kernel - Remove PG_ZERO and zeroidle (page-zeroing) entirely
[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  * Alignment properties:
82  * - All power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned.
83  * - Allocations with M_POWEROF2 are power-of-2 aligned on the nearest
84  *   power-of-2 round up of 'size'.
85  * - Non-power-of-2 sized allocations are zone chunk size aligned (see the
86  *   above table 'Chunking' column).
87  *
88  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
89  *
90  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
91  *    have remained compatible with the following API requirements:
92  *
93  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
94  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
95  */
96
97 #include "opt_vm.h"
98
99 #include <sys/param.h>
100 #include <sys/systm.h>
101 #include <sys/kernel.h>
102 #include <sys/slaballoc.h>
103 #include <sys/mbuf.h>
104 #include <sys/vmmeter.h>
105 #include <sys/lock.h>
106 #include <sys/thread.h>
107 #include <sys/globaldata.h>
108 #include <sys/sysctl.h>
109 #include <sys/ktr.h>
110
111 #include <vm/vm.h>
112 #include <vm/vm_param.h>
113 #include <vm/vm_kern.h>
114 #include <vm/vm_extern.h>
115 #include <vm/vm_object.h>
116 #include <vm/pmap.h>
117 #include <vm/vm_map.h>
118 #include <vm/vm_page.h>
119 #include <vm/vm_pageout.h>
120
121 #include <machine/cpu.h>
122
123 #include <sys/thread2.h>
124 #include <vm/vm_page2.h>
125
126 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
127
128 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%lu flags=%04x"
129 #define MEMORY_ARGS     void *ptr, void *type, unsigned long size, int flags
130
131 #if !defined(KTR_MEMORY)
132 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
133 #endif
134 KTR_INFO_MASTER(memory);
135 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin");
136 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
139 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
140 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
142 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
143 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
144 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin");
145 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end");
146
147 #define logmemory(name, ptr, type, size, flags)                         \
148         KTR_LOG(memory_ ## name, ptr, type, size, flags)
149 #define logmemory_quick(name)                                           \
150         KTR_LOG(memory_ ## name)
151
152 /*
153  * Fixed globals (not per-cpu)
154  */
155 static int ZoneSize;
156 static int ZoneLimit;
157 static int ZonePageCount;
158 static uintptr_t ZoneMask;
159 static int ZoneBigAlloc;                /* in KB */
160 static int ZoneGenAlloc;                /* in KB */
161 struct malloc_type *kmemstatistics;     /* exported to vmstat */
162 static int32_t weirdary[16];
163
164 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
165 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
166
167 #if defined(INVARIANTS)
168 static void chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk);
169 static void chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk);
170 #else
171 #define chunk_mark_allocated(z, chunk)
172 #define chunk_mark_free(z, chunk)
173 #endif
174
175 /*
176  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
177  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
178  */
179 #define ZONE_RELS_THRESH        32              /* threshold number of zones */
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 MALLOC_DEFINE(M_DRM, "m_drm", "DRM memory allocations");
198  
199 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
200 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
201
202 /*
203  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
204  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
205  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
206  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
207  * (typically 32K min, 128K max). 
208  */
209 static void kmeminit(void *dummy);
210
211 char *ZeroPage;
212
213 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL);
214
215 #ifdef INVARIANTS
216 /*
217  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
218  */
219 static int  use_malloc_pattern;
220 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
221     &use_malloc_pattern, 0,
222     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
223 #endif
224
225 static int ZoneRelsThresh = ZONE_RELS_THRESH;
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
227 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
228 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_cache, CTLFLAG_RW, &ZoneRelsThresh, 0, "");
229 static long SlabsAllocated;
230 static long SlabsFreed;
231 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_allocated, CTLFLAG_RD,
232             &SlabsAllocated, 0, "");
233 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_freed, CTLFLAG_RD,
234             &SlabsFreed, 0, "");
235 static int SlabFreeToTail;
236 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, slab_freetotail, CTLFLAG_RW,
237             &SlabFreeToTail, 0, "");
238
239 /*
240  * Returns the kernel memory size limit for the purposes of initializing
241  * various subsystem caches.  The smaller of available memory and the KVM
242  * memory space is returned.
243  *
244  * The size in megabytes is returned.
245  */
246 size_t
247 kmem_lim_size(void)
248 {
249     size_t limsize;
250
251     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
252     if (limsize > KvaSize)
253         limsize = KvaSize;
254     return (limsize / (1024 * 1024));
255 }
256
257 static void
258 kmeminit(void *dummy)
259 {
260     size_t limsize;
261     int usesize;
262     int i;
263
264     limsize = kmem_lim_size();
265     usesize = (int)(limsize * 1024);    /* convert to KB */
266
267     /*
268      * If the machine has a large KVM space and more than 8G of ram,
269      * double the zone release threshold to reduce SMP invalidations.
