kernel - Fix memory leak, clean up kernel slab fragmentation
[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  
198 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
199 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
200
201 /*
202  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
203  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
204  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
205  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
206  * (typically 32K min, 128K max). 
207  */
208 static void kmeminit(void *dummy);
209
210 char *ZeroPage;
211
212 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
213
214 #ifdef INVARIANTS
215 /*
216  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
217  */
218 static int  use_malloc_pattern;
219 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
220     &use_malloc_pattern, 0,
221     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
222 #endif
223
224 static int ZoneRelsThresh = ZONE_RELS_THRESH;
225 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
227 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_cache, CTLFLAG_RW, &ZoneRelsThresh, 0, "");
228 static long SlabsAllocated;
229 static long SlabsFreed;
230 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_allocated, CTLFLAG_RD, &SlabsAllocated, 0, "");
231 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_freed, CTLFLAG_RD, &SlabsFreed, 0, "");
232
233 /*
234  * Returns the kernel memory size limit for the purposes of initializing
235  * various subsystem caches.  The smaller of available memory and the KVM
236  * memory space is returned.
237  *
238  * The size in megabytes is returned.
239  */
240 size_t
241 kmem_lim_size(void)
242 {
243     size_t limsize;
244
245     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
246     if (limsize > KvaSize)
247         limsize = KvaSize;
248     return (limsize / (1024 * 1024));
249 }
250
251 static void
252 kmeminit(void *dummy)
253 {
254     size_t limsize;
255     int usesize;
256     int i;
257
258     limsize = kmem_lim_size();
259     usesize = (int)(limsize * 1024);    /* convert to KB */
260
261     /*
262      * If the machine has a large KVM space and more than 8G of ram,
263      * double the zone release threshold to reduce SMP invalidations.
264      * If more than 16G of ram, do it again.
265      *
266      * The BIOS eats a little ram so add some slop.  We want 8G worth of
267      * memory sticks to trigger the first adjustment.
268      */
269     if (ZoneRelsThresh == ZONE_RELS_THRESH) {
270             if (limsize >= 7 * 1024)
271                     ZoneRelsThresh *= 2;
272             if (limsize >= 15 * 1024)
273                     ZoneRelsThresh *= 2;
274     }
275
276     /*
277      * Calculate the zone size.  This typically calculates to
278      * ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE
279      */
280     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
281     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
282         ZoneSize <<= 1;
283     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
284     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
285         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
286     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
287     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
288
289     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
290         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
291
292     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
293
294     if (bootverbose)
295         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
296 }
297
298 /*
299  * Initialize a malloc type tracking structure.
300  */
301 void
302 malloc_init(void *data)
303 {
304     struct malloc_type *type = data;
305     size_t limsize;
306
307     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
308         panic("malloc type lacks magic");
309                                            
310     if (type->ks_limit != 0)
311         return;
312
313     if (vmstats.v_page_count == 0)
314         panic("malloc_init not allowed before vm init");
315
316     limsize = kmem_lim_size() * (1024 * 1024);
317     type->ks_limit = limsize / 10;
318
319     type->ks_next = kmemstatistics;
320     kmemstatistics = type;
321 }
322
323 void
324 malloc_uninit(void *data)
325 {
326     struct malloc_type *type = data;
327     struct malloc_type *t;
328 #ifdef INVARIANTS
329     int i;
330     long ttl;
331 #endif
332
333     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
334         panic("malloc type lacks magic");
335
336     if (vmstats.v_page_count == 0)
337         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
338
339     if (type->ks_limit == 0)
340         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
341
342     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
343     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
344
345 #ifdef INVARIANTS
346     /*
347      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
348      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
349      * negative or positive (canceling each other out).
350      */
351     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
352         ttl += type->ks_memuse[i];
353     if (ttl) {
354         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
355             ttl, type->ks_shortdesc, i);
356     }
357 #endif
358     if (type == kmemstatistics) {
359         kmemstatistics = type->ks_next;
360     } else {
361         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
362             if (t->ks_next == type) {
363                 t->ks_next = type->ks_next;
364                 break;
365             }
366         }
367     }
368     type->ks_next = NULL;
369     type->ks_limit = 0;
370 }
371
372 /*
373  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
374  * are the made if the pool would shrink.
