sys/types.h ==> sys/param.h
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_slaballoc.c
1 /*
2  * KERN_SLABALLOC.C     - Kernel SLAB memory allocator
3  * 
4  * Copyright (c) 2003,2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
5  * 
6  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
7  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
8  * 
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
17  *    the documentation and/or other materials provided with the
18  *    distribution.
19  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
20  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
21  *    from this software without specific, prior written permission.
22  * 
23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
24  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
25  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
26  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
27  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
28  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
29  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
30  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
31  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
32  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
33  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  * 
36  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_slaballoc.c,v 1.25 2004/11/17 23:36:17 dillon Exp $
37  *
38  * This module implements a slab allocator drop-in replacement for the
39  * kernel malloc().
40  *
41  * A slab allocator reserves a ZONE for each chunk size, then lays the
42  * chunks out in an array within the zone.  Allocation and deallocation
43  * is nearly instantanious, and fragmentation/overhead losses are limited
44  * to a fixed worst-case amount.
45  *
46  * The downside of this slab implementation is in the chunk size
47  * multiplied by the number of zones.  ~80 zones * 128K = 10MB of VM per cpu.
48  * In a kernel implementation all this memory will be physical so
49  * the zone size is adjusted downward on machines with less physical
50  * memory.  The upside is that overhead is bounded... this is the *worst*
51  * case overhead.
52  *
53  * Slab management is done on a per-cpu basis and no locking or mutexes
54  * are required, only a critical section.  When one cpu frees memory
55  * belonging to another cpu's slab manager an asynchronous IPI message
56  * will be queued to execute the operation.   In addition, both the
57  * high level slab allocator and the low level zone allocator optimize
58  * M_ZERO requests, and the slab allocator does not have to pre initialize
59  * the linked list of chunks.
60  *
61  * XXX Balancing is needed between cpus.  Balance will be handled through
62  * asynchronous IPIs primarily by reassigning the z_Cpu ownership of chunks.
63  *
64  * XXX If we have to allocate a new zone and M_USE_RESERVE is set, use of
65  * the new zone should be restricted to M_USE_RESERVE requests only.
66  *
67  *      Alloc Size      Chunking        Number of zones
68  *      0-127           8               16
69  *      128-255         16              8
70  *      256-511         32              8
71  *      512-1023        64              8
72  *      1024-2047       128             8
73  *      2048-4095       256             8
74  *      4096-8191       512             8
75  *      8192-16383      1024            8
76  *      16384-32767     2048            8
77  *      (if PAGE_SIZE is 4K the maximum zone allocation is 16383)
78  *
79  *      Allocations >= ZoneLimit go directly to kmem.
80  *
81  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
82  *
83  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
84  *    have remained compatible with the following API requirements:
85  *
86  *    + small power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (kern_tty)
87  *    + all power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (twe)
88  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
89  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
90  */
91
92 #include "opt_vm.h"
93
94 #include <sys/param.h>
95 #include <sys/systm.h>
96 #include <sys/kernel.h>
97 #include <sys/slaballoc.h>
98 #include <sys/mbuf.h>
99 #include <sys/vmmeter.h>
100 #include <sys/lock.h>
101 #include <sys/thread.h>
102 #include <sys/globaldata.h>
103
104 #include <vm/vm.h>
105 #include <vm/vm_param.h>
106 #include <vm/vm_kern.h>
107 #include <vm/vm_extern.h>
108 #include <vm/vm_object.h>
109 #include <vm/pmap.h>
110 #include <vm/vm_map.h>
111 #include <vm/vm_page.h>
112 #include <vm/vm_pageout.h>
113
114 #include <machine/cpu.h>
115
116 #include <sys/thread2.h>
117
118 #define arysize(ary)    (sizeof(ary)/sizeof((ary)[0]))
119
120 /*
121  * Fixed globals (not per-cpu)
122  */
123 static int ZoneSize;
124 static int ZoneLimit;
125 static int ZonePageCount;
126 static int ZoneMask;
127 static struct malloc_type *kmemstatistics;
128 static struct kmemusage *kmemusage;
129 static int32_t weirdary[16];
130
131 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
132 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
133
134 /*
135  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
136  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
137  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
138  */
139 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
140 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
141 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
142 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
143
144 /*
145  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
146  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
147  * free.
