
661         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
662         if (chunk == NULL) {
663             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
664             return(NULL);
665         }
666         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
667         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
668         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
669         kup = btokup(chunk);
670         *kup = size / PAGE_SIZE;
671         crit_enter();
672         goto done;
673     }
674
675     /*
676      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
677      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
678      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
679      * (we might have thousands of zones in the list).
680      *
681      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
682      */
683     zi = zoneindex(&size);
684     KKASSERT(zi < NZONES);
685     crit_enter();
686
687     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
688         /*
689          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
690          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
691          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
692          * the ZoneAry.
693          */
694         if (--z->z_NFree <= 0) {
695             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
696
697 #ifdef SMP
698             /*
699              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
700              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
701              * it is ok if more accumulate after we're done.
702              *
703              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
704              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
705              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
706              * their IPI signaling.
707              */
708             if (z->z_RChunks == NULL)
709                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
710
711             while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
712                 cpu_ccfence();
713                 if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
714                     *z->z_LChunksp = bchunk;
715                     while (bchunk) {
716                         chunk_mark_free(z, bchunk);
717                         z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
718                         bchunk = bchunk->c_Next;
719                         ++z->z_NFree;
720                     }
721                     break;
722                 }
723             }
724 #endif
725             /*
726              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
727              * Clear RSignal
728              */
729             if (z->z_NFree == 0) {
730                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
731                 z->z_Next = NULL;
732             } else {
733                 z->z_RSignal = 0;
734             }
735         }
736
737         /*
738          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
739          */
740         chunk = z->z_LChunks;
741         if (chunk) {
742                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
743                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
744                 if (z->z_LChunks == NULL)
745                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
746 #ifdef SLAB_DEBUG
747                 slab_record_source(z, file, line);
748 #endif
749                 goto done;
750         }
751
752         /*
753          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
754          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
755          *
756          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
757          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
758          */
759         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
760             ++z->z_UIndex;
761         else
762             z->z_UIndex = 0;
763
764         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
765             panic("slaballoc: corrupted zone");
766
767         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
768         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
769             flags &= ~M_ZERO;
770             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
771         }
772         chunk_mark_allocated(z, chunk);
773 #ifdef SLAB_DEBUG
774         slab_record_source(z, file, line);
775 #endif
776         goto done;
777     }
778
779     /*
780      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
781      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
782      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
783      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
784      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
785      *
786      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
787      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
788      * adjusting the base offset below.
789      */
790     {
791         int off;
792         int *kup;
793
794         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
795             slgd->FreeZones = z->z_Next;
796             --slgd->NFreeZones;
797             bzero(z, sizeof(SLZone));
798             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
799         } else {
800             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
801             if (z == NULL)
802                 goto fail;
803             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, ZoneSize / 1024);
804         }
805
806         /*
807          * How big is the base structure?
808          */
809 #if defined(INVARIANTS)
810         /*
811          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
812          * complicated so don't make an exact calculation.
813          */
814         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
815         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
816 #else
817         off = sizeof(SLZone);
818 #endif
819
820         /*
821          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
822          * Otherwise just 8-byte align the data.
823          */
824         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
825             off = (off + size - 1) & ~(size - 1);
826         else
827             off = (off + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
828         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
829         z->z_ZoneIndex = zi;
830         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
831         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
832         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
833         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
834         z->z_ChunkSize = size;
835         z->z_CpuGd = gd;
836         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
837         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
838 #ifdef SLAB_DEBUG
839         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
840         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
841 #endif
842         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
843         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
844         slgd->ZoneAry[zi] = z;
845         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
846             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
847             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
848         }
849         kup = btokup(z);
850         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
851         chunk_mark_allocated(z, chunk);
852 #ifdef SLAB_DEBUG
853         slab_record_source(z, file, line);
854 #endif
855
856         /*
857          * Slide the base index for initial allocations out of the next
858          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
859          * cpu memory caches.
860          */
861         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
862                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
863     }
864
865 done:
866     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
867     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
868     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
869     crit_exit();
870
871     if (flags & M_ZERO)
872         bzero(chunk, size);
873 #ifdef INVARIANTS
874     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
875         if (use_malloc_pattern) {
876             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
877                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
878             }
879         }
880         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
881     }
882 #endif
883     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
884     return(chunk);
885 fail:
886     crit_exit();
887     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
888     return(NULL);
889 }
890
891 /*
892  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
893  *
894  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
895  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
896  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
897  */
898 #ifdef SLAB_DEBUG
899 void *
900 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
901                struct malloc_type *type, int flags,
902                const char *file, int line)
903 #else
904 void *
905 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
906 #endif
907 {
908     unsigned long osize;
909     SLZone *z;
910     void *nptr;
911     int *kup;
912
913     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
914
915     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
916         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
917     if (size == 0) {
918         kfree(ptr, type);
919         return(NULL);
920     }
921
922     /*
923      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
924      * size be passed to free() instead of this nonsense.