375  */
376 void
377 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
378 {
379     if (type->ks_limit == 0)
380         malloc_init(type);
381     if (bytes == 0)
382         bytes = KvaSize;
383     if (type->ks_limit < bytes)
384         type->ks_limit = bytes;
385 }
386
387 /*
388  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
389  * already non-NULL.
390  */
391 void
392 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
393 {
394         struct malloc_type *type;
395
396         if (*typep == NULL) {
397                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
398                 type->ks_magic = M_MAGIC;
399                 type->ks_shortdesc = descr;
400                 malloc_init(type);
401                 *typep = type;
402         }
403 }
404
405 /*
406  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
407  * the pool has already been destroyed.
408  */
409 void
410 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
411 {
412         if (*typep != NULL) {
413                 malloc_uninit(*typep);
414                 kfree(*typep, M_TEMP);
415                 *typep = NULL;
416         }
417 }
418
419 /*
420  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
421  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
422  */
423 static __inline int
424 zoneindex(unsigned long *bytes, unsigned long *align)
425 {
426     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
427     if (n < 128) {
428         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
429         *align = 8;
430         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
431     }
432     if (n < 256) {
433         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
434         *align = 16;
435         return(n / 16 + 7);
436     }
437     if (n < 8192) {
438         if (n < 512) {
439             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
440             *align = 32;
441             return(n / 32 + 15);
442         }
443         if (n < 1024) {
444             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
445             *align = 64;
446             return(n / 64 + 23);
447         } 
448         if (n < 2048) {
449             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
450             *align = 128;
451             return(n / 128 + 31);
452         }
453         if (n < 4096) {
454             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
455             *align = 256;
456             return(n / 256 + 39);
457         }
458         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
459         *align = 512;
460         return(n / 512 + 47);
461     }
462 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
463     if (n < 16384) {
464         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
465         *align = 1024;
466         return(n / 1024 + 55);
467     }
468 #endif
469 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
470     if (n < 32768) {
471         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
472         *align = 2048;
473         return(n / 2048 + 63);
474     }
475 #endif
476     panic("Unexpected byte count %d", n);
477     return(0);
478 }
479
480 static __inline
481 void
482 clean_zone_rchunks(SLZone *z)
483 {
484     SLChunk *bchunk;
485
486     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
487         cpu_ccfence();
488         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
489             *z->z_LChunksp = bchunk;
490             while (bchunk) {
491                 chunk_mark_free(z, bchunk);
492                 z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
493                 bchunk = bchunk->c_Next;
494                 ++z->z_NFree;
495             }
496             break;
497         }
498         /* retry */
499     }
500 }
501
502 /*
503  * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
504  * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
505  * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
506  * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
507  */
508 static __inline
509 SLZone *
510 check_zone_free(SLGlobalData *slgd, SLZone *z)
511 {
512     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
513         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
514         z->z_RCount == 0
515     ) {
516         SLZone **pz;
517         int *kup;
518
519         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
520             ;
521         *pz = z->z_Next;
522         z->z_Magic = -1;
523         z->z_Next = slgd->FreeZones;
524         slgd->FreeZones = z;
525         ++slgd->NFreeZones;
526         kup = btokup(z);
527         *kup = 0;
528         z = *pz;
529     } else {
530         z = z->z_Next;
531     }
532     return z;
533 }
534
535 #ifdef SLAB_DEBUG
536 /*
537  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
538  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
539  */
540
541 static void
542 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
543 {
544     int i;
545     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
546
547     i = b;
548     do {
549         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
550                 return;
551         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
552                 break;
553         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
554     } while (i != b);
555     z->z_Sources[i].file = file;
556     z->z_Sources[i].line = line;
557 }
558
559 #endif
560
561 static __inline unsigned long
562 powerof2_size(unsigned long size)
563 {
564         int i;
565
566         if (size == 0 || powerof2(size))
567                 return size;
568
569         i = flsl(size);
570         return (1UL << i);
571 }
572
573 /*
574  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
575  *
576  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
577  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
578  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
579  *      &SlabMisc if you don't care.
580  *
581  *      M_RNOWAIT       - don't block.
582  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
583  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
584  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
585  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
586  *      M_POWEROF2      - roundup size to the nearest power of 2
587  *
588  * MPSAFE
589  */
590
591 #ifdef SLAB_DEBUG
592 void *
593 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
594               const char *file, int line)
595 #else
596 void *
597 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
598 #endif
599 {
600     SLZone *z;
601     SLChunk *chunk;
602     SLGlobalData *slgd;
603     struct globaldata *gd;
604     unsigned long align;
605     int zi;
606 #ifdef INVARIANTS
607     int i;
608 #endif
609
610     logmemory_quick(malloc_beg);
611     gd = mycpu;
612     slgd = &gd->gd_slab;
613
614     /*
615      * XXX silly to have this in the critical path.