148  */    
149 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
150 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
151 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
152
153 /*
154  * Misc global malloc buckets
155  */
156
157 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
158 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
159 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
160  
161 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
162 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
163
164 /*
165  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
166  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
167  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
168  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
169  * (typically 32K min, 128K max). 
170  */
171 static void kmeminit(void *dummy);
172
173 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
174
175 static void
176 kmeminit(void *dummy)
177 {
178     vm_poff_t limsize;
179     int usesize;
180     int i;
181     vm_pindex_t npg;
182
183     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
184     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
185         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
186
187     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
188
189     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
190     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
191         ZoneSize <<= 1;
192     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
193     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
194         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
195     ZoneMask = ZoneSize - 1;
196     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
197
198     npg = (VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
199     kmemusage = kmem_slab_alloc(npg * sizeof(struct kmemusage), PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
200
201     for (i = 0; i < arysize(weirdary); ++i)
202         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
203
204     if (bootverbose)
205         printf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
206 }
207
208 /*
209  * Initialize a malloc type tracking structure.
210  */
211 void
212 malloc_init(void *data)
213 {
214     struct malloc_type *type = data;
215     vm_poff_t limsize;
216
217     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
218         panic("malloc type lacks magic");
219                                            
220     if (type->ks_limit != 0)
221         return;
222
223     if (vmstats.v_page_count == 0)
224         panic("malloc_init not allowed before vm init");
225
226     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
227     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
228         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
229     type->ks_limit = limsize / 10;
230
231     type->ks_next = kmemstatistics;
232     kmemstatistics = type;
233 }
234
235 void
236 malloc_uninit(void *data)
237 {
238     struct malloc_type *type = data;
239     struct malloc_type *t;
240 #ifdef INVARIANTS
241     int i;
242     long ttl;
243 #endif
244
245     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
246         panic("malloc type lacks magic");
247
248     if (vmstats.v_page_count == 0)
249         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
250
251     if (type->ks_limit == 0)
252         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
253
254 #ifdef INVARIANTS
255     /*
256      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
257      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
258      * negative or positive (canceling each other out).
259      */
260     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
261         ttl += type->ks_memuse[i];
262     if (ttl) {
263         printf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
264             ttl, type->ks_shortdesc, i);
265     }
266 #endif
267     if (type == kmemstatistics) {
268         kmemstatistics = type->ks_next;
269     } else {
270         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
271             if (t->ks_next == type) {
272                 t->ks_next = type->ks_next;
273                 break;
274             }
275         }
276     }
277     type->ks_next = NULL;
278     type->ks_limit = 0;
279 }
280
281 /*
282  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
283  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
284  */
285 static __inline int
286 zoneindex(unsigned long *bytes)
287 {
288     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
289     if (n < 128) {
290         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
291         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
292     }
293     if (n < 256) {
294         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
295         return(n / 16 + 7);
296     }
297     if (n < 8192) {
298         if (n < 512) {
299             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
300             return(n / 32 + 15);
301         }
302         if (n < 1024) {
303             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
304             return(n / 64 + 23);
305         } 
306         if (n < 2048) {
307             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
308             return(n / 128 + 31);
309         }
310         if (n < 4096) {
311             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
312             return(n / 256 + 39);
313         }
314         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
315         return(n / 512 + 47);
316     }
317 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
318     if (n < 16384) {
319         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
320         return(n / 1024 + 55);
321     }
322 #endif
323 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
324     if (n < 32768) {
325         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
326         return(n / 2048 + 63);
327     }
328 #endif
329     panic("Unexpected byte count %d", n);
330     return(0);
331 }
332
333 /*
334  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
335  *
336  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
337  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
338  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
339  *      &SlabMisc if you don't care.
340  *
341  *      M_RNOWAIT       - return NULL instead of blocking.
342  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
343  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
344  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
345  */
346 void *
347 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
348 {
349     SLZone *z;
350     SLChunk *chunk;
351     SLGlobalData *slgd;
352     struct globaldata *gd;
353     int zi;
354
355     gd = mycpu;
356     slgd = &gd->gd_slab;
357
358     /*
359      * XXX silly to have this in the critical path.
