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