kernel - Add reapctl() system call for managing sub-processes
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_slaballoc.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * KERN_SLABALLOC.C     - Kernel SLAB memory allocator
5  * 
6  * Copyright (c) 2003,2004,2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
7  * 
8  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
9  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
10  * 
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
19  *    the documentation and/or other materials provided with the
20  *    distribution.
21  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
22  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
23  *    from this software without specific, prior written permission.
24  * 
25  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
26  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
27  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
28  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
29  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
30  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
31  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
32  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
33  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
34  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
35  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  * This module implements a slab allocator drop-in replacement for the
39  * kernel malloc().
40  *
41  * A slab allocator reserves a ZONE for each chunk size, then lays the
42  * chunks out in an array within the zone.  Allocation and deallocation
43  * is nearly instantanious, and fragmentation/overhead losses are limited
44  * to a fixed worst-case amount.
45  *
46  * The downside of this slab implementation is in the chunk size
47  * multiplied by the number of zones.  ~80 zones * 128K = 10MB of VM per cpu.
48  * In a kernel implementation all this memory will be physical so
49  * the zone size is adjusted downward on machines with less physical
50  * memory.  The upside is that overhead is bounded... this is the *worst*
51  * case overhead.
52  *
53  * Slab management is done on a per-cpu basis and no locking or mutexes
54  * are required, only a critical section.  When one cpu frees memory
55  * belonging to another cpu's slab manager an asynchronous IPI message
56  * will be queued to execute the operation.   In addition, both the
57  * high level slab allocator and the low level zone allocator optimize
58  * M_ZERO requests, and the slab allocator does not have to pre initialize
59  * the linked list of chunks.
60  *
61  * XXX Balancing is needed between cpus.  Balance will be handled through
62  * asynchronous IPIs primarily by reassigning the z_Cpu ownership of chunks.
63  *
64  * XXX If we have to allocate a new zone and M_USE_RESERVE is set, use of
65  * the new zone should be restricted to M_USE_RESERVE requests only.
66  *
67  *      Alloc Size      Chunking        Number of zones
68  *      0-127           8               16
69  *      128-255         16              8
70  *      256-511         32              8
71  *      512-1023        64              8
72  *      1024-2047       128             8
73  *      2048-4095       256             8
74  *      4096-8191       512             8
75  *      8192-16383      1024            8
76  *      16384-32767     2048            8
77  *      (if PAGE_SIZE is 4K the maximum zone allocation is 16383)
78  *
79  *      Allocations >= ZoneLimit go directly to kmem.
80  *
81  * Alignment properties:
82  * - All power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned.
83  * - Allocations with M_POWEROF2 are power-of-2 aligned on the nearest
84  *   power-of-2 round up of 'size'.
85  * - Non-power-of-2 sized allocations are zone chunk size aligned (see the
86  *   above table 'Chunking' column).
87  *
88  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
89  *
90  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
91  *    have remained compatible with the following API requirements:
92  *
93  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
94  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
95  */
96
97 #include "opt_vm.h"
98
99 #include <sys/param.h>
100 #include <sys/systm.h>
101 #include <sys/kernel.h>
102 #include <sys/slaballoc.h>
103 #include <sys/mbuf.h>
104 #include <sys/vmmeter.h>
105 #include <sys/lock.h>
106 #include <sys/thread.h>
107 #include <sys/globaldata.h>
108 #include <sys/sysctl.h>
109 #include <sys/ktr.h>
110
111 #include <vm/vm.h>
112 #include <vm/vm_param.h>
113 #include <vm/vm_kern.h>
114 #include <vm/vm_extern.h>
115 #include <vm/vm_object.h>
116 #include <vm/pmap.h>
117 #include <vm/vm_map.h>
118 #include <vm/vm_page.h>
119 #include <vm/vm_pageout.h>
120
121 #include <machine/cpu.h>
122
123 #include <sys/thread2.h>
124 #include <vm/vm_page2.h>
125
126 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
127
128 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%lu flags=%04x"
129 #define MEMORY_ARGS     void *ptr, void *type, unsigned long size, int flags
130
131 #if !defined(KTR_MEMORY)
132 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
133 #endif
134 KTR_INFO_MASTER(memory);
135 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin");
136 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
139 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
140 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
142 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
143 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARGS);
144 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin");
145 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end");
146
147 #define logmemory(name, ptr, type, size, flags)                         \
148         KTR_LOG(memory_ ## name, ptr, type, size, flags)
149 #define logmemory_quick(name)                                           \
150         KTR_LOG(memory_ ## name)
151
152 /*
153  * Fixed globals (not per-cpu)
154  */
155 static int ZoneSize;
156 static int ZoneLimit;
157 static int ZonePageCount;
158 static uintptr_t ZoneMask;
159 static int ZoneBigAlloc;                /* in KB */
160 static int ZoneGenAlloc;                /* in KB */
161 struct malloc_type *kmemstatistics;     /* exported to vmstat */
162 static int32_t weirdary[16];
163
164 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
165 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
166
167 #if defined(INVARIANTS)
168 static void chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk);
169 static void chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk);
170 #else
171 #define chunk_mark_allocated(z, chunk)
172 #define chunk_mark_free(z, chunk)
173 #endif
174
175 /*
176  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
177  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
178  */
179 #define ZONE_RELS_THRESH        32              /* threshold number of zones */
180
181 /*
182  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
183  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
184  * free.