360      */
361     if (type->ks_limit == 0) {
362         crit_enter();
363         if (type->ks_limit == 0)
364             malloc_init(type);
365         crit_exit();
366     }
367     ++type->ks_calls;
368
369     /*
370      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
371      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
372      * simply deadlock the computer.
373      */
374     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
375         int i;
376         long ttl;
377
378         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
379             ttl += type->ks_memuse[i];
380         type->ks_loosememuse = ttl;
381         if (ttl >= type->ks_limit) {
382             if (flags & (M_RNOWAIT|M_NULLOK))
383                 return(NULL);
384             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
385         }
386     }
387
388     /*
389      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
390      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
391      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
392      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
393      * also realloc() later on.  Joy.
394      */
395     if (size == 0)
396         return(ZERO_LENGTH_PTR);
397
398     /*
399      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
400      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
401      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
402      */
403     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
404         crit_enter();
405         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
406             z = slgd->FreeZones;
407             slgd->FreeZones = z->z_Next;
408             --slgd->NFreeZones;
409             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
410         }
411         crit_exit();
412     }
413     /*
414      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
415      */
416     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
417         crit_enter();
418         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
419             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
420             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
421             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
422         }
423         crit_exit();
424     }
425
426     /*
427      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
428      * these so performance is not a big issue.
429      *
430      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
431      */
432     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
433         struct kmemusage *kup;
434
435         size = round_page(size);
436         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
437         if (chunk == NULL)
438             return(NULL);
439         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
440         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
441         kup = btokup(chunk);
442         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
443         kup->ku_cpu = gd->gd_cpuid;
444         crit_enter();
445         goto done;
446     }
447
448     /*
449      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
450      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
451      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
452      * (we might have thousands of zones in the list).
453      *
454      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
455      */
456     zi = zoneindex(&size);
457     KKASSERT(zi < NZONES);
458     crit_enter();
459     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
460         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
461
462         /*
463          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
464          */
465         if (--z->z_NFree == 0) {
466             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
467             z->z_Next = NULL;
468         }
469
470         /*
471          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
472          * reallocations into earlier pages without us having to sort
473          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
474          */
475         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
476             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
477 #ifdef DIAGNOSTIC
478                 /*
479                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
480                  */
481                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
482                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
483                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
484 #endif
485 #ifdef INVARIANTS
486                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
487                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
488                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
489                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
490 #endif
491                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
492                 goto done;
493             }
494             ++z->z_FirstFreePg;
495         }
496
497         /*
498          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
499          * it must be available in the never-before-used-memory area
500          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
501          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
502          */
503         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
504             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
505         else
506             z->z_UIndex = 0;
507         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
508             panic("slaballoc: corrupted zone");
509         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
510         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
511             flags &= ~M_ZERO;
512             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
513         }
514         goto done;
515     }
516
517     /*
518      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
519      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
520      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
521      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
522      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
523      *
524      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
525      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
526      * adjusting the base offset below.
527      */
528     {
529         int off;
530
531         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
532             slgd->FreeZones = z->z_Next;
533             --slgd->NFreeZones;
534             bzero(z, sizeof(SLZone));
535             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
536         } else {
537             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
538             if (z == NULL)
539                 goto fail;
540         }
541
542         /*
543          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
544          * Otherwise just 8-byte align the data.
545          */
546         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
547             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
548         else
549             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
550         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
551         z->z_ZoneIndex = zi;
552         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
553         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
554         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
555         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
556         z->z_ChunkSize = size;
557         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
558         z->z_CpuGd = gd;
559         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
560         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
561         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
562         slgd->ZoneAry[zi] = z;
563         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
564             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
565             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
566         }
567
568         /*
569          * Slide the base index for initial allocations out of the next
570          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
571          * cpu memory caches.
