Merge branch 'vendor/DIFFUTILS'
[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
125 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
126
127 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%lu flags=%04x"
128 #define MEMORY_ARGS     void *ptr, void *type, unsigned long size, int flags
129
130 #if !defined(KTR_MEMORY)
131 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
132 #endif
133 KTR_INFO_MASTER(memory);
134 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin");
135 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
136 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
139 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
140 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
142 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
143 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin");
144 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end");
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  */
178 #define ZONE_RELS_THRESH        32              /* threshold number of zones */
179
180 /*
181  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
182  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
183  * free.
184  */    
185 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
186 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
187 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
188
189 /*
190  * Misc global malloc buckets
191  */
192
193 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
194 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
195 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
196  
197 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
198 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
199
200 /*
201  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
202  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
203  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
204  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
205  * (typically 32K min, 128K max). 
206  */
207 static void kmeminit(void *dummy);
208
209 char *ZeroPage;
210
211 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
212
213 #ifdef INVARIANTS
214 /*
215  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
216  */
217 static int  use_malloc_pattern;
218 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
219     &use_malloc_pattern, 0,
220     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
221 #endif
222
223 static int ZoneRelsThresh = ZONE_RELS_THRESH;
224 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
225 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_cache, CTLFLAG_RW, &ZoneRelsThresh, 0, "");
227 static long SlabsAllocated;
228 static long SlabsFreed;
229 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_allocated, CTLFLAG_RD, &SlabsAllocated, 0, "");
230 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_freed, CTLFLAG_RD, &SlabsFreed, 0, "");
231
232 /*
233  * Returns the kernel memory size limit for the purposes of initializing
234  * various subsystem caches.  The smaller of available memory and the KVM
235  * memory space is returned.
236  *
237  * The size in megabytes is returned.
238  */
239 size_t
240 kmem_lim_size(void)
241 {
242     size_t limsize;
243
244     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
245     if (limsize > KvaSize)
246         limsize = KvaSize;
247     return (limsize / (1024 * 1024));
248 }
249
250 static void
251 kmeminit(void *dummy)
252 {
253     size_t limsize;
254     int usesize;
255     int i;
256
257     limsize = kmem_lim_size();
258     usesize = (int)(limsize * 1024);    /* convert to KB */
259
260     /*
261      * If the machine has a large KVM space and more than 8G of ram,
262      * double the zone release threshold to reduce SMP invalidations.
263      * If more than 16G of ram, do it again.
264      *
265      * The BIOS eats a little ram so add some slop.  We want 8G worth of
266      * memory sticks to trigger the first adjustment.
267      */
268     if (ZoneRelsThresh == ZONE_RELS_THRESH) {
269             if (limsize >= 7 * 1024)
270                     ZoneRelsThresh *= 2;
271             if (limsize >= 15 * 1024)
272                     ZoneRelsThresh *= 2;
273     }
274
275     /*
276      * Calculate the zone size.  This typically calculates to
277      * ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE
278      */
279     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
280     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
281         ZoneSize <<= 1;
282     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
283     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
284         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
285     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
286     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
287
288     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
289         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
290
291     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
292
293     if (bootverbose)
294         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
295 }
296
297 /*
298  * Initialize a malloc type tracking structure.
299  */
300 void
301 malloc_init(void *data)
302 {
303     struct malloc_type *type = data;
304     size_t limsize;
305
306     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
307         panic("malloc type lacks magic");
308                                            
309     if (type->ks_limit != 0)
310         return;
311
312     if (vmstats.v_page_count == 0)
313         panic("malloc_init not allowed before vm init");
314
315     limsize = kmem_lim_size() * (1024 * 1024);
316     type->ks_limit = limsize / 10;
317
318     type->ks_next = kmemstatistics;
319     kmemstatistics = type;
320 }
321
322 void
323 malloc_uninit(void *data)
324 {
325     struct malloc_type *type = data;
326     struct malloc_type *t;
327 #ifdef INVARIANTS
328     int i;
329     long ttl;
330 #endif
331
332     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
333         panic("malloc type lacks magic");
334
335     if (vmstats.v_page_count == 0)
336         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
337
338     if (type->ks_limit == 0)
339         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
340
341     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
342     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
343
344 #ifdef INVARIANTS
345     /*
346      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
347      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
348      * negative or positive (canceling each other out).
