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