185  */    
186 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
187 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
188 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
189
190 /*
191  * Misc global malloc buckets
192  */
193
194 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
195 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
196 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
197  
198 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
199 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
200
201 /*
202  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
203  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
204  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
205  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
206  * (typically 32K min, 128K max). 
207  */
208 static void kmeminit(void *dummy);
209
210 char *ZeroPage;
211
212 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
213
214 #ifdef INVARIANTS
215 /*
216  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
217  */
218 static int  use_malloc_pattern;
219 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
220     &use_malloc_pattern, 0,
221     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
222 #endif
223
224 static int ZoneRelsThresh = ZONE_RELS_THRESH;
225 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
227 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_cache, CTLFLAG_RW, &ZoneRelsThresh, 0, "");
228 static long SlabsAllocated;
229 static long SlabsFreed;
230 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_allocated, CTLFLAG_RD, &SlabsAllocated, 0, "");
231 SYSCTL_LONG(_kern, OID_AUTO, slabs_freed, CTLFLAG_RD, &SlabsFreed, 0, "");
232
233 /*
234  * Returns the kernel memory size limit for the purposes of initializing
235  * various subsystem caches.  The smaller of available memory and the KVM
236  * memory space is returned.
237  *
238  * The size in megabytes is returned.
239  */
240 size_t
241 kmem_lim_size(void)
242 {
243     size_t limsize;
244
245     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
246     if (limsize > KvaSize)
247         limsize = KvaSize;
248     return (limsize / (1024 * 1024));
249 }
250
251 static void
252 kmeminit(void *dummy)
253 {
254     size_t limsize;
255     int usesize;
256     int i;
257
258     limsize = kmem_lim_size();
259     usesize = (int)(limsize * 1024);    /* convert to KB */
260
261     /*
262      * If the machine has a large KVM space and more than 8G of ram,
263      * double the zone release threshold to reduce SMP invalidations.
264      * If more than 16G of ram, do it again.
265      *
266      * The BIOS eats a little ram so add some slop.  We want 8G worth of
267      * memory sticks to trigger the first adjustment.
268      */
269     if (ZoneRelsThresh == ZONE_RELS_THRESH) {
270             if (limsize >= 7 * 1024)
271                     ZoneRelsThresh *= 2;
272             if (limsize >= 15 * 1024)
273                     ZoneRelsThresh *= 2;
274     }
275
276     /*
277      * Calculate the zone size.  This typically calculates to
278      * ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE
279      */
280     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
281     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
282         ZoneSize <<= 1;
283     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
284     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
285         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
286     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
287     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
288
289     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
290         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
291
292     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
293
294     if (bootverbose)
295         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
296 }
297
298 /*
299  * Initialize a malloc type tracking structure.
300  */
301 void
302 malloc_init(void *data)
303 {
304     struct malloc_type *type = data;
305     size_t limsize;
306
307     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
308         panic("malloc type lacks magic");
309                                            
310     if (type->ks_limit != 0)
311         return;
312
313     if (vmstats.v_page_count == 0)
314         panic("malloc_init not allowed before vm init");
315
316     limsize = kmem_lim_size() * (1024 * 1024);
317     type->ks_limit = limsize / 10;
318
319     type->ks_next = kmemstatistics;
320     kmemstatistics = type;
321 }
322
323 void
324 malloc_uninit(void *data)
325 {
326     struct malloc_type *type = data;
327     struct malloc_type *t;
328 #ifdef INVARIANTS
329     int i;
330     long ttl;
331 #endif
332
333     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
334         panic("malloc type lacks magic");
335
336     if (vmstats.v_page_count == 0)
337         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
338
339     if (type->ks_limit == 0)
340         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
341
342     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
343     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
344
345 #ifdef INVARIANTS
346     /*
347      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
348      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
349      * negative or positive (canceling each other out).