349      */
350     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
351         ttl += type->ks_memuse[i];
352     if (ttl) {
353         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
354             ttl, type->ks_shortdesc, i);
355     }
356 #endif
357     if (type == kmemstatistics) {
358         kmemstatistics = type->ks_next;
359     } else {
360         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
361             if (t->ks_next == type) {
362                 t->ks_next = type->ks_next;
363                 break;
364             }
365         }
366     }
367     type->ks_next = NULL;
368     type->ks_limit = 0;
369 }
370
371 /*
372  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
373  * are the made if the pool would shrink.
374  */
375 void
376 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
377 {
378     if (type->ks_limit == 0)
379         malloc_init(type);
380     if (bytes == 0)
381         bytes = KvaSize;
382     if (type->ks_limit < bytes)
383         type->ks_limit = bytes;
384 }
385
386 /*
387  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
388  * already non-NULL.
389  */
390 void
391 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
392 {
393         struct malloc_type *type;
394
395         if (*typep == NULL) {
396                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
397                 type->ks_magic = M_MAGIC;
398                 type->ks_shortdesc = descr;
399                 malloc_init(type);
400                 *typep = type;
401         }
402 }
403
404 /*
405  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
406  * the pool has already been destroyed.
407  */
408 void
409 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
410 {
411         if (*typep != NULL) {
412                 malloc_uninit(*typep);
413                 kfree(*typep, M_TEMP);
414                 *typep = NULL;
415         }
416 }
417
418 /*
419  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
420  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
421  */
422 static __inline int
423 zoneindex(unsigned long *bytes, unsigned long *align)
424 {
425     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
426     if (n < 128) {
427         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
428         *align = 8;
429         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
430     }
431     if (n < 256) {
432         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
433         *align = 16;
434         return(n / 16 + 7);
435     }
436     if (n < 8192) {
437         if (n < 512) {
438             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
439             *align = 32;
440             return(n / 32 + 15);
441         }
442         if (n < 1024) {
443             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
444             *align = 64;
445             return(n / 64 + 23);
446         } 
447         if (n < 2048) {
448             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
449             *align = 128;
450             return(n / 128 + 31);
451         }
452         if (n < 4096) {
453             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
454             *align = 256;
455             return(n / 256 + 39);
456         }
457         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
458         *align = 512;
459         return(n / 512 + 47);
460     }
461 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
462     if (n < 16384) {
463         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
464         *align = 1024;
465         return(n / 1024 + 55);
466     }
467 #endif
468 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
469     if (n < 32768) {
470         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
471         *align = 2048;
472         return(n / 2048 + 63);
473     }
474 #endif
475     panic("Unexpected byte count %d", n);
476     return(0);
477 }
478
479 #ifdef SLAB_DEBUG
480 /*
481  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
482  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
483  */
484
485 static void
486 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
487 {
488     int i;
489     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
490
491     i = b;
492     do {
493         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
494                 return;
495         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
496                 break;
497         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
498     } while (i != b);
499     z->z_Sources[i].file = file;
500     z->z_Sources[i].line = line;
501 }
502
503 #endif
504
505 static __inline unsigned long
506 powerof2_size(unsigned long size)
507 {
508         int i;
509
510         if (size == 0 || powerof2(size))
511                 return size;
512
513         i = flsl(size);
514         return (1UL << i);
515 }
516
517 /*
518  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
519  *
520  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
521  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
522  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
523  *      &SlabMisc if you don't care.
524  *
525  *      M_RNOWAIT       - don't block.
526  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
527  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
528  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
529  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
530  *      M_POWEROF2      - roundup size to the nearest power of 2
531  *
532  * MPSAFE
533  */
534
535 #ifdef SLAB_DEBUG
536 void *
537 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
538               const char *file, int line)
539 #else
540 void *
541 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
542 #endif
543 {
544     SLZone *z;
545     SLChunk *chunk;
546     SLChunk *bchunk;
547     SLGlobalData *slgd;
548     struct globaldata *gd;
549     unsigned long align;
550     int zi;
551 #ifdef INVARIANTS
552     int i;
553 #endif
554
555     logmemory_quick(malloc_beg);
556     gd = mycpu;
557     slgd = &gd->gd_slab;
558
559     /*
560      * XXX silly to have this in the critical path.