925      */
926     kup = btokup(ptr);
927     if (*kup > 0) {
928         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
929         if (osize == round_page(size))
930             return(ptr);
931         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
932             return(NULL);
933         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
934         kfree(ptr, type);
935         return(nptr);
936     }
937
938     /*
939      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
940      * using the same chunk size we do not have to do anything.
941      */
942     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
943     kup = btokup(z);
944     KKASSERT(*kup < 0);
945     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
946
947     /*
948      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
949      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
950      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
951      *
952      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
953      * necessary align the result.
954      *
955      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
956      * size is not too large.
957      */
958     if (size < ZoneLimit) {
959         zoneindex(&size);
960         if (z->z_ChunkSize == size)
961             return(ptr);
962     }
963     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
964         return(NULL);
965     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
966     kfree(ptr, type);
967     return(nptr);
968 }
969
970 /*
971  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
972  */
973 long
974 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
975 {
976     if (type->ks_limit == 0) {
977         crit_enter();
978         if (type->ks_limit == 0)
979             malloc_init(type);
980         crit_exit();
981     }
982     return(type->ks_limit);
983 }
984
985 /*
986  * Allocate a copy of the specified string.
987  *
988  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
989  */
990 #ifdef SLAB_DEBUG
991 char *
992 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
993               const char *file, int line)
994 #else
995 char *
996 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
997 #endif
998 {
999     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1000     char *nstr;
1001
1002     if (str == NULL)
1003         return(NULL);
1004     zlen = strlen(str) + 1;
1005     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1006     bcopy(str, nstr, zlen);
1007     return(nstr);
1008 }
1009
1010 #ifdef SMP
1011 /*
1012  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
1013  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
1014  * that it really is.
1015  */
1016 static
1017 void
1018 kfree_remote(void *ptr)
1019 {
1020     SLGlobalData *slgd;
1021     SLChunk *bchunk;
1022     SLZone *z;
1023     int nfree;
1024     int *kup;
1025
1026     slgd = &mycpu->gd_slab;
1027     z = ptr;
1028     kup = btokup(z);
1029     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
1030     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
1031     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1032
1033     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0L, 0);
1034     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1035     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
1036     nfree = z->z_NFree;
1037
1038     /*
1039      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
1040      * clearing RSignal.
1041      */
1042     if (z->z_RChunks)
1043         z->z_RSignal = 0;
1044
1045     /*
1046      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
1047      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
1048      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
1049      * cache mastership of the related data (not that it helps since
1050      * we are using c_Next).
1051      */
1052     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
1053         cpu_ccfence();
1054         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
1055             *z->z_LChunksp = bchunk;
1056             while (bchunk) {
1057                     chunk_mark_free(z, bchunk);
1058                     z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
1059                     bchunk = bchunk->c_Next;
1060                     ++z->z_NFree;
1061             }
1062             break;
1063         }
1064     }
1065     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1066         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1067         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1068     }
1069
1070     /*
1071      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1072      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1073      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1074      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1075      *
1076      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
1077      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
1078      * zone.
1079      */
1080     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
1081         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1082         z->z_RCount == 0
1083     ) {
1084         SLZone **pz;
1085         int *kup;
1086
1087         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1088              z != *pz;
1089              pz = &(*pz)->z_Next) {
1090             ;
1091         }
1092         *pz = z->z_Next;
1093         z->z_Magic = -1;
1094         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1095         slgd->FreeZones = z;
1096         ++slgd->NFreeZones;
1097         kup = btokup(z);
1098         *kup = 0;
1099     }
1100     logmemory(free_rem_end, z, bchunk, 0L, 0);
1101 }
1102
1103 #endif
1104
1105 /*
1106  * free (SLAB ALLOCATOR)
1107  *
1108  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1109  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1110  * checking memory limits in malloc.
1111  *
1112  * MPSAFE
1113  */
1114 void
1115 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1116 {
1117     SLZone *z;
1118     SLChunk *chunk;
1119     SLGlobalData *slgd;
1120     struct globaldata *gd;
1121     int *kup;
1122     unsigned long size;
1123 #ifdef SMP
1124     SLChunk *bchunk;
1125     int rsignal;
1126 #endif
1127
1128     logmemory_quick(free_beg);
1129     gd = mycpu;
1130     slgd = &gd->gd_slab;
1131
1132     if (ptr == NULL)
1133         panic("trying to free NULL pointer");
1134
1135     /*
1136      * Handle special 0-byte allocations
1137      */
1138     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1139         logmemory(free_zero, ptr, type, -1UL, 0);
1140         logmemory_quick(free_end);
1141         return;
1142     }
1143
1144     /*
1145      * Panic on bad malloc type
1146      */
1147     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1148         panic("free: malloc type lacks magic");
1149
1150     /*
1151      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1152      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1153      *
1154      * This code is never called via an ipi.