350      */
351     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
352         ttl += type->ks_memuse[i];
353     if (ttl) {
354         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
355             ttl, type->ks_shortdesc, i);
356     }
357 #endif
358     if (type == kmemstatistics) {
359         kmemstatistics = type->ks_next;
360     } else {
361         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
362             if (t->ks_next == type) {
363                 t->ks_next = type->ks_next;
364                 break;
365             }
366         }
367     }
368     type->ks_next = NULL;
369     type->ks_limit = 0;
370 }
371
372 /*
373  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
374  * are the made if the pool would shrink.
375  */
376 void
377 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
378 {
379     if (type->ks_limit == 0)
380         malloc_init(type);
381     if (bytes == 0)
382         bytes = KvaSize;
383     if (type->ks_limit < bytes)
384         type->ks_limit = bytes;
385 }
386
387 /*
388  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
389  * already non-NULL.
390  */
391 void
392 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
393 {
394         struct malloc_type *type;
395
396         if (*typep == NULL) {
397                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
398                 type->ks_magic = M_MAGIC;
399                 type->ks_shortdesc = descr;
400                 malloc_init(type);
401                 *typep = type;
402         }
403 }
404
405 /*
406  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
407  * the pool has already been destroyed.
408  */
409 void
410 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
411 {
412         if (*typep != NULL) {
413                 malloc_uninit(*typep);
414                 kfree(*typep, M_TEMP);
415                 *typep = NULL;
416         }
417 }
418
419 /*
420  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
421  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
422  */
423 static __inline int
424 zoneindex(unsigned long *bytes, unsigned long *align)
425 {
426     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
427     if (n < 128) {
428         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
429         *align = 8;
430         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
431     }
432     if (n < 256) {
433         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
434         *align = 16;
435         return(n / 16 + 7);
436     }
437     if (n < 8192) {
438         if (n < 512) {
439             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
440             *align = 32;
441             return(n / 32 + 15);
442         }
443         if (n < 1024) {
444             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
445             *align = 64;
446             return(n / 64 + 23);
447         } 
448         if (n < 2048) {
449             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
450             *align = 128;
451             return(n / 128 + 31);
452         }
453         if (n < 4096) {
454             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
455             *align = 256;
456             return(n / 256 + 39);
457         }
458         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
459         *align = 512;
460         return(n / 512 + 47);
461     }
462 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
463     if (n < 16384) {
464         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
465         *align = 1024;
466         return(n / 1024 + 55);
467     }
468 #endif
469 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
470     if (n < 32768) {
471         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
472         *align = 2048;
473         return(n / 2048 + 63);
474     }
475 #endif
476     panic("Unexpected byte count %d", n);
477     return(0);
478 }
479
480 static __inline
481 void
482 clean_zone_rchunks(SLZone *z)
483 {
484     SLChunk *bchunk;
485
486     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
487         cpu_ccfence();
488         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
489             *z->z_LChunksp = bchunk;
490             while (bchunk) {
491                 chunk_mark_free(z, bchunk);
492                 z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
493                 bchunk = bchunk->c_Next;
494                 ++z->z_NFree;
495             }
496             break;
497         }
498         /* retry */
499     }
500 }
501
502 /*
503  * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
504  * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
505  * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
506  * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
507  */
508 static __inline
509 SLZone *
510 check_zone_free(SLGlobalData *slgd, SLZone *z)
511 {
512     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
513         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
514         z->z_RCount == 0
515     ) {
516         SLZone **pz;
517         int *kup;
518
519         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
520             ;
521         *pz = z->z_Next;
522         z->z_Magic = -1;
523         z->z_Next = slgd->FreeZones;
524         slgd->FreeZones = z;
525         ++slgd->NFreeZones;
526         kup = btokup(z);
527         *kup = 0;
528         z = *pz;
529     } else {
530         z = z->z_Next;
531     }
532     return z;
533 }
534
535 #ifdef SLAB_DEBUG
536 /*
537  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
538  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
539  */
540
541 static void
542 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
543 {
544     int i;
545     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
546
547     i = b;
548     do {
549         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
550                 return;
551         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
552                 break;
553         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
554     } while (i != b);
555     z->z_Sources[i].file = file;
556     z->z_Sources[i].line = line;
557 }
558
559 #endif
560
561 static __inline unsigned long
562 powerof2_size(unsigned long size)
563 {
564         int i;
565
566         if (size == 0 || powerof2(size))
567                 return size;
568
569         i = flsl(size);
570         return (1UL << i);
571 }
572
573 /*
574  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
575  *
576  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
577  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
578  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
579  *      &SlabMisc if you don't care.