616      */
617     if (type->ks_limit == 0) {
618         crit_enter();
619         if (type->ks_limit == 0)
620             malloc_init(type);
621         crit_exit();
622     }
623     ++type->ks_calls;
624
625     if (flags & M_POWEROF2)
626         size = powerof2_size(size);
627
628     /*
629      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
630      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
631      * simply deadlock the computer.
632      *
633      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
634      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
635      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
636      */
637     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
638         int i;
639         long ttl;
640
641         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
642             ttl += type->ks_memuse[i];
643         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
644         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
645                 ttl = 0;
646         if (ttl >= type->ks_limit) {
647             if (flags & M_NULLOK) {
648                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
649                 return(NULL);
650             }
651             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
652         }
653     }
654
655     /*
656      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
657      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
658      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
659      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
660      * also realloc() later on.  Joy.
661      */
662     if (size == 0) {
663         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
664         return(ZERO_LENGTH_PTR);
665     }
666
667     /*
668      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
669      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
670      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
671      *
672      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
673      *       might race another cpu allocating the kva and setting
674      *       ku_pagecnt.
675      */
676     while (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
677         crit_enter();
678         if (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh) {        /* crit sect race */
679             int *kup;
680
681             z = slgd->FreeZones;
682             slgd->FreeZones = z->z_Next;
683             --slgd->NFreeZones;
684             kup = btokup(z);
685             *kup = 0;
686             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
687             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -ZoneSize / 1024);
688         }
689         crit_exit();
690     }
691
692     /*
693      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
694      */
695     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
696         crit_enter();
697         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
698             vm_size_t tsize;
699
700             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
701             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
702             tsize = z->z_ChunkSize;
703             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
704             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
705         }
706         crit_exit();
707     }
708
709     /*
710      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
711      * these so performance is not a big issue.
712      *
713      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
714      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
715      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
716      */
717     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
718         int *kup;
719
720         size = round_page(size);
721         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
722         if (chunk == NULL) {
723             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
724             return(NULL);
725         }
726         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
727         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
728         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
729         kup = btokup(chunk);
730         *kup = size / PAGE_SIZE;
731         crit_enter();
732         goto done;
733     }
734
735     /*
736      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
737      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
738      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
739      * (we might have thousands of zones in the list).
740      *
741      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
742      */
743     zi = zoneindex(&size, &align);
744     KKASSERT(zi < NZONES);
745     crit_enter();
746
747     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
748         /*
749          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
750          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
751          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
752          * the ZoneAry.
753          */
754         if (--z->z_NFree <= 0) {
755             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
756
757             /*
758              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
759              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
760              * it is ok if more accumulate after we're done.
761              *
762              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
763              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
764              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
765              * their IPI signaling.
766              */
767             if (z->z_RChunks == NULL)
768                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
769
770             clean_zone_rchunks(z);
771
772             /*
773              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
774              * Clear RSignal
775              */
776             if (z->z_NFree == 0) {
777                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
778                 z->z_Next = NULL;
779             } else {
780                 z->z_RSignal = 0;
781             }
782         }
783
784         /*
785          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
786          */
787         chunk = z->z_LChunks;
788         if (chunk) {
789                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
790                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
791                 if (z->z_LChunks == NULL)
792                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
793 #ifdef SLAB_DEBUG
794                 slab_record_source(z, file, line);
795 #endif
796                 goto done;
797         }
798
799         /*
800          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
801          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
802          *
803          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
804          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
805          */
806         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
807             ++z->z_UIndex;
808         else
809             z->z_UIndex = 0;
810
811         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
812             panic("slaballoc: corrupted zone");
813
814         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
815         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
816             flags &= ~M_ZERO;
817             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
818         }
819         chunk_mark_allocated(z, chunk);
820 #ifdef SLAB_DEBUG
821         slab_record_source(z, file, line);
822 #endif
823         goto done;
824     }
825
826     /*
827      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
828      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
829      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
830      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
831      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
832      *
833      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
834      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
835      * adjusting the base offset below.