1155      */
1156     kup = btokup(ptr);
1157     if (*kup > 0) {
1158         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1159         *kup = 0;
1160 #ifdef INVARIANTS
1161         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1162         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1163 #endif
1164         /*
1165          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1166          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1167          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1168          *
1169          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1170          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1171          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1172          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1173          */
1174         crit_enter();
1175         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1176         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1177         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1178             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1179         {
1180             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1181             z = (SLZone *)ptr;
1182             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1183             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1184             z->z_ChunkSize = size;
1185             slgd->FreeOvZones = z;
1186             crit_exit();
1187         } else {
1188             crit_exit();
1189             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1190             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1191             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1192         }
1193         logmemory_quick(free_end);
1194         return;
1195     }
1196
1197     /*
1198      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1199      * ZoneSize aligned. 
1200      */
1201     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1202     kup = btokup(z);
1203     KKASSERT(*kup < 0);
1204     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1205
1206     /*
1207      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1208      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1209      * passive message.
1210      *
1211      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1212      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1213      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1214      *
1215      * (no critical section needed)
1216      */
1217     if (z->z_CpuGd != gd) {
1218 #ifdef SMP
1219         /*
1220          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1221          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1222          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1223          * sum up properly and cancel out.
1224          */
1225         crit_enter();
1226         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1227         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1228         crit_exit();
1229
1230         /*
1231          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1232          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1233          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1234          *
1235          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1236          *          ripped out.
1237          */
1238         rsignal = z->z_RSignal;
1239         cpu_lfence();
1240         if (rsignal)
1241                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1242
1243         chunk = ptr;
1244         for (;;) {
1245             bchunk = z->z_RChunks;
1246             cpu_ccfence();
1247             chunk->c_Next = bchunk;
1248             cpu_sfence();
1249
1250             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1251                 break;
1252         }
1253
1254         /*
1255          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1256          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1257          * move the zone back on.
1258          *
1259          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1260          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1261          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1262          * virtually no IPI traffic.
1263          *
1264          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1265          */
1266         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1267                 logmemory(free_request, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1268             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1269             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1270         } else if (rsignal) {
1271             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1272             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1273         }
1274 #else
1275         panic("Corrupt SLZone");
1276 #endif
1277         logmemory_quick(free_end);
1278         return;
1279     }
1280
1281     /*
1282      * kfree locally
1283      */
1284     logmemory(free_chunk, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1285
1286     crit_enter();
1287     chunk = ptr;
1288     chunk_mark_free(z, chunk);
1289
1290     /*
1291      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1292      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1293      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1294      */
1295 #ifdef INVARIANTS
1296     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1297         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1298     else
1299         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1300 #endif
1301
1302     /*
1303      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1304      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1305      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1306      */
1307 #ifdef INVARIANTS
1308     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1309         panic("BADFREE %p", chunk);
1310 #endif
1311     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1312     z->z_LChunks = chunk;
1313     if (chunk->c_Next == NULL)
1314             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1315
1316 #ifdef INVARIANTS
1317     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1318         panic("BADFREE2");
1319 #endif
1320
1321     /*
1322      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1323      * must be added back onto the appropriate list.
1324      */
1325     if (z->z_NFree++ == 0) {
1326         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1327         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1328     }
1329
1330     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1331     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1332
1333     /*
1334      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1335      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1336      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1337      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1338      */
1339     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
1340         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1341         z->z_RCount == 0
1342     ) {
1343         SLZone **pz;
1344         int *kup;
1345
1346         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
1347             ;
1348         *pz = z->z_Next;
1349         z->z_Magic = -1;
1350         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1351         slgd->FreeZones = z;
1352         ++slgd->NFreeZones;
1353         kup = btokup(z);
1354         *kup = 0;
1355     }
1356     logmemory_quick(free_end);
1357     crit_exit();
1358 }
1359
1360 #if defined(INVARIANTS)
1361
1362 /*
1363  * Helper routines for sanity checks
1364  */
1365 static
1366 void
1367 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1368 {
1369     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1370     __uint32_t *bitptr;
1371
1372     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1373     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1374             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1375     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1376     bitdex &= 31;
1377     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1378             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1379     *bitptr |= 1 << bitdex;
1380 }
1381
1382 static
1383 void
1384 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1385 {
1386     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1387     __uint32_t *bitptr;
1388
1389     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1390     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1391             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1392     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1393     bitdex &= 31;
1394     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1395             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1396     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1397 }
1398
1399 #endif
1400
1401 /*
1402  * kmem_slab_alloc()
1403  *
1404  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1405  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1406  *
1407  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1408  *
1409  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1410  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1411  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1412  *      after the new space is made available.