580  *
581  *      M_RNOWAIT       - don't block.
582  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
583  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
584  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
585  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
586  *      M_POWEROF2      - roundup size to the nearest power of 2
587  *
588  * MPSAFE
589  */
590
591 #ifdef SLAB_DEBUG
592 void *
593 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
594               const char *file, int line)
595 #else
596 void *
597 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
598 #endif
599 {
600     SLZone *z;
601     SLChunk *chunk;
602     SLGlobalData *slgd;
603     struct globaldata *gd;
604     unsigned long align;
605     int zi;
606 #ifdef INVARIANTS
607     int i;
608 #endif
609
610     logmemory_quick(malloc_beg);
611     gd = mycpu;
612     slgd = &gd->gd_slab;
613
614     /*
615      * XXX silly to have this in the critical path.
616      */
617     if (type->ks_limit == 0) {
618         crit_enter();
619         malloc_init(type);
620         crit_exit();
621     }
622     ++type->ks_calls;
623
624     if (flags & M_POWEROF2)
625         size = powerof2_size(size);
626
627     /*
628      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
629      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
630      * simply deadlock the computer.
631      *
632      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
633      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
634      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
635      */
636     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
637         int i;
638         long ttl;
639
640         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
641             ttl += type->ks_memuse[i];
642         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
643         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
644                 ttl = 0;
645         if (ttl >= type->ks_limit) {
646             if (flags & M_NULLOK) {
647                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
648                 return(NULL);
649             }
650             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
651         }
652     }
653
654     /*
655      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
656      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
657      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
658      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
659      * also realloc() later on.  Joy.
660      */
661     if (size == 0) {
662         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
663         return(ZERO_LENGTH_PTR);
664     }
665
666     /*
667      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
668      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
669      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
670      *
671      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
672      *       might race another cpu allocating the kva and setting
673      *       ku_pagecnt.
674      */
675     while (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
676         crit_enter();
677         if (slgd->NFreeZones > ZoneRelsThresh) {        /* crit sect race */
678             int *kup;
679
680             z = slgd->FreeZones;
681             slgd->FreeZones = z->z_Next;
682             --slgd->NFreeZones;
683             kup = btokup(z);
684             *kup = 0;
685             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
686             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -ZoneSize / 1024);
687         }
688         crit_exit();
689     }
690
691     /*
692      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
693      */
694     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
695         crit_enter();
696         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
697             vm_size_t tsize;
698
699             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
700             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
701             tsize = z->z_ChunkSize;
702             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
703             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
704         }
705         crit_exit();
706     }
707
708     /*
709      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
710      * these so performance is not a big issue.
711      *
712      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
713      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
714      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
715      */
716     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
717         int *kup;
718
719         size = round_page(size);
720         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
721         if (chunk == NULL) {
722             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
723             return(NULL);
724         }
725         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
726         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
727         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
728         kup = btokup(chunk);
729         *kup = size / PAGE_SIZE;
730         crit_enter();
731         goto done;
732     }
733
734     /*
735      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
736      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
737      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
738      * (we might have thousands of zones in the list).
739      *
740      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
741      */
742     zi = zoneindex(&size, &align);
743     KKASSERT(zi < NZONES);
744     crit_enter();
745
746     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
747         /*
748          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
749          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
750          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
751          * the ZoneAry.
752          */
753         if (--z->z_NFree <= 0) {
754             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
755
756             /*
757              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
758              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
759              * it is ok if more accumulate after we're done.
760              *
761              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
762              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
763              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
764              * their IPI signaling.
765              */
766             if (z->z_RChunks == NULL)
767                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
768
769             clean_zone_rchunks(z);
770
771             /*
772              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
773              * Clear RSignal
774              */
775             if (z->z_NFree == 0) {
776                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
777                 z->z_Next = NULL;
778             } else {
779                 z->z_RSignal = 0;
780             }
781         }
782
783         /*
784          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
785          */
786         chunk = z->z_LChunks;
787         if (chunk) {
788                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
789                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
790                 if (z->z_LChunks == NULL)
791                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
792 #ifdef SLAB_DEBUG
793                 slab_record_source(z, file, line);
794 #endif
795                 goto done;
796         }
797
798         /*
799          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
800          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
801          *
802          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
803          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
804          */
805         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
806             ++z->z_UIndex;
807         else
808             z->z_UIndex = 0;
809
810         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
811             panic("slaballoc: corrupted zone");
812
813         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
814         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
815             flags &= ~M_ZERO;
816             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
817         }
818         chunk_mark_allocated(z, chunk);
819 #ifdef SLAB_DEBUG
820         slab_record_source(z, file, line);
821 #endif
822         goto done;
823     }
824
825     /*
826      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
827      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
828      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
829      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
830      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
831      *
832      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
833      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
834      * adjusting the base offset below.