572          */
573         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
574                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
575     }
576 done:
577     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
578     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
579     type->ks_loosememuse += size;
580     crit_exit();
581     if (flags & M_ZERO)
582         bzero(chunk, size);
583 #ifdef INVARIANTS
584     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0)
585         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
586 #endif
587     return(chunk);
588 fail:
589     crit_exit();
590     return(NULL);
591 }
592
593 void *
594 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
595 {
596     SLZone *z;
597     void *nptr;
598     unsigned long osize;
599
600     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
601
602     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
603         return(malloc(size, type, flags));
604     if (size == 0) {
605         free(ptr, type);
606         return(NULL);
607     }
608
609     /*
610      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
611      * size be passed to free() instead of this nonsense.
612      */
613     {
614         struct kmemusage *kup;
615
616         kup = btokup(ptr);
617         if (kup->ku_pagecnt) {
618             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
619             if (osize == round_page(size))
620                 return(ptr);
621             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
622                 return(NULL);
623             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
624             free(ptr, type);
625             return(nptr);
626         }
627     }
628
629     /*
630      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
631      * using the same chunk size we do not have to do anything.
632      */
633     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
634     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
635
636     zoneindex(&size);
637     if (z->z_ChunkSize == size)
638         return(ptr);
639
640     /*
641      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
642      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
643      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
644      */
645     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
646         return(NULL);
647     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
648     free(ptr, type);
649     return(nptr);
650 }
651
652 char *
653 strdup(const char *str, struct malloc_type *type)
654 {
655     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
656     char *nstr;
657
658     if (str == NULL)
659         return(NULL);
660     zlen = strlen(str) + 1;
661     nstr = malloc(zlen, type, M_WAITOK);
662     bcopy(str, nstr, zlen);
663     return(nstr);
664 }
665
666 #ifdef SMP
667 /*
668  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
669  *
670  *      Free the specified chunk of memory.
671  */
672 static
673 void
674 free_remote(void *ptr)
675 {
676     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
677 }
678
679 #endif
680
681 void
682 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
683 {
684     SLZone *z;
685     SLChunk *chunk;
686     SLGlobalData *slgd;
687     struct globaldata *gd;
688     int pgno;
689
690     gd = mycpu;
691     slgd = &gd->gd_slab;
692
693     if (ptr == NULL)
694         panic("trying to free NULL pointer");
695
696     /*
697      * Handle special 0-byte allocations
698      */
699     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
700         return;
701
702     /*
703      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
704      * size be passed to free() instead of this nonsense.
705      *
706      * This code is never called via an ipi.
707      */
708     {
709         struct kmemusage *kup;
710         unsigned long size;
711
712         kup = btokup(ptr);
713         if (kup->ku_pagecnt) {
714             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
715             kup->ku_pagecnt = 0;
716 #ifdef INVARIANTS
717             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
718             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
719 #endif
720             /*
721              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
722              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
723              *
724              * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
725              * assumption.  An interrupt thread does not bump
726              * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
727              * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
728              */
729             crit_enter();
730             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
731             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
732             if (mycpu->gd_intr_nesting_level || (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD)) {
733                 z = (SLZone *)ptr;
734                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
735                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
736                 z->z_ChunkSize = size;
737                 slgd->FreeOvZones = z;
738                 crit_exit();
739             } else {
740                 crit_exit();
741                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
742             }
743             return;
744         }
745     }
746
747     /*
748      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
749      * ZoneSize aligned. 
750      */
751     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
752     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
753
754     /*
755      * If we do not own the zone then forward the request to the
756      * cpu that does.
757      */
758     if (z->z_CpuGd != gd) {
759         *(struct malloc_type **)ptr = type;
760 #ifdef SMP
761         lwkt_send_ipiq(z->z_CpuGd, free_remote, ptr);
762 #else
763         panic("Corrupt SLZone");
764 #endif
765         return;
766     }
767
768     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
769         panic("free: malloc type lacks magic");
770
771     crit_enter();
772     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
773     chunk = ptr;
774
775 #ifdef INVARIANTS
776     /*
777      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
778      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
779      */
780     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
781         SLChunk *scan;
782         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
783             if (scan == chunk)
784                 panic("Double free at %p", chunk);
785         }
786     }
787 #endif
788
789     /*
790      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
791      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
792      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
793      */
794 #ifdef INVARIANTS
795     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
796         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
797     else
798         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
799 #endif
800
801     /*
802      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
803      * z_FirstFreePg.