836      */
837     {
838         int off;
839         int *kup;
840
841         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
842             slgd->FreeZones = z->z_Next;
843             --slgd->NFreeZones;
844             bzero(z, sizeof(SLZone));
845             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
846         } else {
847             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
848             if (z == NULL)
849                 goto fail;
850             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, ZoneSize / 1024);
851         }
852
853         /*
854          * How big is the base structure?
855          */
856 #if defined(INVARIANTS)
857         /*
858          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
859          * complicated so don't make an exact calculation.
860          */
861         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
862         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
863 #else
864         off = sizeof(SLZone);
865 #endif
866
867         /*
868          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
869          * Otherwise properly align the data according to the chunk size.
870          */
871         if (powerof2(size))
872             align = size;
873         off = (off + align - 1) & ~(align - 1);
874
875         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
876         z->z_ZoneIndex = zi;
877         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
878         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
879         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
880         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
881         z->z_ChunkSize = size;
882         z->z_CpuGd = gd;
883         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
884         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
885 #ifdef SLAB_DEBUG
886         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
887         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
888 #endif
889         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
890         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
891         slgd->ZoneAry[zi] = z;
892         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
893             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
894             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
895         }
896         kup = btokup(z);
897         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
898         chunk_mark_allocated(z, chunk);
899 #ifdef SLAB_DEBUG
900         slab_record_source(z, file, line);
901 #endif
902
903         /*
904          * Slide the base index for initial allocations out of the next
905          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
906          * cpu memory caches.
907          */
908         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
909                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
910     }
911
912 done:
913     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
914     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
915     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
916     crit_exit();
917
918     if (flags & M_ZERO)
919         bzero(chunk, size);
920 #ifdef INVARIANTS
921     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
922         if (use_malloc_pattern) {
923             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
924                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
925             }
926         }
927         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
928     }
929 #endif
930     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
931     return(chunk);
932 fail:
933     crit_exit();
934     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
935     return(NULL);
936 }
937
938 /*
939  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
940  *
941  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
942  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
943  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
944  */
945 #ifdef SLAB_DEBUG
946 void *
947 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
948                struct malloc_type *type, int flags,
949                const char *file, int line)
950 #else
951 void *
952 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
953 #endif
954 {
955     unsigned long osize;
956     unsigned long align;
957     SLZone *z;
958     void *nptr;
959     int *kup;
960
961     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
962
963     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
964         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
965     if (size == 0) {
966         kfree(ptr, type);
967         return(NULL);
968     }
969
970     /*
971      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
972      * size be passed to free() instead of this nonsense.
973      */
974     kup = btokup(ptr);
975     if (*kup > 0) {
976         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
977         if (osize == round_page(size))
978             return(ptr);
979         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
980             return(NULL);
981         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
982         kfree(ptr, type);
983         return(nptr);
984     }
985
986     /*
987      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
988      * using the same chunk size we do not have to do anything.
989      */
990     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
991     kup = btokup(z);
992     KKASSERT(*kup < 0);
993     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
994
995     /*
996      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
997      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
998      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
999      *
1000      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
1001      * necessary align the result.
1002      *
1003      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
1004      * size is not too large.
1005      */
1006     if (size < ZoneLimit) {
1007         zoneindex(&size, &align);
1008         if (z->z_ChunkSize == size)
1009             return(ptr);
1010     }
1011     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
1012         return(NULL);
1013     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
1014     kfree(ptr, type);
1015     return(nptr);
1016 }
1017
1018 /*
1019  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
1020  */
1021 long
1022 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
1023 {
1024     if (type->ks_limit == 0) {
1025         crit_enter();
1026         if (type->ks_limit == 0)
1027             malloc_init(type);
1028         crit_exit();
1029     }
1030     return(type->ks_limit);
1031 }
1032
1033 /*
1034  * Allocate a copy of the specified string.
1035  *
1036  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
1037  */
1038 #ifdef SLAB_DEBUG
1039 char *
1040 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
1041               const char *file, int line)
1042 #else
1043 char *
1044 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
1045 #endif
1046 {
1047     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1048     char *nstr;
1049
1050     if (str == NULL)
1051         return(NULL);
1052     zlen = strlen(str) + 1;
1053     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1054     bcopy(str, nstr, zlen);
1055     return(nstr);
1056 }
1057
1058 /*
1059  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
1060  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
1061  * that it really is.