270      * If more than 16G of ram, do it again.
271      *
272      * The BIOS eats a little ram so add some slop.  We want 8G worth of
273      * memory sticks to trigger the first adjustment.
274      */
275     if (ZoneRelsThresh == ZONE_RELS_THRESH) {
276             if (limsize >= 7 * 1024)
277                     ZoneRelsThresh *= 2;
278             if (limsize >= 15 * 1024)
279                     ZoneRelsThresh *= 2;
280     }
281
282     /*
283      * Calculate the zone size.  This typically calculates to
284      * ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE
285      */
286     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
287     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
288         ZoneSize <<= 1;
289     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
290     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
291         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
292     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
293     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
294
295     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
296         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
297
298     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
299
300     if (bootverbose)
301         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
302 }
303
304 /*
305  * (low level) Initialize slab-related elements in the globaldata structure.
306  *
307  * Occurs after kmeminit().
308  */
309 void
310 slab_gdinit(globaldata_t gd)
311 {
312         SLGlobalData *slgd;
313         int i;
314
315         slgd = &gd->gd_slab;
316         for (i = 0; i < NZONES; ++i)
317                 TAILQ_INIT(&slgd->ZoneAry[i]);
318         TAILQ_INIT(&slgd->FreeZones);
319         TAILQ_INIT(&slgd->FreeOvZones);
320 }
321
322 /*
323  * Initialize a malloc type tracking structure.
324  */
325 void
326 malloc_init(void *data)
327 {
328     struct malloc_type *type = data;
329     size_t limsize;
330
331     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
332         panic("malloc type lacks magic");
333                                            
334     if (type->ks_limit != 0)
335         return;
336
337     if (vmstats.v_page_count == 0)
338         panic("malloc_init not allowed before vm init");
339
340     limsize = kmem_lim_size() * (1024 * 1024);
341     type->ks_limit = limsize / 10;
342
343     type->ks_next = kmemstatistics;
344     kmemstatistics = type;
345 }
346
347 void
348 malloc_uninit(void *data)
349 {
350     struct malloc_type *type = data;
351     struct malloc_type *t;
352 #ifdef INVARIANTS
353     int i;
354     long ttl;
355 #endif
356
357     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
358         panic("malloc type lacks magic");
359
360     if (vmstats.v_page_count == 0)
361         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
362
363     if (type->ks_limit == 0)
364         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
365
366     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
367     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
368
369 #ifdef INVARIANTS
370     /*
371      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
372      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
373      * negative or positive (canceling each other out).
374      */
375     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
376         ttl += type->ks_memuse[i];
377     if (ttl) {
378         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
379             ttl, type->ks_shortdesc, i);
380     }
381 #endif
382     if (type == kmemstatistics) {
383         kmemstatistics = type->ks_next;
384     } else {
385         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
386             if (t->ks_next == type) {
387                 t->ks_next = type->ks_next;
388                 break;
389             }
390         }
391     }
392     type->ks_next = NULL;
393     type->ks_limit = 0;
394 }
395
396 /*
397  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
398  * are the made if the pool would shrink.
399  */
400 void
401 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
402 {
403     if (type->ks_limit == 0)
404         malloc_init(type);
405     if (bytes == 0)
406         bytes = KvaSize;
407     if (type->ks_limit < bytes)
408         type->ks_limit = bytes;
409 }
410
411 /*
412  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
413  * already non-NULL.
414  */
415 void
416 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
417 {
418         struct malloc_type *type;
419
420         if (*typep == NULL) {
421                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
422                 type->ks_magic = M_MAGIC;
423                 type->ks_shortdesc = descr;
424                 malloc_init(type);
425                 *typep = type;
426         }
427 }
428
429 /*
430  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
431  * the pool has already been destroyed.
