sys/kern/kern_slaballoc.c

   1 /*
   2  * KERN_SLABALLOC.C     - Kernel SLAB memory allocator
   3  *
   4  * Copyright (c) 2003 Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26  * SUCH DAMAGE.
  27  *
  28  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_slaballoc.c,v 1.3 2003/08/28 17:24:38 dillon Exp $
  29  *
  30  * This module implements a slab allocator drop-in replacement for the
  31  * kernel malloc().
  32  *
  33  * A slab allocator reserves a ZONE for each chunk size, then lays the
  34  * chunks out in an array within the zone.  Allocation and deallocation
  35  * is nearly instantanious, and fragmentation/overhead losses are limited
  36  * to a fixed worst-case amount.
  37  *
  38  * The downside of this slab implementation is in the chunk size
  39  * multiplied by the number of zones.  ~80 zones * 128K = 10MB of VM per cpu.
  40  * In a kernel implementation all this memory will be physical so
  41  * the zone size is adjusted downward on machines with less physical
  42  * memory.  The upside is that overhead is bounded... this is the *worst*
  43  * case overhead.
  44  *
  45  * Slab management is done on a per-cpu basis and no locking or mutexes
  46  * are required, only a critical section.  When one cpu frees memory
  47  * belonging to another cpu's slab manager an asynchronous IPI message
  48  * will be queued to execute the operation.   In addition, both the
  49  * high level slab allocator and the low level zone allocator optimize
  50  * M_ZERO requests, and the slab allocator does not have to pre initialize
  51  * the linked list of chunks.
  52  *
  53  * XXX Balancing is needed between cpus.  Balance will be handled through
  54  * asynchronous IPIs primarily by reassigning the z_Cpu ownership of chunks.
  55  *
  56  * XXX If we have to allocate a new zone and M_USE_RESERVE is set, use of
  57  * the new zone should be restricted to M_USE_RESERVE requests only.
  58  *
  59  *      Alloc Size      Chunking        Number of zones
  60  *      0-127           8               16
  61  *      128-255         16              8
  62  *      256-511         32              8
  63  *      512-1023        64              8
  64  *      1024-2047       128             8
  65  *      2048-4095       256             8
  66  *      4096-8191       512             8
  67  *      8192-16383      1024            8
  68  *      16384-32767     2048            8
  69  *      (if PAGE_SIZE is 4K the maximum zone allocation is 16383)
  70  *
  71  *      Allocations >= ZALLOC_ZONE_LIMIT go directly to kmem.
  72  *
  73  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
  74  *
  75  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
  76  *    have remained compatible with the following API requirements:
  77  *
  78  *    + small power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (kern_tty)
  79  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
  80  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
  81  */
  82
  83 #include "opt_vm.h"
  84
  85 #if defined(USE_SLAB_ALLOCATOR)
  86
  87 #if !defined(NO_KMEM_MAP)
  88 #error "NO_KMEM_MAP must be defined when USE_SLAB_ALLOCATOR is defined"
  89 #endif
  90
  91 #include <sys/param.h>
  92 #include <sys/systm.h>
  93 #include <sys/kernel.h>
  94 #include <sys/slaballoc.h>
  95 #include <sys/mbuf.h>
  96 #include <sys/vmmeter.h>
  97 #include <sys/lock.h>
  98 #include <sys/thread.h>
  99 #include <sys/globaldata.h>
 100
 101 #include <vm/vm.h>
 102 #include <vm/vm_param.h>
 103 #include <vm/vm_kern.h>
 104 #include <vm/vm_extern.h>
 105 #include <vm/vm_object.h>
 106 #include <vm/pmap.h>
 107 #include <vm/vm_map.h>
 108 #include <vm/vm_page.h>
 109 #include <vm/vm_pageout.h>
 110
 111 #include <machine/cpu.h>
 112
 113 #include <sys/thread2.h>
 114
 115 #define arysize(ary)    (sizeof(ary)/sizeof((ary)[0]))
 116
 117 /*
 118  * Fixed globals (not per-cpu)
 119  */
 120 static int ZoneSize;
 121 static int ZonePageCount;
 122 static int ZonePageLimit;
 123 static int ZoneMask;
 124 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 125 static struct kmemusage *kmemusage;
 126 static int32_t weirdary[16];
 127
 128 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
 129 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
 130
 131 /*
 132  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of
 133  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
 134  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
 135  */
 136 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
 137 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
 138 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
 139 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
 140
 141 /*
 142  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
 143  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
 144  * free.