561      */
562     if (type->ks_limit == 0) {
563         crit_enter();
564         if (type->ks_limit == 0)
565             malloc_init(type);
566         crit_exit();
567     }
568     ++type->ks_calls;
569
570     if (flags & M_POWEROF2)
571         size = powerof2_size(size);
572
573     /*
574      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
575      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
576      * simply deadlock the computer.
577      *
578      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
579      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
580      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
581      */
582     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
583         int i;
584         long ttl;
585
586         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
587             ttl += type->ks_memuse[i];
588         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
589         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
590                 ttl = 0;
591         if (ttl >= type->ks_limit) {
592             if (flags & M_NULLOK) {
593                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
594                 return(NULL);
595             }
596             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
597         }
598     }
599
600     /*
601      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
602      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
603      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
604      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
605      * also realloc() later on.  Joy.
606      */
607     if (size == 0) {
608         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
609         return(ZERO_LENGTH_PTR);
610     }
611
612     /*
613      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
614      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
615      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
616      *
617      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
618      *       might race another cpu allocating the kva and setting
619      *       ku_pagecnt.
620      */
621     while (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
622         crit_enter();
623         if (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh) {        /* crit sect race */
624             int *kup;
625
626             z = slgd->FreeZones;
627             slgd->FreeZones = z->z_Next;
628             --slgd->NFreeZones;
629             kup = btokup(z);
630             *kup = 0;
631             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
632             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -ZoneSize / 1024);
633         }
634         crit_exit();
635     }
636
637     /*
638      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
639      */
640     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
641         crit_enter();
642         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
643             vm_size_t tsize;
644
645             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
646             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
647             tsize = z->z_ChunkSize;
648             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
649             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
650         }
651         crit_exit();
652     }
653
654     /*
655      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
656      * these so performance is not a big issue.
657      *
658      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
659      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
660      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
661      */
662     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
663         int *kup;
664
665         size = round_page(size);
666         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
667         if (chunk == NULL) {
668             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
669             return(NULL);
670         }
671         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
672         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
673         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
674         kup = btokup(chunk);
675         *kup = size / PAGE_SIZE;
676         crit_enter();
677         goto done;
678     }
679
680     /*
681      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
682      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
683      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
684      * (we might have thousands of zones in the list).
685      *
686      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
687      */
688     zi = zoneindex(&size, &align);
689     KKASSERT(zi < NZONES);
690     crit_enter();
691
692     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
693         /*
694          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
695          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
696          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
697          * the ZoneAry.
698          */
699         if (--z->z_NFree <= 0) {
700             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
701
702             /*
703              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
704              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
705              * it is ok if more accumulate after we're done.
706              *
707              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
708              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
709              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
710              * their IPI signaling.
711              */
712             if (z->z_RChunks == NULL)
713                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
714
715             while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
716                 cpu_ccfence();
717                 if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
718                     *z->z_LChunksp = bchunk;
719                     while (bchunk) {
720                         chunk_mark_free(z, bchunk);
721                         z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
722                         bchunk = bchunk->c_Next;
723                         ++z->z_NFree;
724                     }
725                     break;
726                 }
727             }
728             /*
729              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
730              * Clear RSignal
731              */
732             if (z->z_NFree == 0) {
733                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
734                 z->z_Next = NULL;
735             } else {
736                 z->z_RSignal = 0;
737             }
738         }
739
740         /*
741          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
742          */
743         chunk = z->z_LChunks;
744         if (chunk) {
745                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
746                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
747                 if (z->z_LChunks == NULL)
748                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
749 #ifdef SLAB_DEBUG
750                 slab_record_source(z, file, line);
751 #endif
752                 goto done;
753         }
754
755         /*
756          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
757          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
758          *
759          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
760          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
761          */
762         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
763             ++z->z_UIndex;
764         else
765             z->z_UIndex = 0;
766
767         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
768             panic("slaballoc: corrupted zone");
769
770         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
771         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
772             flags &= ~M_ZERO;
773             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
774         }
775         chunk_mark_allocated(z, chunk);
776 #ifdef SLAB_DEBUG
777         slab_record_source(z, file, line);
778 #endif
779         goto done;
780     }
781
782     /*
783      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
784      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
785      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
786      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
787      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
788      *
789      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
790      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
791      * adjusting the base offset below.