1062  */
1063 static
1064 void
1065 kfree_remote(void *ptr)
1066 {
1067     SLGlobalData *slgd;
1068     SLZone *z;
1069     int nfree;
1070     int *kup;
1071
1072     slgd = &mycpu->gd_slab;
1073     z = ptr;
1074     kup = btokup(z);
1075     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
1076     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
1077     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1078
1079     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0L, 0);
1080     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1081     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
1082     nfree = z->z_NFree;
1083
1084     /*
1085      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
1086      * clearing RSignal.
1087      */
1088     if (z->z_RChunks)
1089         z->z_RSignal = 0;
1090
1091     /*
1092      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
1093      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
1094      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
1095      * cache mastership of the related data (not that it helps since
1096      * we are using c_Next).
1097      */
1098     clean_zone_rchunks(z);
1099     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1100         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1101         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1102     }
1103
1104     /*
1105      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1106      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1107      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1108      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1109      *
1110      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
1111      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
1112      * zone.
1113      */
1114     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
1115         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1116         z->z_RCount == 0
1117     ) {
1118         SLZone **pz;
1119         int *kup;
1120
1121         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1122              z != *pz;
1123              pz = &(*pz)->z_Next) {
1124             ;
1125         }
1126         *pz = z->z_Next;
1127         z->z_Magic = -1;
1128         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1129         slgd->FreeZones = z;
1130         ++slgd->NFreeZones;
1131         kup = btokup(z);
1132         *kup = 0;
1133     }
1134     logmemory(free_rem_end, z, NULL, 0L, 0);
1135 }
1136
1137 /*
1138  * free (SLAB ALLOCATOR)
1139  *
1140  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1141  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1142  * checking memory limits in malloc.
1143  *
1144  * MPSAFE
1145  */
1146 void
1147 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1148 {
1149     SLZone *z;
1150     SLChunk *chunk;
1151     SLGlobalData *slgd;
1152     struct globaldata *gd;
1153     int *kup;
1154     unsigned long size;
1155     SLChunk *bchunk;
1156     int rsignal;
1157
1158     logmemory_quick(free_beg);
1159     gd = mycpu;
1160     slgd = &gd->gd_slab;
1161
1162     if (ptr == NULL)
1163         panic("trying to free NULL pointer");
1164
1165     /*
1166      * Handle special 0-byte allocations
1167      */
1168     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1169         logmemory(free_zero, ptr, type, -1UL, 0);
1170         logmemory_quick(free_end);
1171         return;
1172     }
1173
1174     /*
1175      * Panic on bad malloc type
1176      */
1177     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1178         panic("free: malloc type lacks magic");
1179
1180     /*
1181      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1182      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1183      *
1184      * This code is never called via an ipi.
1185      */
1186     kup = btokup(ptr);
1187     if (*kup > 0) {
1188         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1189         *kup = 0;
1190 #ifdef INVARIANTS
1191         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1192         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1193 #endif
1194         /*
1195          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1196          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1197          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1198          *
1199          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1200          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1201          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1202          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1203          */
1204         crit_enter();
1205         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1206         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1207         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1208             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1209         {
1210             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1211             z = (SLZone *)ptr;
1212             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1213             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1214             z->z_ChunkSize = size;
1215             slgd->FreeOvZones = z;
1216             crit_exit();
1217         } else {
1218             crit_exit();
1219             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1220             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1221             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1222         }
1223         logmemory_quick(free_end);
1224         return;
1225     }
1226
1227     /*
1228      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1229      * ZoneSize aligned. 
1230      */
1231     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1232     kup = btokup(z);
1233     KKASSERT(*kup < 0);
1234     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1235
1236     /*
1237      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1238      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1239      * passive message.
1240      *
1241      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1242      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1243      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1244      *
1245      * (no critical section needed)
1246      */
1247     if (z->z_CpuGd != gd) {
1248         /*
1249          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1250          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1251          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1252          * sum up properly and cancel out.
1253          */
1254         crit_enter();
1255         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1256         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1257         crit_exit();
1258
1259         /*
1260          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1261          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1262          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1263          *
1264          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1265          *          ripped out.
1266          */
1267         rsignal = z->z_RSignal;
1268         cpu_lfence();
1269         if (rsignal)
1270                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1271
1272         chunk = ptr;
1273         for (;;) {
1274             bchunk = z->z_RChunks;
1275             cpu_ccfence();
1276             chunk->c_Next = bchunk;
1277             cpu_sfence();
1278
1279             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1280                 break;
1281         }
1282
1283         /*
1284          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1285          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1286          * move the zone back on.