 145  */
 146 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
 147 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
 148 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
 149
 150 /*
 151  * Misc global malloc buckets
 152  */
 153
 154 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 155 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 156 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 157
 158 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 159 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 160
 161 /*
 162  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
 163  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
 164  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
 165  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
 166  * (typically 32K min, 128K max).
 167  */
 168 static void kmeminit(void *dummy);
 169
 170 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
 171
 172 static void
 173 kmeminit(void *dummy)
 174 {
 175     vm_poff_t limsize;
 176     int usesize;
 177     int i;
 178     vm_pindex_t npg;
 179
 180     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 181     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 182         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 183
 184     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
 185
 186     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
 187     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
 188         ZoneSize <<= 1;
 189     ZoneMask = ZoneSize - 1;
 190     ZonePageLimit = PAGE_SIZE * 4;
 191     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
 192
 193     npg = (VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
 194     kmemusage = kmem_slab_alloc(npg * sizeof(struct kmemusage), PAGE_SIZE, M_ZERO);
 195
 196     for (i = 0; i < arysize(weirdary); ++i)
 197         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
 198
 199     if (bootverbose)
 200         printf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Initialize a malloc type tracking structure.  NOTE! counters and such
 205  * need to be made per-cpu (maybe with a MAXCPU array).
 206  */
 207 void
 208 malloc_init(void *data)
 209 {
 210     struct malloc_type *type = data;
 211     vm_poff_t limsize;
 212
 213     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 214         panic("malloc type lacks magic");
 215
 216     if (type->ks_limit != 0)
 217         return;
 218
 219     if (vmstats.v_page_count == 0)
 220         panic("malloc_init not allowed before vm init");
 221
 222     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 223     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 224         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 225     type->ks_limit = limsize / 10;
 226
 227     type->ks_next = kmemstatistics;
 228     kmemstatistics = type;
 229 }
 230
 231 void
 232 malloc_uninit(void *data)
 233 {
 234     struct malloc_type *type = data;
 235     struct malloc_type *t;
 236
 237     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 238         panic("malloc type lacks magic");
 239
 240     if (vmstats.v_page_count == 0)
 241         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
 242
 243     if (type->ks_limit == 0)
 244         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
 245
 246 #ifdef INVARIANTS
 247     if (type->ks_memuse != 0) {
 248         printf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated\n",
 249                 type->ks_memuse, type->ks_shortdesc);
 250     }
 251 #endif
 252     if (type == kmemstatistics) {
 253         kmemstatistics = type->ks_next;
 254     } else {
 255         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
 256             if (t->ks_next == type) {
 257                 t->ks_next = type->ks_next;
 258                 break;
 259             }
 260         }
 261     }
 262     type->ks_next = NULL;
 263     type->ks_limit = 0;
 264 }
 265
 266 /*
 267  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
 268  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
 269  */
 270 static __inline int
 271 zoneindex(unsigned long *bytes)
 272 {
 273     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
 274     if (n < 128) {
 275         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
 276         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
 277     }
 278     if (n < 256) {
 279         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
 280         return(n / 16 + 7);
 281     }
 282     if (n < 8192) {
 283         if (n < 512) {
 284             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
 285             return(n / 32 + 15);
 286         }
 287         if (n < 1024) {
 288             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
 289             return(n / 64 + 23);
 290         }
 291         if (n < 2048) {
 292             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
 293             return(n / 128 + 31);
 294         }
 295         if (n < 4096) {
 296             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
 297             return(n / 256 + 39);
 298         }
 299         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
 300         return(n / 512 + 47);
 301     }
 302 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
 303     if (n < 16384) {
 304         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
 305         return(n / 1024 + 55);
 306     }
 307 #endif
 308 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
 309     if (n < 32768) {
 310         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
 311         return(n / 2048 + 63);
 312     }
 313 #endif
 314     panic("Unexpected byte count %d", n);
 315     return(0);
 316 }
 317
 318 /*
 319  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
 320  *
 321  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
 322  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
 323  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
 324  *      &SlabMisc if you don't care.
 325  *
 326  *      M_NOWAIT        - return NULL instead of blocking.