432  */
433 void
434 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
435 {
436         if (*typep != NULL) {
437                 malloc_uninit(*typep);
438                 kfree(*typep, M_TEMP);
439                 *typep = NULL;
440         }
441 }
442
443 /*
444  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
445  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
446  */
447 static __inline int
448 zoneindex(unsigned long *bytes, unsigned long *align)
449 {
450     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
451     if (n < 128) {
452         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
453         *align = 8;
454         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
455     }
456     if (n < 256) {
457         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
458         *align = 16;
459         return(n / 16 + 7);
460     }
461     if (n < 8192) {
462         if (n < 512) {
463             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
464             *align = 32;
465             return(n / 32 + 15);
466         }
467         if (n < 1024) {
468             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
469             *align = 64;
470             return(n / 64 + 23);
471         } 
472         if (n < 2048) {
473             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
474             *align = 128;
475             return(n / 128 + 31);
476         }
477         if (n < 4096) {
478             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
479             *align = 256;
480             return(n / 256 + 39);
481         }
482         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
483         *align = 512;
484         return(n / 512 + 47);
485     }
486 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
487     if (n < 16384) {
488         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
489         *align = 1024;
490         return(n / 1024 + 55);
491     }
492 #endif
493 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
494     if (n < 32768) {
495         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
496         *align = 2048;
497         return(n / 2048 + 63);
498     }
499 #endif
500     panic("Unexpected byte count %d", n);
501     return(0);
502 }
503
504 static __inline
505 void
506 clean_zone_rchunks(SLZone *z)
507 {
508     SLChunk *bchunk;
509
510     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
511         cpu_ccfence();
512         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
513             *z->z_LChunksp = bchunk;
514             while (bchunk) {
515                 chunk_mark_free(z, bchunk);
516                 z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
517                 bchunk = bchunk->c_Next;
518                 ++z->z_NFree;
519             }
520             break;
521         }
522         /* retry */
523     }
524 }
525
526 /*
527  * If the zone becomes totally free and is not the only zone listed for a
528  * chunk size we move it to the FreeZones list.  We always leave at least
529  * one zone per chunk size listed, even if it is freeable.
530  *
531  * Do not move the zone if there is an IPI in_flight (z_RCount != 0),
532  * otherwise MP races can result in our free_remote code accessing a
533  * destroyed zone.  The remote end interlocks z_RCount with z_RChunks
534  * so one has to test both z_NFree and z_RCount.
535  *
536  * Since this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
537  * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at kmalloc() time.
538  */
539 static __inline
540 SLZone *
541 check_zone_free(SLGlobalData *slgd, SLZone *z)
542 {
543     SLZone *znext;
544
545     znext = TAILQ_NEXT(z, z_Entry);
546     if (z->z_NFree == z->z_NMax && z->z_RCount == 0 &&
547         (TAILQ_FIRST(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]) != z || znext)
548     ) {
549         int *kup;
550
551         TAILQ_REMOVE(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex], z, z_Entry);
552
553         z->z_Magic = -1;
554         TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->FreeZones, z, z_Entry);
555         ++slgd->NFreeZones;
556         kup = btokup(z);
557         *kup = 0;
558     }
559     return znext;
560 }
561
562 #ifdef SLAB_DEBUG
563 /*
564  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
565  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
566  */
567
568 static void
569 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
570 {
571     int i;
572     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
573
574     i = b;
575     do {
576         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
577                 return;
578         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
579                 break;
580         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
581     } while (i != b);
582     z->z_Sources[i].file = file;
583     z->z_Sources[i].line = line;
584 }
585
586 #endif
587
588 static __inline unsigned long
589 powerof2_size(unsigned long size)
590 {
591         int i;
592
593         if (size == 0 || powerof2(size))
594                 return size;
595
596         i = flsl(size);
597         return (1UL << i);
598 }
599
600 /*
601  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
602  *
603  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
604  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
605  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
606  *      &SlabMisc if you don't care.
607  *
608  *      M_RNOWAIT       - don't block.
609  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
610  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
611  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
612  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
613  *      M_POWEROF2      - roundup size to the nearest power of 2
614  *
615  * MPSAFE
616  */
617
618 #ifdef SLAB_DEBUG
619 void *
620 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
621               const char *file, int line)
622 #else
623 void *
624 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
625 #endif
626 {
627     SLZone *z;
628     SLChunk *chunk;
629     SLGlobalData *slgd;
630     struct globaldata *gd;
631     unsigned long align;
632     int zi;
633 #ifdef INVARIANTS
634     int i;
635 #endif
636
637     logmemory_quick(malloc_beg);
638     gd = mycpu;
639     slgd = &gd->gd_slab;
640
641     /*
642      * XXX silly to have this in the critical path.
643      */
644     if (type->ks_limit == 0) {
645         crit_enter();
646         malloc_init(type);
647         crit_exit();
648     }
649     ++type->ks_calls;
650
651     if (flags & M_POWEROF2)
652         size = powerof2_size(size);
653
654     /*
655      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
656      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
657      * simply deadlock the computer.
658      *
659      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
660      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
661      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
662      */
663     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
664         int i;
665         long ttl;
666
667         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
668             ttl += type->ks_memuse[i];
669         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
670         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
671                 ttl = 0;
672         if (ttl >= type->ks_limit) {
673             if (flags & M_NULLOK) {
674                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
675                 return(NULL);
676             }
677             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
678         }
679     }
680
681     /*
682      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
683      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
684      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
685      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
686      * also realloc() later on.  Joy.