1287          *
1288          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1289          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1290          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1291          * virtually no IPI traffic.
1292          *
1293          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1294          */
1295         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1296                 logmemory(free_request, ptr, type,
1297                           (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1298             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1299             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1300         } else if (rsignal) {
1301             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1302             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1303         }
1304         logmemory_quick(free_end);
1305         return;
1306     }
1307
1308     /*
1309      * kfree locally
1310      */
1311     logmemory(free_chunk, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1312
1313     crit_enter();
1314     chunk = ptr;
1315     chunk_mark_free(z, chunk);
1316
1317     /*
1318      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1319      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1320      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1321      */
1322 #ifdef INVARIANTS
1323     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1324         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1325     else
1326         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1327 #endif
1328
1329     /*
1330      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1331      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1332      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1333      */
1334 #ifdef INVARIANTS
1335     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1336         panic("BADFREE %p", chunk);
1337 #endif
1338     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1339     z->z_LChunks = chunk;
1340     if (chunk->c_Next == NULL)
1341             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1342
1343 #ifdef INVARIANTS
1344     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1345         panic("BADFREE2");
1346 #endif
1347
1348     /*
1349      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1350      * must be added back onto the appropriate list.
1351      */
1352     if (z->z_NFree++ == 0) {
1353         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1354         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1355     }
1356
1357     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1358     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1359
1360     check_zone_free(slgd, z);
1361     logmemory_quick(free_end);
1362     crit_exit();
1363 }
1364
1365 /*
1366  * Cleanup slabs which are hanging around due to RChunks.  Called once every
1367  * 10 seconds on all cpus.
1368  */
1369 void
1370 slab_cleanup(void)
1371 {
1372     SLGlobalData *slgd = &mycpu->gd_slab;
1373     SLZone *z;
1374     int i;
1375
1376     crit_enter();
1377     for (i = 0; i < NZONES; ++i) {
1378         if ((z = slgd->ZoneAry[i]) == NULL)
1379                 continue;
1380         z = z->z_Next;
1381
1382         /*
1383          * Scan zones starting with the second zone in each list.
1384          */
1385         while (z) {
1386             /*
1387              * Shift all RChunks to the end of the LChunks list.  This is
1388              * an O(1) operation.
1389              */
1390             clean_zone_rchunks(z);
1391             z = check_zone_free(slgd, z);
1392         }
1393     }
1394     crit_exit();
1395 }
1396
1397 #if defined(INVARIANTS)
1398
1399 /*
1400  * Helper routines for sanity checks
1401  */
1402 static
1403 void
1404 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1405 {
1406     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1407     __uint32_t *bitptr;
1408
1409     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1410     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1411             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1412     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1413     bitdex &= 31;
1414     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1415             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1416     *bitptr |= 1 << bitdex;
1417 }
1418
1419 static
1420 void
1421 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1422 {
1423     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1424     __uint32_t *bitptr;
1425
1426     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1427     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1428             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1429     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1430     bitdex &= 31;
1431     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1432             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1433     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1434 }
1435
1436 #endif
1437
1438 /*
1439  * kmem_slab_alloc()
1440  *
1441  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1442  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1443  *
1444  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1445  *
1446  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1447  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1448  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1449  *      after the new space is made available.
1450  *
1451  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1452  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1453  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1454  *      it is free to use PQ_CACHE pages.  <--- may not apply any longer XXX
1455  */
1456 static void *
1457 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1458 {
1459     vm_size_t i;
1460     vm_offset_t addr;
1461     int count, vmflags, base_vmflags;
1462     vm_page_t mbase = NULL;
1463     vm_page_t m;
1464     thread_t td;
1465
1466     size = round_page(size);
1467     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1468
1469     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1470     crit_enter();
1471     vm_map_lock(&kernel_map);
1472     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1473         vm_map_unlock(&kernel_map);
1474         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1475             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1476         vm_map_entry_release(count);
1477         crit_exit();
1478         return(NULL);
1479     }
1480
1481     /*
1482      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1483      */
1484     vm_object_hold(&kernel_object);
1485     vm_object_reference_locked(&kernel_object);
1486     vm_map_insert(&kernel_map, &count, 
1487                     &kernel_object, addr, addr, addr + size,
1488                     VM_MAPTYPE_NORMAL,
1489                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1490                     0);
1491     vm_object_drop(&kernel_object);
1492     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1493     vm_map_unlock(&kernel_map);
1494
1495     td = curthread;
1496
1497     base_vmflags = 0;
1498     if (flags & M_ZERO)
1499         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1500     if (flags & M_USE_RESERVE)
1501         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1502     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1503         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1504     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1505         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1506               flags, ((int **)&size)[-1]);
1507     }
1508
1509     /*
1510      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag or map
1511      * them yet.  VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1512      *
1513      * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1514      * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1515      * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1516      * do that.