835      */
836     {
837         int off;
838         int *kup;
839
840         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
841             slgd->FreeZones = z->z_Next;
842             --slgd->NFreeZones;
843             bzero(z, sizeof(SLZone));
844             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
845         } else {
846             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
847             if (z == NULL)
848                 goto fail;
849             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, ZoneSize / 1024);
850         }
851
852         /*
853          * How big is the base structure?
854          */
855 #if defined(INVARIANTS)
856         /*
857          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
858          * complicated so don't make an exact calculation.
859          */
860         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
861         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
862 #else
863         off = sizeof(SLZone);
864 #endif
865
866         /*
867          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
868          * Otherwise properly align the data according to the chunk size.
869          */
870         if (powerof2(size))
871             align = size;
872         off = (off + align - 1) & ~(align - 1);
873
874         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
875         z->z_ZoneIndex = zi;
876         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
877         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
878         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
879         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
880         z->z_ChunkSize = size;
881         z->z_CpuGd = gd;
882         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
883         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
884 #ifdef SLAB_DEBUG
885         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
886         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
887 #endif
888         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
889         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
890         slgd->ZoneAry[zi] = z;
891         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
892             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
893             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
894         }
895         kup = btokup(z);
896         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
897         chunk_mark_allocated(z, chunk);
898 #ifdef SLAB_DEBUG
899         slab_record_source(z, file, line);
900 #endif
901
902         /*
903          * Slide the base index for initial allocations out of the next
904          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
905          * cpu memory caches.
906          */
907         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
908                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
909     }
910
911 done:
912     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
913     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
914     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
915     crit_exit();
916
917     if (flags & M_ZERO)
918         bzero(chunk, size);
919 #ifdef INVARIANTS
920     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
921         if (use_malloc_pattern) {
922             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
923                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
924             }
925         }
926         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
927     }
928 #endif
929     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
930     return(chunk);
931 fail:
932     crit_exit();
933     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
934     return(NULL);
935 }
936
937 /*
938  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
939  *
940  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
941  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
942  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
943  */
944 #ifdef SLAB_DEBUG
945 void *
946 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
947                struct malloc_type *type, int flags,
948                const char *file, int line)
949 #else
950 void *
951 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
952 #endif
953 {
954     unsigned long osize;
955     unsigned long align;
956     SLZone *z;
957     void *nptr;
958     int *kup;
959
960     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
961
962     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
963         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
964     if (size == 0) {
965         kfree(ptr, type);
966         return(NULL);
967     }
968
969     /*
970      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
971      * size be passed to free() instead of this nonsense.
972      */
973     kup = btokup(ptr);
974     if (*kup > 0) {
975         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
976         if (osize == round_page(size))
977             return(ptr);
978         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
979             return(NULL);
980         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
981         kfree(ptr, type);
982         return(nptr);
983     }
984
985     /*
986      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
987      * using the same chunk size we do not have to do anything.
988      */
989     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
990     kup = btokup(z);
991     KKASSERT(*kup < 0);
992     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
993
994     /*
995      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
996      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
997      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
998      *
999      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
1000      * necessary align the result.
1001      *
1002      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
1003      * size is not too large.
1004      */
1005     if (size < ZoneLimit) {
1006         zoneindex(&size, &align);
1007         if (z->z_ChunkSize == size)
1008             return(ptr);
1009     }
1010     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
1011         return(NULL);
1012     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
1013     kfree(ptr, type);
1014     return(nptr);
1015 }
1016
1017 /*
1018  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
1019  */
1020 long
1021 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
1022 {
1023     if (type->ks_limit == 0) {
1024         crit_enter();
1025         if (type->ks_limit == 0)
1026             malloc_init(type);
1027         crit_exit();
1028     }
1029     return(type->ks_limit);
1030 }
1031
1032 /*
1033  * Allocate a copy of the specified string.