687      */
688     if (size == 0) {
689         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
690         return(ZERO_LENGTH_PTR);
691     }
692
693     /*
694      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
695      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
696      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
697      *
698      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
699      *       might race another cpu allocating the kva and setting
700      *       ku_pagecnt.
701      */
702     while (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
703         crit_enter();
704         if (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh) {        /* crit sect race */
705             int *kup;
706
707             z = TAILQ_LAST(&slgd->FreeZones, SLZoneList);
708             KKASSERT(z != NULL);
709             TAILQ_REMOVE(&slgd->FreeZones, z, z_Entry);
710             --slgd->NFreeZones;
711             kup = btokup(z);
712             *kup = 0;
713             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
714             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -ZoneSize / 1024);
715         }
716         crit_exit();
717     }
718
719     /*
720      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
721      */
722     while (TAILQ_FIRST(&slgd->FreeOvZones) && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
723         crit_enter();
724         if ((z = TAILQ_LAST(&slgd->FreeOvZones, SLZoneList)) != NULL) {
725             vm_size_t tsize;
726
727             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
728             TAILQ_REMOVE(&slgd->FreeOvZones, z, z_Entry);
729             tsize = z->z_ChunkSize;
730             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
731             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
732         }
733         crit_exit();
734     }
735
736     /*
737      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
738      * these so performance is not a big issue.
739      *
740      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
741      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
742      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
743      */
744     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
745         int *kup;
746
747         size = round_page(size);
748         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
749         if (chunk == NULL) {
750             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
751             return(NULL);
752         }
753         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
754         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
755         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
756         kup = btokup(chunk);
757         *kup = size / PAGE_SIZE;
758         crit_enter();
759         goto done;
760     }
761
762     /*
763      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
764      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
765      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
766      * (we might have thousands of zones in the list).
767      *
768      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
769      */
770     zi = zoneindex(&size, &align);
771     KKASSERT(zi < NZONES);
772     crit_enter();
773
774     if ((z = TAILQ_LAST(&slgd->ZoneAry[zi], SLZoneList)) != NULL) {
775         /*
776          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
777          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
778          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
779          * the ZoneAry.
780          */
781         if (--z->z_NFree <= 0) {
782             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
783
784             /*
785              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
786              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
787              * it is ok if more accumulate after we're done.
788              *
789              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
790              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
791              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
792              * their IPI signaling.
793              */
794             if (z->z_RChunks == NULL)
795                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
796
797             clean_zone_rchunks(z);
798
799             /*
800              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
801              * Clear RSignal
802              */
803             if (z->z_NFree == 0) {
804                 TAILQ_REMOVE(&slgd->ZoneAry[zi], z, z_Entry);
805             } else {
806                 z->z_RSignal = 0;
807             }
808         }
809
810         /*
811          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
812          */
813         chunk = z->z_LChunks;
814         if (chunk) {
815                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
816                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
817                 if (z->z_LChunks == NULL)
818                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
819 #ifdef SLAB_DEBUG
820                 slab_record_source(z, file, line);
821 #endif
822                 goto done;
823         }
824
825         /*
826          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
827          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
828          *
829          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
830          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
831          */
832         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
833             ++z->z_UIndex;
834         else
835             z->z_UIndex = 0;
836
837         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
838             panic("slaballoc: corrupted zone");
839
840         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
841         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
842             flags &= ~M_ZERO;
843             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
844         }
845         chunk_mark_allocated(z, chunk);
846 #ifdef SLAB_DEBUG
847         slab_record_source(z, file, line);
848 #endif
849         goto done;
850     }
851
852     /*
853      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
854      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
855      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
856      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
857      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
858      *
859      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
860      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
861      * adjusting the base offset below.
862      */
863     {
864         int off;
865         int *kup;
866
867         if ((z = TAILQ_FIRST(&slgd->FreeZones)) != NULL) {
868             TAILQ_REMOVE(&slgd->FreeZones, z, z_Entry);
869             --slgd->NFreeZones;
870             bzero(z, sizeof(SLZone));
871             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
872         } else {
873             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
874             if (z == NULL)
875                 goto fail;
876             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, ZoneSize / 1024);
877         }
878
879         /*
880          * How big is the base structure?
881          */
882 #if defined(INVARIANTS)
883         /*
884          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
885          * complicated so don't make an exact calculation.
886          */
887         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
888         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
889 #else
890         off = sizeof(SLZone);
891 #endif
892
893         /*
894          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
895          * Otherwise properly align the data according to the chunk size.