1413  *
1414  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1415  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1416  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1417  *      it is free to use PQ_CACHE pages.  <--- may not apply any longer XXX
1418  */
1419 static void *
1420 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1421 {
1422     vm_size_t i;
1423     vm_offset_t addr;
1424     int count, vmflags, base_vmflags;
1425     vm_page_t mbase = NULL;
1426     vm_page_t m;
1427     thread_t td;
1428
1429     size = round_page(size);
1430     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1431
1432     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1433     crit_enter();
1434     vm_map_lock(&kernel_map);
1435     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1436         vm_map_unlock(&kernel_map);
1437         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1438             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1439         vm_map_entry_release(count);
1440         crit_exit();
1441         return(NULL);
1442     }
1443
1444     /*
1445      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1446      */
1447     vm_object_hold(&kernel_object);
1448     vm_object_reference_locked(&kernel_object);
1449     vm_map_insert(&kernel_map, &count, 
1450                     &kernel_object, addr, addr, addr + size,
1451                     VM_MAPTYPE_NORMAL,
1452                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1453                     0);
1454     vm_object_drop(&kernel_object);
1455     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1456     vm_map_unlock(&kernel_map);
1457
1458     td = curthread;
1459
1460     base_vmflags = 0;
1461     if (flags & M_ZERO)
1462         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1463     if (flags & M_USE_RESERVE)
1464         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1465     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1466         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1467     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1468         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1469               flags, ((int **)&size)[-1]);
1470     }
1471
1472     /*
1473      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag or map
1474      * them yet.  VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1475      *
1476      * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1477      * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1478      * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1479      * do that.
1480      */
1481     vmflags = base_vmflags;
1482     if (flags & M_WAITOK) {
1483         if (td->td_preempted)
1484             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1485         else
1486             vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1487     }
1488
1489     vm_object_hold(&kernel_object);
1490     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1491         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1492         if (i == 0)
1493                 mbase = m;
1494
1495         /*
1496          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1497          *
1498          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1499          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1500          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1501          * will not be preempting anyone the second time around after the
1502          * yield.
1503          */
1504         if (m == NULL) {
1505             if (flags & M_WAITOK) {
1506                 if (td->td_preempted) {
1507                     lwkt_switch();
1508                 } else {
1509                     vm_wait(0);
1510                 }
1511                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1512                 continue;
1513             }
1514             break;
1515         }
1516     }
1517
1518     /*
1519      * Check and deal with an allocation failure
1520      */
1521     if (i != size) {
1522         while (i != 0) {
1523             i -= PAGE_SIZE;
1524             m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1525             /* page should already be busy */
1526             vm_page_free(m);
1527         }
1528         vm_map_lock(&kernel_map);
1529         vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1530         vm_map_unlock(&kernel_map);
1531         vm_object_drop(&kernel_object);
1532
1533         vm_map_entry_release(count);
1534         crit_exit();
1535         return(NULL);
1536     }
1537
1538     /*
1539      * Success!
1540      *
1541      * NOTE: The VM pages are still busied.  mbase points to the first one
1542      *       but we have to iterate via vm_page_next()
1543      */
1544     vm_object_drop(&kernel_object);
1545     crit_exit();
1546
1547     /*
1548      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1549      */
1550     m = mbase;
1551     i = 0;
1552
1553     while (i < size) {
1554         /*
1555          * page should already be busy
1556          */
1557         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1558         vm_page_wire(m);
1559         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL | VM_PROT_NOSYNC,
1560                    1, NULL);
1561         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1562             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1563         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1564         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1565         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1566         vm_page_wakeup(m);
1567
1568         i += PAGE_SIZE;
1569         vm_object_hold(&kernel_object);
1570         m = vm_page_next(m);
1571         vm_object_drop(&kernel_object);
1572     }
1573     smp_invltlb();
1574     vm_map_entry_release(count);
1575     return((void *)addr);
1576 }
1577
1578 /*
1579  * kmem_slab_free()
1580  */
1581 static void
1582 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1583 {
1584     crit_enter();
1585     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1586     crit_exit();
1587 }
1588
1589 void *
1590 kmalloc_cachealign(unsigned long size_alloc, struct malloc_type *type,
1591     int flags)
1592 {
1593         if (size_alloc < __VM_CACHELINE_SIZE)
1594                 size_alloc = __VM_CACHELINE_SIZE;
1595         return kmalloc(size_alloc, type, flags | M_POWEROF2);
1596 }