1517      */
1518     vmflags = base_vmflags;
1519     if (flags & M_WAITOK) {
1520         if (td->td_preempted)
1521             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1522         else
1523             vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1524     }
1525
1526     vm_object_hold(&kernel_object);
1527     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1528         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1529         if (i == 0)
1530                 mbase = m;
1531
1532         /*
1533          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1534          *
1535          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1536          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1537          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1538          * will not be preempting anyone the second time around after the
1539          * yield.
1540          */
1541         if (m == NULL) {
1542             if (flags & M_WAITOK) {
1543                 if (td->td_preempted) {
1544                     lwkt_switch();
1545                 } else {
1546                     vm_wait(0);
1547                 }
1548                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1549                 continue;
1550             }
1551             break;
1552         }
1553     }
1554
1555     /*
1556      * Check and deal with an allocation failure
1557      */
1558     if (i != size) {
1559         while (i != 0) {
1560             i -= PAGE_SIZE;
1561             m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1562             /* page should already be busy */
1563             vm_page_free(m);
1564         }
1565         vm_map_lock(&kernel_map);
1566         vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1567         vm_map_unlock(&kernel_map);
1568         vm_object_drop(&kernel_object);
1569
1570         vm_map_entry_release(count);
1571         crit_exit();
1572         return(NULL);
1573     }
1574
1575     /*
1576      * Success!
1577      *
1578      * NOTE: The VM pages are still busied.  mbase points to the first one
1579      *       but we have to iterate via vm_page_next()
1580      */
1581     vm_object_drop(&kernel_object);
1582     crit_exit();
1583
1584     /*
1585      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1586      */
1587     m = mbase;
1588     i = 0;
1589
1590     while (i < size) {
1591         /*
1592          * page should already be busy
1593          */
1594         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1595         vm_page_wire(m);
1596         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL | VM_PROT_NOSYNC,
1597                    1, NULL);
1598         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1599             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1600         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1601         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1602         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1603         vm_page_wakeup(m);
1604
1605         i += PAGE_SIZE;
1606         vm_object_hold(&kernel_object);
1607         m = vm_page_next(m);
1608         vm_object_drop(&kernel_object);
1609     }
1610     smp_invltlb();
1611     vm_map_entry_release(count);
1612     atomic_add_long(&SlabsAllocated, 1);
1613     return((void *)addr);
1614 }
1615
1616 /*
1617  * kmem_slab_free()
1618  */
1619 static void
1620 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1621 {
1622     crit_enter();
1623     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1624     atomic_add_long(&SlabsFreed, 1);
1625     crit_exit();
1626 }
1627
1628 void *
1629 kmalloc_cachealign(unsigned long size_alloc, struct malloc_type *type,
1630     int flags)
1631 {
1632 #if (__VM_CACHELINE_SIZE == 32)
1633 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 256)
1634 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 64)
1635 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 512)
1636 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 128)
1637 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 1024)
1638 #else
1639 #error "unsupported cacheline size"
1640 #endif
1641
1642         void *ret;
1643
1644         if (size_alloc < __VM_CACHELINE_SIZE)
1645                 size_alloc = __VM_CACHELINE_SIZE;
1646         else if (!CAN_CACHEALIGN(size_alloc))
1647                 flags |= M_POWEROF2;
1648
1649         ret = kmalloc(size_alloc, type, flags);
1650         KASSERT(((uintptr_t)ret & (__VM_CACHELINE_SIZE - 1)) == 0,
1651             ("%p(%lu) not cacheline %d aligned",
1652              ret, size_alloc, __VM_CACHELINE_SIZE));
1653         return ret;
1654
1655 #undef CAN_CACHEALIGN
1656 }