896          */
897         if (powerof2(size))
898             align = size;
899         off = roundup2(off, align);
900
901         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
902         z->z_ZoneIndex = zi;
903         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
904         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
905         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
906         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
907         z->z_ChunkSize = size;
908         z->z_CpuGd = gd;
909         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
910         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
911 #ifdef SLAB_DEBUG
912         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
913         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
914 #endif
915         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
916         TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->ZoneAry[zi], z, z_Entry);
917         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
918             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
919             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
920         }
921         kup = btokup(z);
922         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
923         chunk_mark_allocated(z, chunk);
924 #ifdef SLAB_DEBUG
925         slab_record_source(z, file, line);
926 #endif
927
928         /*
929          * Slide the base index for initial allocations out of the next
930          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
931          * cpu memory caches.
932          */
933         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
934                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
935     }
936
937 done:
938     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
939     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
940     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
941     crit_exit();
942
943     if (flags & M_ZERO)
944         bzero(chunk, size);
945 #ifdef INVARIANTS
946     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
947         if (use_malloc_pattern) {
948             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
949                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
950             }
951         }
952         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
953     }
954 #endif
955     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
956     return(chunk);
957 fail:
958     crit_exit();
959     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
960     return(NULL);
961 }
962
963 /*
964  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
965  *
966  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
967  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
968  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
969  */
970 #ifdef SLAB_DEBUG
971 void *
972 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
973                struct malloc_type *type, int flags,
974                const char *file, int line)
975 #else
976 void *
977 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
978 #endif
979 {
980     unsigned long osize;
981     unsigned long align;
982     SLZone *z;
983     void *nptr;
984     int *kup;
985
986     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
987
988     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
989         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
990     if (size == 0) {
991         kfree(ptr, type);
992         return(NULL);
993     }
994
995     /*
996      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
997      * size be passed to free() instead of this nonsense.
998      */
999     kup = btokup(ptr);
1000     if (*kup > 0) {
1001         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
1002         if (osize == round_page(size))
1003             return(ptr);
1004         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
1005             return(NULL);
1006         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
1007         kfree(ptr, type);
1008         return(nptr);
1009     }
1010
1011     /*
1012      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
1013      * using the same chunk size we do not have to do anything.
1014      */
1015     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1016     kup = btokup(z);
1017     KKASSERT(*kup < 0);
1018     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1019
1020     /*
1021      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
1022      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
1023      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
1024      *
1025      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
1026      * necessary align the result.
1027      *
1028      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
1029      * size is not too large.
1030      */
1031     if (size < ZoneLimit) {
1032         zoneindex(&size, &align);
1033         if (z->z_ChunkSize == size)
1034             return(ptr);
1035     }
1036     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
1037         return(NULL);
1038     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
1039     kfree(ptr, type);
1040     return(nptr);
1041 }
1042
1043 /*
1044  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
1045  */
1046 long
1047 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
1048 {
1049     if (type->ks_limit == 0) {
1050         crit_enter();
1051         if (type->ks_limit == 0)
1052             malloc_init(type);
1053         crit_exit();
1054     }
1055     return(type->ks_limit);
1056 }
1057
1058 /*
1059  * Allocate a copy of the specified string.
1060  *
1061  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
1062  */
1063 #ifdef SLAB_DEBUG
1064 char *
1065 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
1066               const char *file, int line)
1067 #else
1068 char *
1069 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
1070 #endif
1071 {
1072     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1073     char *nstr;
1074
1075     if (str == NULL)
1076         return(NULL);
1077     zlen = strlen(str) + 1;
1078     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1079     bcopy(str, nstr, zlen);
1080     return(nstr);
1081 }
1082
1083 #ifdef SLAB_DEBUG
1084 char *
1085 kstrndup_debug(const char *str, size_t maxlen, struct malloc_type *type,
1086               const char *file, int line)
1087 #else
1088 char *
1089 kstrndup(const char *str, size_t maxlen, struct malloc_type *type)
1090 #endif
1091 {
1092     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1093     char *nstr;
1094
1095     if (str == NULL)
1096         return(NULL);
1097     zlen = strnlen(str, maxlen) + 1;
1098     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1099     bcopy(str, nstr, zlen);
1100     nstr[zlen - 1] = '\0';
1101     return(nstr);
1102 }
1103
1104 /*
1105  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
1106  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
1107  * that it really is.
1108  */
1109 static
1110 void
1111 kfree_remote(void *ptr)
1112 {
1113     SLGlobalData *slgd;
1114     SLZone *z;
1115     int nfree;
1116     int *kup;
1117
1118     slgd = &mycpu->gd_slab;
1119     z = ptr;
1120     kup = btokup(z);
1121     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
1122     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
1123     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1124
1125     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0L, 0);
1126     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1127     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
1128     nfree = z->z_NFree;
1129
1130     /*
1131      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
1132      * clearing RSignal.