1034  *
1035  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
1036  */
1037 #ifdef SLAB_DEBUG
1038 char *
1039 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
1040               const char *file, int line)
1041 #else
1042 char *
1043 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
1044 #endif
1045 {
1046     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
1047     char *nstr;
1048
1049     if (str == NULL)
1050         return(NULL);
1051     zlen = strlen(str) + 1;
1052     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
1053     bcopy(str, nstr, zlen);
1054     return(nstr);
1055 }
1056
1057 /*
1058  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
1059  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
1060  * that it really is.
1061  */
1062 static
1063 void
1064 kfree_remote(void *ptr)
1065 {
1066     SLGlobalData *slgd;
1067     SLZone *z;
1068     int nfree;
1069     int *kup;
1070
1071     slgd = &mycpu->gd_slab;
1072     z = ptr;
1073     kup = btokup(z);
1074     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
1075     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
1076     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1077
1078     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0L, 0);
1079     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1080     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
1081     nfree = z->z_NFree;
1082
1083     /*
1084      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
1085      * clearing RSignal.
1086      */
1087     if (z->z_RChunks)
1088         z->z_RSignal = 0;
1089
1090     /*
1091      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
1092      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
1093      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
1094      * cache mastership of the related data (not that it helps since
1095      * we are using c_Next).
1096      */
1097     clean_zone_rchunks(z);
1098     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1099         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1100         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1101     }
1102
1103     /*
1104      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1105      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1106      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1107      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1108      *
1109      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
1110      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
1111      * zone.
1112      */
1113     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
1114         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1115         z->z_RCount == 0
1116     ) {
1117         SLZone **pz;
1118         int *kup;
1119
1120         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1121              z != *pz;
1122              pz = &(*pz)->z_Next) {
1123             ;
1124         }
1125         *pz = z->z_Next;
1126         z->z_Magic = -1;
1127         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1128         slgd->FreeZones = z;
1129         ++slgd->NFreeZones;
1130         kup = btokup(z);
1131         *kup = 0;
1132     }
1133     logmemory(free_rem_end, z, NULL, 0L, 0);
1134 }
1135
1136 /*
1137  * free (SLAB ALLOCATOR)
1138  *
1139  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1140  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1141  * checking memory limits in malloc.
1142  *
1143  * MPSAFE
1144  */
1145 void
1146 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1147 {
1148     SLZone *z;
1149     SLChunk *chunk;
1150     SLGlobalData *slgd;
1151     struct globaldata *gd;
1152     int *kup;
1153     unsigned long size;
1154     SLChunk *bchunk;
1155     int rsignal;
1156
1157     logmemory_quick(free_beg);
1158     gd = mycpu;
1159     slgd = &gd->gd_slab;
1160
1161     if (ptr == NULL)
1162         panic("trying to free NULL pointer");
1163
1164     /*
1165      * Handle special 0-byte allocations
1166      */
1167     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1168         logmemory(free_zero, ptr, type, -1UL, 0);
1169         logmemory_quick(free_end);
1170         return;
1171     }
1172
1173     /*
1174      * Panic on bad malloc type
1175      */
1176     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1177         panic("free: malloc type lacks magic");
1178
1179     /*
1180      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1181      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1182      *
1183      * This code is never called via an ipi.
1184      */
1185     kup = btokup(ptr);
1186     if (*kup > 0) {
1187         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1188         *kup = 0;
1189 #ifdef INVARIANTS
1190         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1191         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1192 #endif
1193         /*
1194          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1195          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1196          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1197          *
1198          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1199          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1200          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1201          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1202          */
1203         crit_enter();
1204         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1205         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1206         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1207             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1208         {
1209             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1210             z = (SLZone *)ptr;
1211             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1212             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1213             z->z_ChunkSize = size;
1214             slgd->FreeOvZones = z;
1215             crit_exit();
1216         } else {
1217             crit_exit();
1218             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1219             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1220             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1221         }
1222         logmemory_quick(free_end);
1223         return;
1224     }
1225
1226     /*
1227      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1228      * ZoneSize aligned. 
1229      */
1230     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1231     kup = btokup(z);
1232     KKASSERT(*kup < 0);
1233     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1234
1235     /*
1236      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1237      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1238      * passive message.
1239      *
1240      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1241      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1242      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1243      *
1244      * (no critical section needed)
1245      */
1246     if (z->z_CpuGd != gd) {
1247         /*
1248          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1249          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1250          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1251          * sum up properly and cancel out.
1252          */
1253         crit_enter();
1254         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1255         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1256         crit_exit();
1257
1258         /*
1259          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1260          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1261          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1262          *
1263          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1264          *          ripped out.