792      */
793     {
794         int off;
795         int *kup;
796
797         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
798             slgd->FreeZones = z->z_Next;
799             --slgd->NFreeZones;
800             bzero(z, sizeof(SLZone));
801             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
802         } else {
803             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
804             if (z == NULL)
805                 goto fail;
806             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, ZoneSize / 1024);
807         }
808
809         /*
810          * How big is the base structure?
811          */
812 #if defined(INVARIANTS)
813         /*
814          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
815          * complicated so don't make an exact calculation.
816          */
817         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
818         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
819 #else
820         off = sizeof(SLZone);
821 #endif
822
823         /*
824          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
825          * Otherwise properly align the data according to the chunk size.
826          */
827         if (powerof2(size))
828             align = size;
829         off = (off + align - 1) & ~(align - 1);
830
831         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
832         z->z_ZoneIndex = zi;
833         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
834         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
835         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
836         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
837         z->z_ChunkSize = size;
838         z->z_CpuGd = gd;
839         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
840         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
841 #ifdef SLAB_DEBUG
842         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
843         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
844 #endif
845         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
846         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
847         slgd->ZoneAry[zi] = z;
848         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
849             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
850             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
851         }
852         kup = btokup(z);
853         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
854         chunk_mark_allocated(z, chunk);
855 #ifdef SLAB_DEBUG
856         slab_record_source(z, file, line);
857 #endif
858
859         /*
860          * Slide the base index for initial allocations out of the next
861          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
862          * cpu memory caches.
863          */
864         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
865                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
866     }
867
868 done:
869     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
870     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
871     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
872     crit_exit();
873
874     if (flags & M_ZERO)
875         bzero(chunk, size);
876 #ifdef INVARIANTS
877     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
878         if (use_malloc_pattern) {
879             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
880                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
881             }
882         }
883         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
884     }
885 #endif
886     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
887     return(chunk);
888 fail:
889     crit_exit();
890     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
891     return(NULL);
892 }
893
894 /*
895  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
896  *
897  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
898  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
899  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
900  */
901 #ifdef SLAB_DEBUG
902 void *
903 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
904                struct malloc_type *type, int flags,
905                const char *file, int line)
906 #else
907 void *
908 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
909 #endif
910 {
911     unsigned long osize;
912     unsigned long align;
913     SLZone *z;
914     void *nptr;
915     int *kup;
916
917     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
918
919     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
920         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
921     if (size == 0) {
922         kfree(ptr, type);
923         return(NULL);
924     }
925
926     /*
927      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
928      * size be passed to free() instead of this nonsense.
929      */
930     kup = btokup(ptr);
931     if (*kup > 0) {
932         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
933         if (osize == round_page(size))
934             return(ptr);
935         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
936             return(NULL);
937         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
938         kfree(ptr, type);
939         return(nptr);
940     }
941
942     /*
943      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
944      * using the same chunk size we do not have to do anything.
945      */
946     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
947     kup = btokup(z);
948     KKASSERT(*kup < 0);
949     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
950
951     /*
952      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
953      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
954      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
955      *
956      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
957      * necessary align the result.
958      *
959      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
960      * size is not too large.
961      */
962     if (size < ZoneLimit) {
963         zoneindex(&size, &align);
964         if (z->z_ChunkSize == size)
965             return(ptr);
966     }
967     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
968         return(NULL);
969     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
970     kfree(ptr, type);
971     return(nptr);
972 }
973
974 /*
975  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
976  */
977 long
978 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
979 {
980     if (type->ks_limit == 0) {
981         crit_enter();
982         if (type->ks_limit == 0)
983             malloc_init(type);
984         crit_exit();
985     }
986     return(type->ks_limit);
987 }
988
989 /*
990  * Allocate a copy of the specified string.
991  *
992  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
993  */
994 #ifdef SLAB_DEBUG
995 char *
996 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
997               const char *file, int line)
998 #else
999 char *
1000 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
1001 #endif
1002 {
1003     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1004     char *nstr;
1005
1006     if (str == NULL)
1007         return(NULL);
1008     zlen = strlen(str) + 1;
1009     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1010     bcopy(str, nstr, zlen);
1011     return(nstr);
1012 }
1013
1014 /*
1015  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
1016  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
1017  * that it really is.