1133      */
1134     if (z->z_RChunks)
1135         z->z_RSignal = 0;
1136
1137     /*
1138      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
1139      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
1140      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
1141      * cache mastership of the related data (not that it helps since
1142      * we are using c_Next).
1143      */
1144     clean_zone_rchunks(z);
1145     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1146         TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex], z, z_Entry);
1147     }
1148
1149     /*
1150      * If the zone becomes totally free and is not the only zone listed for a
1151      * chunk size we move it to the FreeZones list.  We always leave at least
1152      * one zone per chunk size listed, even if it is freeable.
1153      *
1154      * Since this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to
1155      * mess with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc()
1156      * time.
1157      *
1158      * Do not move the zone if there is an IPI in_flight (z_RCount != 0),
1159      * otherwise MP races can result in our free_remote code accessing a
1160      * destroyed zone.  The remote end interlocks z_RCount with z_RChunks
1161      * so one has to test both z_NFree and z_RCount.
1162      */
1163     if (z->z_NFree == z->z_NMax && z->z_RCount == 0 &&
1164         (TAILQ_FIRST(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]) != z ||
1165          TAILQ_NEXT(z, z_Entry))
1166     ) {
1167         int *kup;
1168
1169         TAILQ_REMOVE(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex], z, z_Entry);
1170         z->z_Magic = -1;
1171         TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->FreeZones, z, z_Entry);
1172         ++slgd->NFreeZones;
1173         kup = btokup(z);
1174         *kup = 0;
1175     }
1176     logmemory(free_rem_end, z, NULL, 0L, 0);
1177 }
1178
1179 /*
1180  * free (SLAB ALLOCATOR)
1181  *
1182  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1183  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1184  * checking memory limits in malloc.
1185  *
1186  * MPSAFE
1187  */
1188 void
1189 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1190 {
1191     SLZone *z;
1192     SLChunk *chunk;
1193     SLGlobalData *slgd;
1194     struct globaldata *gd;
1195     int *kup;
1196     unsigned long size;
1197     SLChunk *bchunk;
1198     int rsignal;
1199
1200     logmemory_quick(free_beg);
1201     gd = mycpu;
1202     slgd = &gd->gd_slab;
1203
1204     if (ptr == NULL)
1205         panic("trying to free NULL pointer");
1206
1207     /*
1208      * Handle special 0-byte allocations
1209      */
1210     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1211         logmemory(free_zero, ptr, type, -1UL, 0);
1212         logmemory_quick(free_end);
1213         return;
1214     }
1215
1216     /*
1217      * Panic on bad malloc type
1218      */
1219     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1220         panic("free: malloc type lacks magic");
1221
1222     /*
1223      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1224      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1225      *
1226      * This code is never called via an ipi.
1227      */
1228     kup = btokup(ptr);
1229     if (*kup > 0) {
1230         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1231         *kup = 0;
1232 #ifdef INVARIANTS
1233         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1234         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1235 #endif
1236         /*
1237          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1238          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1239          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1240          *
1241          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1242          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1243          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1244          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1245          */
1246         crit_enter();
1247         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1248         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1249         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1250             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1251         {
1252             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1253             z = (SLZone *)ptr;
1254             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1255             z->z_ChunkSize = size;
1256
1257             TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->FreeOvZones, z, z_Entry);
1258             crit_exit();
1259         } else {
1260             crit_exit();
1261             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1262             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1263             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1264         }
1265         logmemory_quick(free_end);
1266         return;
1267     }
1268
1269     /*
1270      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1271      * ZoneSize aligned. 
1272      */
1273     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1274     kup = btokup(z);
1275     KKASSERT(*kup < 0);
1276     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1277
1278     /*
1279      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1280      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1281      * passive message.
1282      *
1283      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1284      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1285      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1286      *
1287      * (no critical section needed)
1288      */
1289     if (z->z_CpuGd != gd) {
1290         /*
1291          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1292          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1293          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1294          * sum up properly and cancel out.
1295          */
1296         crit_enter();
1297         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1298         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1299         crit_exit();
1300
1301         /*
1302          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1303          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1304          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1305          *
1306          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1307          *          ripped out.
1308          */
1309         rsignal = z->z_RSignal;
1310         cpu_lfence();
1311         if (rsignal)
1312                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1313
1314         chunk = ptr;
1315         for (;;) {
1316             bchunk = z->z_RChunks;
1317             cpu_ccfence();
1318             chunk->c_Next = bchunk;
1319             cpu_sfence();
1320
1321             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1322                 break;
1323         }
1324
1325         /*
1326          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1327          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1328          * move the zone back on.