1265          */
1266         rsignal = z->z_RSignal;
1267         cpu_lfence();
1268         if (rsignal)
1269                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1270
1271         chunk = ptr;
1272         for (;;) {
1273             bchunk = z->z_RChunks;
1274             cpu_ccfence();
1275             chunk->c_Next = bchunk;
1276             cpu_sfence();
1277
1278             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1279                 break;
1280         }
1281
1282         /*
1283          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1284          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1285          * move the zone back on.
1286          *
1287          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1288          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1289          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1290          * virtually no IPI traffic.
1291          *
1292          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1293          */
1294         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1295                 logmemory(free_request, ptr, type,
1296                           (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1297             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1298             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1299         } else if (rsignal) {
1300             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1301             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1302         }
1303         logmemory_quick(free_end);
1304         return;
1305     }
1306
1307     /*
1308      * kfree locally
1309      */
1310     logmemory(free_chunk, ptr, type, (unsigned long)z->z_ChunkSize, 0);
1311
1312     crit_enter();
1313     chunk = ptr;
1314     chunk_mark_free(z, chunk);
1315
1316     /*
1317      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1318      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1319      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1320      */
1321 #ifdef INVARIANTS
1322     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1323         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1324     else
1325         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1326 #endif
1327
1328     /*
1329      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1330      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1331      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1332      */
1333 #ifdef INVARIANTS
1334     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1335         panic("BADFREE %p", chunk);
1336 #endif
1337     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1338     z->z_LChunks = chunk;
1339     if (chunk->c_Next == NULL)
1340             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1341
1342 #ifdef INVARIANTS
1343     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1344         panic("BADFREE2");
1345 #endif
1346
1347     /*
1348      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1349      * must be added back onto the appropriate list.
1350      */
1351     if (z->z_NFree++ == 0) {
1352         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1353         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1354     }
1355
1356     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1357     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1358
1359     check_zone_free(slgd, z);
1360     logmemory_quick(free_end);
1361     crit_exit();
1362 }
1363
1364 /*
1365  * Cleanup slabs which are hanging around due to RChunks.  Called once every
1366  * 10 seconds on all cpus.
1367  */
1368 void
1369 slab_cleanup(void)
1370 {
1371     SLGlobalData *slgd = &mycpu->gd_slab;
1372     SLZone *z;
1373     int i;
1374
1375     crit_enter();
1376     for (i = 0; i < NZONES; ++i) {
1377         if ((z = slgd->ZoneAry[i]) == NULL)
1378                 continue;
1379         z = z->z_Next;
1380
1381         /*
1382          * Scan zones starting with the second zone in each list.
1383          */
1384         while (z) {
1385             /*
1386              * Shift all RChunks to the end of the LChunks list.  This is
1387              * an O(1) operation.
1388              */
1389             clean_zone_rchunks(z);
1390             z = check_zone_free(slgd, z);
1391         }
1392     }
1393     crit_exit();
1394 }
1395
1396 #if defined(INVARIANTS)
1397
1398 /*
1399  * Helper routines for sanity checks
1400  */
1401 static
1402 void
1403 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1404 {
1405     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1406     __uint32_t *bitptr;
1407
1408     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1409     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1410             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1411     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1412     bitdex &= 31;
1413     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1414             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1415     *bitptr |= 1 << bitdex;
1416 }
1417
1418 static
1419 void
1420 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1421 {
1422     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1423     __uint32_t *bitptr;
1424
1425     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1426     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1427             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1428     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1429     bitdex &= 31;
1430     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1431             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1432     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1433 }
1434
1435 #endif
1436
1437 /*
1438  * kmem_slab_alloc()
1439  *
1440  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1441  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1442  *
1443  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1444  *
1445  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1446  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1447  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1448  *      after the new space is made available.
1449  *
1450  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1451  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1452  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1453  *      it is free to use PQ_CACHE pages.  <--- may not apply any longer XXX
1454  */
1455 static void *
1456 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1457 {
1458     vm_size_t i;
1459     vm_offset_t addr;
1460     int count, vmflags, base_vmflags;
1461     vm_page_t mbase = NULL;
1462     vm_page_t m;
1463     thread_t td;
1464
1465     size = round_page(size);
1466     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1467
1468     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1469     crit_enter();
1470     vm_map_lock(&kernel_map);
1471     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1472         vm_map_unlock(&kernel_map);
1473         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1474             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1475         vm_map_entry_release(count);
1476         crit_exit();
1477         return(NULL);
1478     }
1479
1480     /*
1481      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1482      */
1483     vm_object_hold(&kernel_object);
1484     vm_object_reference_locked(&kernel_object);
1485     vm_map_insert(&kernel_map, &count,
1486                   &kernel_object, NULL,
1487                   addr, addr, addr + size,
1488                   VM_MAPTYPE_NORMAL,
1489                   VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1490                   0);
1491     vm_object_drop(&kernel_object);
1492     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1493     vm_map_unlock(&kernel_map);
1494
1495     td = curthread;
1496
1497     base_vmflags = 0;
1498     if (flags & M_ZERO)
1499         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1500     if (flags & M_USE_RESERVE)
1501         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1502     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1503         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1504     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1505         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1506               flags, ((int **)&size)[-1]);
1507     }
1508
1509     /*
1510      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag or map
1511      * them yet.  VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1512      *
1513      * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1514      * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1515      * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1516      * do that.