1018  */
1019 static
1020 void
1021 kfree_remote(void *ptr)
1022 {
1023     SLGlobalData *slgd;
1024     SLChunk *bchunk;
1025     SLZone *z;
1026     int nfree;
1027     int *kup;
1028
1029     slgd = &mycpu->gd_slab;
1030     z = ptr;
1031     kup = btokup(z);
1032     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
1033     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
1034     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1035
1036     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0L, 0);
1037     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1038     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
1039     nfree = z->z_NFree;
1040
1041     /*
1042      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
1043      * clearing RSignal.
1044      */
1045     if (z->z_RChunks)
1046         z->z_RSignal = 0;
1047
1048     /*
1049      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
1050      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
1051      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
1052      * cache mastership of the related data (not that it helps since
1053      * we are using c_Next).
1054      */
1055     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
1056         cpu_ccfence();
1057         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
1058             *z->z_LChunksp = bchunk;
1059             while (bchunk) {
1060                     chunk_mark_free(z, bchunk);
1061                     z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
1062                     bchunk = bchunk->c_Next;
1063                     ++z->z_NFree;
1064             }
1065             break;
1066         }
1067     }
1068     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1069         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1070         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1071     }
1072
1073     /*
1074      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1075      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1076      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1077      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1078      *
1079      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
1080      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
1081      * zone.
1082      */
1083     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
1084         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1085         z->z_RCount == 0
1086     ) {
1087         SLZone **pz;
1088         int *kup;
1089
1090         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1091              z != *pz;
1092              pz = &(*pz)->z_Next) {
1093             ;
1094         }
1095         *pz = z->z_Next;
1096         z->z_Magic = -1;
1097         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1098         slgd->FreeZones = z;
1099         ++slgd->NFreeZones;
1100         kup = btokup(z);
1101         *kup = 0;
1102     }
1103     logmemory(free_rem_end, z, bchunk, 0L, 0);
1104 }
1105
1106 /*
1107  * free (SLAB ALLOCATOR)
1108  *
1109  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1110  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1111  * checking memory limits in malloc.
1112  *
1113  * MPSAFE
1114  */
1115 void
1116 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1117 {
1118     SLZone *z;
1119     SLChunk *chunk;
1120     SLGlobalData *slgd;
1121     struct globaldata *gd;
1122     int *kup;
1123     unsigned long size;
1124     SLChunk *bchunk;
1125     int rsignal;
1126
1127     logmemory_quick(free_beg);
1128     gd = mycpu;
1129     slgd = &gd->gd_slab;
1130
1131     if (ptr == NULL)
1132         panic("trying to free NULL pointer");
1133
1134     /*
1135      * Handle special 0-byte allocations
1136      */
1137     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1138         logmemory(free_zero, ptr, type, -1UL, 0);
1139         logmemory_quick(free_end);
1140         return;
1141     }
1142
1143     /*
1144      * Panic on bad malloc type
1145      */
1146     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1147         panic("free: malloc type lacks magic");
1148
1149     /*
1150      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1151      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1152      *
1153      * This code is never called via an ipi.
1154      */
1155     kup = btokup(ptr);
1156     if (*kup > 0) {
1157         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1158         *kup = 0;
1159 #ifdef INVARIANTS
1160         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1161         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1162 #endif
1163         /*
1164          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1165          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1166          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1167          *
1168          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1169          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1170          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1171          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1172          */
1173         crit_enter();
1174         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1175         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1176         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1177             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1178         {
1179             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1180             z = (SLZone *)ptr;
1181             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1182             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1183             z->z_ChunkSize = size;
1184             slgd->FreeOvZones = z;
1185             crit_exit();
1186         } else {
1187             crit_exit();
1188             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1189             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1190             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1191         }
1192         logmemory_quick(free_end);
1193         return;
1194     }
1195
1196     /*
1197      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1198      * ZoneSize aligned. 
1199      */
1200     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1201     kup = btokup(z);
1202     KKASSERT(*kup < 0);
1203     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1204
1205     /*
1206      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1207      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1208      * passive message.
1209      *
1210      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1211      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1212      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1213      *
1214      * (no critical section needed)
1215      */
1216     if (z->z_CpuGd != gd) {
1217         /*
1218          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1219          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1220          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1221          * sum up properly and cancel out.