804      */
805 #ifdef INVARIANTS
806     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
807         panic("BADFREE %p", chunk);
808 #endif
809     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
810     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
811 #ifdef INVARIANTS
812     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
813         panic("BADFREE2");
814 #endif
815     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
816         z->z_FirstFreePg = pgno;
817
818     /*
819      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
820      * must be added back onto the appropriate list.
821      */
822     if (z->z_NFree++ == 0) {
823         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
824         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
825     }
826
827     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
828     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
829
830     /*
831      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
832      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
833      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
834      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
835      */
836     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
837         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
838     ) {
839         SLZone **pz;
840
841         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
842             ;
843         *pz = z->z_Next;
844         z->z_Magic = -1;
845         z->z_Next = slgd->FreeZones;
846         slgd->FreeZones = z;
847         ++slgd->NFreeZones;
848     }
849     crit_exit();
850 }
851
852 /*
853  * kmem_slab_alloc()
854  *
855  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
856  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
857  *
858  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
859  *
860  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
861  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
862  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
863  *      after the new space is made available.
864  *
865  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
866  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
867  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
868  *      it is free to use PQ_CACHE pages.
869  */
870 static void *
871 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
872 {
873     vm_size_t i;
874     vm_offset_t addr;
875     vm_offset_t offset;
876     int count;
877     thread_t td;
878     vm_map_t map = kernel_map;
879
880     size = round_page(size);
881     addr = vm_map_min(map);
882
883     /*
884      * Reserve properly aligned space from kernel_map
885      */
886     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
887     crit_enter();
888     vm_map_lock(map);
889     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
890         vm_map_unlock(map);
891         if ((flags & (M_RNOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
892             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
893         crit_exit();
894         vm_map_entry_release(count);
895         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
896             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
897         return(NULL);
898     }
899     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
900     vm_object_reference(kernel_object);
901     vm_map_insert(map, &count, 
902                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
903                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
904
905     td = curthread;
906
907     /*
908      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
909      */
910     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
911         vm_page_t m;
912         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
913         int vmflags = 0;
914
915         if (flags & M_ZERO)
916             vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
917         if (flags & M_USE_RESERVE)
918             vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
919         if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
920             vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
921         if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0)
922                 panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)", flags, ((int **)&size)[-1]);
923
924         /*
925          * VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
926          *
927          * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
928          * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
929          * implied in this case), though I'm sure if we really need to do
930          * that.
931          */
932         if (flags & M_WAITOK) {
933             if (td->td_preempted) {
934                 vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
935             } else {
936                 vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
937             }
938         }
939
940         m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, vmflags);
941
942         /*
943          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
944          *
945          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
946          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
947          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
948          * will not be preempting anyone the second time around after the
949          * yield.
950          */
951         if (m == NULL) {
952             if (flags & M_WAITOK) {
953                 if (td->td_preempted) {
954                     vm_map_unlock(map);
955                     lwkt_yield();
956                     vm_map_lock(map);
957                 } else {
958                     vm_map_unlock(map);
959                     vm_wait();
960                     vm_map_lock(map);
961                 }
962                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
963                 continue;
964             }
965
966             /*
967              * We were unable to recover, cleanup and return NULL
968              */
969             while (i != 0) {
970                 i -= PAGE_SIZE;
971                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
972                 vm_page_free(m);
973             }
974             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
975             vm_map_unlock(map);
976             crit_exit();
977             vm_map_entry_release(count);
978             return(NULL);
979         }
980     }
981
982     /*
983      * Success!
984      *
985      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
986      * populate the underlying pages.
987      */
988     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
989     crit_exit();
990
991     /*
992      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
993      */
994     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
995         vm_page_t m;
996
997         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
998         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
999         vm_page_wire(m);
1000         vm_page_wakeup(m);
1001         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
1002         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1003             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1004         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1005         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
1006     }
1007     vm_map_unlock(map);
1008     vm_map_entry_release(count);
1009     return((void *)addr);
1010 }
1011
1012 static void
1013 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1014 {
1015     crit_enter();
1016     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1017     crit_exit();
1018 }
1019