1517      */
1518     vmflags = base_vmflags;
1519     if (flags & M_WAITOK) {
1520         if (td->td_preempted)
1521             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1522         else
1523             vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1524     }
1525
1526     vm_object_hold(&kernel_object);
1527     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1528         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1529         if (i == 0)
1530                 mbase = m;
1531
1532         /*
1533          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1534          *
1535          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1536          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1537          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1538          * will not be preempting anyone the second time around after the
1539          * yield.
1540          */
1541         if (m == NULL) {
1542             if (flags & M_WAITOK) {
1543                 if (td->td_preempted) {
1544                     lwkt_switch();
1545                 } else {
1546                     vm_wait(0);
1547                 }
1548                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1549                 continue;
1550             }
1551             break;
1552         }
1553     }
1554
1555     /*
1556      * Check and deal with an allocation failure
1557      */
1558     if (i != size) {
1559         while (i != 0) {
1560             i -= PAGE_SIZE;
1561             m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1562             /* page should already be busy */
1563             vm_page_free(m);
1564         }
1565         vm_map_lock(&kernel_map);
1566         vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1567         vm_map_unlock(&kernel_map);
1568         vm_object_drop(&kernel_object);
1569
1570         vm_map_entry_release(count);
1571         crit_exit();
1572         return(NULL);
1573     }
1574
1575     /*
1576      * Success!
1577      *
1578      * NOTE: The VM pages are still busied.  mbase points to the first one
1579      *       but we have to iterate via vm_page_next()
1580      */
1581     vm_object_drop(&kernel_object);
1582     crit_exit();
1583
1584     /*
1585      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1586      */
1587     m = mbase;
1588     i = 0;
1589
1590     while (i < size) {
1591         /*
1592          * page should already be busy
1593          */
1594         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1595         vm_page_wire(m);
1596         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL | VM_PROT_NOSYNC,
1597                    1, NULL);
1598         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1599             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1600         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1601         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1602         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1603         vm_page_wakeup(m);
1604
1605         i += PAGE_SIZE;
1606         vm_object_hold(&kernel_object);
1607         m = vm_page_next(m);
1608         vm_object_drop(&kernel_object);
1609     }
1610     smp_invltlb();
1611     vm_map_entry_release(count);
1612     atomic_add_long(&SlabsAllocated, 1);
1613     return((void *)addr);
1614 }
1615
1616 /*
1617  * kmem_slab_free()
1618  */
1619 static void
1620 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1621 {
1622     crit_enter();
1623     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1624     atomic_add_long(&SlabsFreed, 1);
1625     crit_exit();
1626 }
1627
1628 void *
1629 kmalloc_cachealign(unsigned long size_alloc, struct malloc_type *type,
1630     int flags)
1631 {
1632 #if (__VM_CACHELINE_SIZE == 32)
1633 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 256)
1634 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 64)
1635 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 512)
1636 #elif (__VM_CACHELINE_SIZE == 128)
1637 #define CAN_CACHEALIGN(sz)      ((sz) >= 1024)
1638 #else
1639 #error "unsupported cacheline size"
1640 #endif
1641
1642         void *ret;
1643
1644         if (size_alloc < __VM_CACHELINE_SIZE)
1645                 size_alloc = __VM_CACHELINE_SIZE;
1646         else if (!CAN_CACHEALIGN(size_alloc))
1647                 flags |= M_POWEROF2;
1648
1649         ret = kmalloc(size_alloc, type, flags);
1650         KASSERT(((uintptr_t)ret & (__VM_CACHELINE_SIZE - 1)) == 0,
1651             ("%p(%lu) not cacheline %d aligned",
1652              ret, size_alloc, __VM_CACHELINE_SIZE));
1653         return ret;
1654
1655 #undef CAN_CACHEALIGN
1656 }