1222          */
1223         crit_enter();
1224         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1225         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1226         crit_exit();
1227
1228         /*
1229          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1230          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1231          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1232          *
1233          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1234          *          ripped out.
1235          */
1236         rsignal = z->z_RSignal;
1237         cpu_lfence();
1238         if (rsignal)
1239                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1240
1241         chunk = ptr;
1242         for (;;) {
1243             bchunk = z->z_RChunks;
1244             cpu_ccfence();
1245             chunk->c_Next = bchunk;
1246             cpu_sfence();
1247
1248             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1249                 break;
1250         }
1251
1252         /*
1253          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1254          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1255          * move the zone back on.
1256          *
1257          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1258          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1259          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1260          * virtually no IPI traffic.
1261          *
1262          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1263          */
1264         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1265                 logmemory(free_request, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1266             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1267             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1268         } else if (rsignal) {
1269             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1270             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1271         }
1272         logmemory_quick(free_end);
1273         return;
1274     }
1275
1276     /*
1277      * kfree locally
1278      */
1279     logmemory(free_chunk, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1280
1281     crit_enter();
1282     chunk = ptr;
1283     chunk_mark_free(z, chunk);
1284
1285     /*
1286      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1287      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1288      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1289      */
1290 #ifdef INVARIANTS
1291     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1292         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1293     else
1294         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1295 #endif
1296
1297     /*
1298      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1299      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1300      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1301      */
1302 #ifdef INVARIANTS
1303     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1304         panic("BADFREE %p", chunk);
1305 #endif
1306     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1307     z->z_LChunks = chunk;
1308     if (chunk->c_Next == NULL)
1309             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1310
1311 #ifdef INVARIANTS
1312     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1313         panic("BADFREE2");
1314 #endif
1315
1316     /*
1317      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1318      * must be added back onto the appropriate list.
1319      */
1320     if (z->z_NFree++ == 0) {
1321         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1322         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1323     }
1324
1325     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1326     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1327
1328     /*
1329      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1330      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1331      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1332      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1333      */
1334     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
1335         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1336         z->z_RCount == 0
1337     ) {
1338         SLZone **pz;
1339         int *kup;
1340
1341         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
1342             ;
1343         *pz = z->z_Next;
1344         z->z_Magic = -1;
1345         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1346         slgd->FreeZones = z;
1347         ++slgd->NFreeZones;
1348         kup = btokup(z);
1349         *kup = 0;
1350     }
1351     logmemory_quick(free_end);
1352     crit_exit();
1353 }
1354
1355 #if defined(INVARIANTS)
1356
1357 /*
1358  * Helper routines for sanity checks
1359  */
1360 static
1361 void
1362 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1363 {
1364     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1365     __uint32_t *bitptr;
1366
1367     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1368     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1369             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1370     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1371     bitdex &= 31;
1372     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1373             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1374     *bitptr |= 1 << bitdex;
1375 }
1376
1377 static
1378 void
1379 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1380 {
1381     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1382     __uint32_t *bitptr;
1383
1384     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1385     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1386             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1387     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1388     bitdex &= 31;
1389     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1390             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1391     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1392 }
1393
1394 #endif
1395
1396 /*
1397  * kmem_slab_alloc()
1398  *
1399  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1400  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1401  *
1402  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1403  *
1404  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1405  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1406  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1407  *      after the new space is made available.
1408  *
1409  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1410  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1411  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1412  *      it is free to use PQ_CACHE pages.  <--- may not apply any longer XXX
1413  */
1414 static void *
1415 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1416 {
1417     vm_size_t i;
1418     vm_offset_t addr;
1419     int count, vmflags, base_vmflags;
1420     vm_page_t mbase = NULL;
1421     vm_page_t m;
1422     thread_t td;
1423
1424     size = round_page(size);
1425     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1426
1427     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1428     crit_enter();
1429     vm_map_lock(&kernel_map);
1430     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1431         vm_map_unlock(&kernel_map);
1432         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1433             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1434         vm_map_entry_release(count);
1435         crit_exit();
1436         return(NULL);
1437     }
1438
1439     /*
1440      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1441      */
1442     vm_object_hold(&kernel_object);
1443     vm_object_reference_locked(&kernel_object);
1444     vm_map_insert(&kernel_map, &count, 
1445                     &kernel_object, addr, addr, addr + size,
1446                     VM_MAPTYPE_NORMAL,
1447                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1448                     0);
1449     vm_object_drop(&kernel_object);
1450     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1451     vm_map_unlock(&kernel_map);
1452
1453     td = curthread;
1454
1455     base_vmflags = 0;
1456     if (flags & M_ZERO)
1457         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1458     if (flags & M_USE_RESERVE)
1459         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1460     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1461         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1462     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1463         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1464               flags, ((int **)&size)[-1]);
1465     }
1466
1467     /*
1468      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag or map
1469      * them yet.  VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1470      *
1471      * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1472      * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1473      * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1474      * do that.