1329          *
1330          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1331          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1332          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1333          * virtually no IPI traffic.
1334          *
1335          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1336          */
1337         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1338                 logmemory(free_request, ptr, type,
1339                           (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1340             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1341             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1342         } else if (rsignal) {
1343             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1344             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1345         }
1346         logmemory_quick(free_end);
1347         return;
1348     }
1349
1350     /*
1351      * kfree locally
1352      */
1353     logmemory(free_chunk, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1354
1355     crit_enter();
1356     chunk = ptr;
1357     chunk_mark_free(z, chunk);
1358
1359     /*
1360      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1361      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1362      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1363      */
1364 #ifdef INVARIANTS
1365     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1366         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1367     else
1368         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1369 #endif
1370
1371     /*
1372      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1373      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1374      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1375      */
1376 #ifdef INVARIANTS
1377     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1378         panic("BADFREE %p", chunk);
1379 #endif
1380     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1381     z->z_LChunks = chunk;
1382     if (chunk->c_Next == NULL)
1383             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1384
1385 #ifdef INVARIANTS
1386     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1387         panic("BADFREE2");
1388 #endif
1389
1390     /*
1391      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1392      * must be added back onto the appropriate list.  A fully allocated
1393      * zone that sees its first free is considered 'mature' and is placed
1394      * at the head, giving the system time to potentially free the remaining
1395      * entries even while other allocations are going on and making the zone
1396      * freeable.
1397      */
1398     if (z->z_NFree++ == 0) {
1399         if (SlabFreeToTail)
1400                 TAILQ_INSERT_TAIL(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex], z, z_Entry);
1401         else
1402                 TAILQ_INSERT_HEAD(&slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex], z, z_Entry);
1403     }
1404
1405     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1406     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1407
1408     check_zone_free(slgd, z);
1409     logmemory_quick(free_end);
1410     crit_exit();
1411 }
1412
1413 /*
1414  * Cleanup slabs which are hanging around due to RChunks or which are wholely
1415  * free and can be moved to the free list if not moved by other means.
1416  *
1417  * Called once every 10 seconds on all cpus.
1418  */
1419 void
1420 slab_cleanup(void)
1421 {
1422     SLGlobalData *slgd = &mycpu->gd_slab;
1423     SLZone *z;
1424     int i;
1425
1426     crit_enter();
1427     for (i = 0; i < NZONES; ++i) {
1428         if ((z = TAILQ_FIRST(&slgd->ZoneAry[i])) == NULL)
1429                 continue;
1430
1431         /*
1432          * Scan zones.
1433          */
1434         while (z) {
1435             /*
1436              * Shift all RChunks to the end of the LChunks list.  This is
1437              * an O(1) operation.
1438              *
1439              * Then free the zone if possible.
1440              */
1441             clean_zone_rchunks(z);
1442             z = check_zone_free(slgd, z);
1443         }
1444     }
1445     crit_exit();
1446 }
1447
1448 #if defined(INVARIANTS)
1449
1450 /*
1451  * Helper routines for sanity checks
1452  */
1453 static
1454 void
1455 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1456 {
1457     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1458     uint32_t *bitptr;
1459
1460     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1461     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1462             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1463     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1464     bitdex &= 31;
1465     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1466             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1467     *bitptr |= 1 << bitdex;
1468 }
1469
1470 static
1471 void
1472 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1473 {
1474     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1475     uint32_t *bitptr;
1476
1477     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1478     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1479             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1480     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1481     bitdex &= 31;
1482     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1483             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1484     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1485 }
1486
1487 #endif
1488
1489 /*
1490  * kmem_slab_alloc()
1491  *
1492  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1493  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1494  *
1495  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1496  *
1497  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1498  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1499  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1500  *      after the new space is made available.
1501  *
1502  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1503  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1504  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1505  *      it is free to use PQ_CACHE pages.  <--- may not apply any longer XXX
1506  */
1507 static void *
1508 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1509 {
1510     vm_size_t i;
1511     vm_offset_t addr;
1512     int count, vmflags, base_vmflags;
1513     vm_page_t mbase = NULL;
1514     vm_page_t m;
1515     thread_t td;
1516
1517     size = round_page(size);
1518     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1519
1520     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1521     crit_enter();
1522     vm_map_lock(&kernel_map);
1523     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1524         vm_map_unlock(&kernel_map);
1525         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1526             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1527         vm_map_entry_release(count);
1528         crit_exit();
1529         return(NULL);
1530     }
1531
1532     /*
1533      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1534      */
1535     vm_object_hold(&kernel_object);
1536     vm_object_reference_locked(&kernel_object);
1537     vm_map_insert(&kernel_map, &count,
1538                   &kernel_object, NULL,
1539                   addr, addr, addr + size,
1540                   VM_MAPTYPE_NORMAL,
1541                   VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1542                   0);
1543     vm_object_drop(&kernel_object);
1544     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1545     vm_map_unlock(&kernel_map);
1546
1547     td = curthread;
1548
1549     base_vmflags = 0;
1550     if (flags & M_ZERO)
1551         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1552     if (flags & M_USE_RESERVE)
1553         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1554     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1555         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1556     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1557         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1558               flags, ((int **)&size)[-1]);
1559     }
1560
1561     /*
1562      * Allocate the pages.  Do not map them yet.  VM_ALLOC_NORMAL can only
1563      * be set if we are not preempting.