1475      */
1476     vmflags = base_vmflags;
1477     if (flags & M_WAITOK) {
1478         if (td->td_preempted)
1479             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1480         else
1481             vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1482     }
1483
1484     vm_object_hold(&kernel_object);
1485     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1486         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1487         if (i == 0)
1488                 mbase = m;
1489
1490         /*
1491          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1492          *
1493          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1494          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1495          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1496          * will not be preempting anyone the second time around after the
1497          * yield.
1498          */
1499         if (m == NULL) {
1500             if (flags & M_WAITOK) {
1501                 if (td->td_preempted) {
1502                     lwkt_switch();
1503                 } else {
1504                     vm_wait(0);
1505                 }
1506                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1507                 continue;
1508             }
1509             break;
1510         }
1511     }
1512
1513     /*
1514      * Check and deal with an allocation failure
1515      */
1516     if (i != size) {
1517         while (i != 0) {
1518             i -= PAGE_SIZE;
1519             m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1520             /* page should already be busy */
1521             vm_page_free(m);
1522         }
1523         vm_map_lock(&kernel_map);
1524         vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1525         vm_map_unlock(&kernel_map);
1526         vm_object_drop(&kernel_object);
1527
1528         vm_map_entry_release(count);
1529         crit_exit();
1530         return(NULL);
1531     }
1532
1533     /*
1534      * Success!
1535      *
1536      * NOTE: The VM pages are still busied.  mbase points to the first one
1537      *       but we have to iterate via vm_page_next()
1538      */
1539     vm_object_drop(&kernel_object);
1540     crit_exit();
1541
1542     /*
1543      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1544      */
1545     m = mbase;
1546     i = 0;
1547
1548     while (i < size) {
1549         /*
1550          * page should already be busy
1551          */
1552         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1553         vm_page_wire(m);
1554         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL | VM_PROT_NOSYNC,
1555                    1, NULL);
1556         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1557             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1558         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1559         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1560         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1561         vm_page_wakeup(m);
1562
1563         i += PAGE_SIZE;
1564         vm_object_hold(&kernel_object);
1565         m = vm_page_next(m);
1566         vm_object_drop(&kernel_object);
1567     }
1568     smp_invltlb();
1569     vm_map_entry_release(count);
1570     atomic_add_long(&SlabsAllocated, 1);
1571     return((void *)addr);
1572 }
1573
1574 /*
1575  * kmem_slab_free()
1576  */
1577 static void
1578 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1579 {
1580     crit_enter();
1581     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1582     atomic_add_long(&SlabsFreed, 1);
1583     crit_exit();
1584 }
1585
1586 void *
1587 kmalloc_cachealign(unsigned long size_alloc, struct malloc_type *type,
1588     int flags)
1589 {
1590 #if (__VM_CACHELINE_SIZE == 32)
1591 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 256)
1592 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 64)
1593 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 512)
1594 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 128)
1595 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 1024)
1596 #else
1597 #error "unsupported cacheline size"
1598 #endif
1599
1600         void *ret;
1601
1602         if (size_alloc < __VM_CACHELINE_SIZE)
1603                 size_alloc = __VM_CACHELINE_SIZE;
1604         else if (!CAN_CACHEALIGN(size_alloc))
1605                 flags |= M_POWEROF2;
1606
1607         ret = kmalloc(size_alloc, type, flags);
1608         KASSERT(((uintptr_t)ret & (__VM_CACHELINE_SIZE - 1)) == 0,
1609             ("%p(%lu) not cacheline %d aligned",
1610              ret, size_alloc, __VM_CACHELINE_SIZE));
1611         return ret;
1612
1613 #undef CAN_CACHEALIGN
1614 }