1564      *
1565      * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1566      * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1567      * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1568      * do that.
1569      */
1570     vmflags = base_vmflags;
1571     if (flags & M_WAITOK) {
1572         if (td->td_preempted)
1573             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1574         else
1575             vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1576     }
1577
1578     vm_object_hold(&kernel_object);
1579     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1580         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1581         if (i == 0)
1582                 mbase = m;
1583
1584         /*
1585          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1586          *
1587          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1588          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1589          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1590          * will not be preempting anyone the second time around after the
1591          * yield.
1592          */
1593         if (m == NULL) {
1594             if (flags & M_WAITOK) {
1595                 if (td->td_preempted) {
1596                     lwkt_switch();
1597                 } else {
1598                     vm_wait(0);
1599                 }
1600                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1601                 continue;
1602             }
1603             break;
1604         }
1605     }
1606
1607     /*
1608      * Check and deal with an allocation failure
1609      */
1610     if (i != size) {
1611         while (i != 0) {
1612             i -= PAGE_SIZE;
1613             m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1614             /* page should already be busy */
1615             vm_page_free(m);
1616         }
1617         vm_map_lock(&kernel_map);
1618         vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1619         vm_map_unlock(&kernel_map);
1620         vm_object_drop(&kernel_object);
1621
1622         vm_map_entry_release(count);
1623         crit_exit();
1624         return(NULL);
1625     }
1626
1627     /*
1628      * Success!
1629      *
1630      * NOTE: The VM pages are still busied.  mbase points to the first one
1631      *       but we have to iterate via vm_page_next()
1632      */
1633     vm_object_drop(&kernel_object);
1634     crit_exit();
1635
1636     /*
1637      * Enter the pages into the pmap and deal with M_ZERO.
1638      */
1639     m = mbase;
1640     i = 0;
1641
1642     while (i < size) {
1643         /*
1644          * page should already be busy
1645          */
1646         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1647         vm_page_wire(m);
1648         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL | VM_PROT_NOSYNC,
1649                    1, NULL);
1650         if (flags & M_ZERO)
1651                 pagezero((char *)addr + i);
1652         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1653         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1654         vm_page_wakeup(m);
1655
1656         i += PAGE_SIZE;
1657         vm_object_hold(&kernel_object);
1658         m = vm_page_next(m);
1659         vm_object_drop(&kernel_object);
1660     }
1661     smp_invltlb();
1662     vm_map_entry_release(count);
1663     atomic_add_long(&SlabsAllocated, 1);
1664     return((void *)addr);
1665 }
1666
1667 /*
1668  * kmem_slab_free()
1669  */
1670 static void
1671 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1672 {
1673     crit_enter();
1674     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1675     atomic_add_long(&SlabsFreed, 1);
1676     crit_exit();
1677 }
1678
1679 void *
1680 kmalloc_cachealign(unsigned long size_alloc, struct malloc_type *type,
1681     int flags)
1682 {
1683 #if (__VM_CACHELINE_SIZE == 32)
1684 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 256)
1685 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 64)
1686 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 512)
1687 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 128)
1688 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 1024)
1689 #else
1690 #error "unsupported cacheline size"
1691 #endif
1692
1693         void *ret;
1694
1695         if (size_alloc < __VM_CACHELINE_SIZE)
1696                 size_alloc = __VM_CACHELINE_SIZE;
1697         else if (!CAN_CACHEALIGN(size_alloc))
1698                 flags |= M_POWEROF2;
1699
1700         ret = kmalloc(size_alloc, type, flags);
1701         KASSERT(((uintptr_t)ret & (__VM_CACHELINE_SIZE - 1)) == 0,
1702             ("%p(%lu) not cacheline %d aligned",
1703              ret, size_alloc, __VM_CACHELINE_SIZE));
1704         return ret;
1705
1706 #undef CAN_CACHEALIGN
1707 }