 327  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
 328  *      M_USE_RESERVE   - allocate out of the system reserve if necessary
 329  */
 330 void *
 331 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 332 {
 333     SLZone *z;
 334     SLChunk *chunk;
 335     SLGlobalData *slgd;
 336     int zi;
 337
 338     slgd = &mycpu->gd_slab;
 339
 340     /*
 341      * XXX silly to have this in the critical path.
 342      */
 343     if (type->ks_limit == 0) {
 344         crit_enter();
 345         if (type->ks_limit == 0)
 346             malloc_init(type);
 347         crit_exit();
 348     }
 349     ++type->ks_calls;
 350
 351     /*
 352      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
 353      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
 354      * simply deadlock the computer.
 355      */
 356     while (type->ks_memuse >= type->ks_limit) {
 357         if (flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK))
 358             return(NULL);
 359         panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
 360     }
 361
 362     /*
 363      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
 364      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
 365      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
 366      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
 367      * also realloc() later on.  Joy.
 368      */
 369     if (size == 0)
 370         return(ZERO_LENGTH_PTR);
 371
 372     /*
 373      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
 374      * these so performance is not a big issue.
 375      *
 376      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
 377      */
 378     if (size >= ZALLOC_ZONE_LIMIT || (size & PAGE_MASK) == 0) {
 379         struct kmemusage *kup;
 380
 381         size = round_page(size);
 382         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
 383         if (chunk == NULL)
 384             return(NULL);
 385         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
 386         kup = btokup(chunk);
 387         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
 388         crit_enter();
 389         goto done;
 390     }
 391
 392     /*
 393      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
 394      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
 395      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
 396      * (we might have thousands of zones in the list).
 397      *
 398      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
 399      */
 400     zi = zoneindex(&size);
 401     KKASSERT(zi < NZONES);
 402     crit_enter();
 403     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
 404         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
 405
 406         /*
 407          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
 408          */
 409         if (--z->z_NFree == 0) {
 410             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
 411             z->z_Next = NULL;
 412         }
 413
 414         /*
 415          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
 416          * reallocations into earlier pages without us having to sort
 417          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
 418          */
 419         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
 420             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
 421 #ifdef DIAGNOSTIC
 422                 /*
 423                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
 424                  */
 425                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
 426                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
 427                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
 428 #endif
 429 #ifdef INVARIANTS
 430                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 431                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 432                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 433                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 434 #endif
 435                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
 436                 goto done;
 437             }
 438             ++z->z_FirstFreePg;
 439         }
 440
 441         /*
 442          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
 443          * it must be available in the never-before-used-memory area
 444          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
 445          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
 446          */
 447         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
 448             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
 449         else
 450             z->z_UIndex = 0;
 451         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
 452             panic("slaballoc: corrupted zone");
 453         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 454         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 455             flags &= ~M_ZERO;
 456         goto done;
 457     }
 458
 459     /*
 460      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 461      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 462      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 463      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 464      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 465      *
 466      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 467      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 468      * adjusting the base offset below.
 469      */
 470     {
 471         int off;
 472
 473         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 474             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 475             --slgd->NFreeZones;
 476             bzero(z, sizeof(SLZone));
 477             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 478         } else {
 479             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 480             if (z == NULL)
 481                 goto fail;
 482         }
 483
 484         /*
 485          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 486          * Otherwise just 8-byte align the data.
 487          */
 488         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 489             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 490         else
 491             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 492         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 493         z->z_ZoneIndex = zi;
 494         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 495         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 496         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 497         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 498         z->z_ChunkSize = size;
 499         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 500         z->z_Cpu = mycpu->gd_cpuid;
 501         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 502         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 503         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 504         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 505             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 506
 507         /*
 508          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 509          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 510          * cpu memory caches.
 511          */
 512         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 513                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 514     }
 515 done:
 516     crit_exit();
 517     if (flags & M_ZERO)
 518         bzero(chunk, size);
 519     ++type->ks_inuse;
 520     type->ks_memuse += size;
 521     return(chunk);
 522 fail:
 523     crit_exit();
 524     return(NULL);
 525 }
 526
 527 void *
 528 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 529 {
 530     SLZone *z;
 531     void *nptr;
 532     unsigned long osize;
 533
 534     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 535         return(malloc(size, type, flags));
 536     if (size == 0) {
 537         free(ptr, type);
 538         return(NULL);
 539     }
 540
 541     /*
 542      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 543      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 544      */
 545     {
 546         struct kmemusage *kup;
 547
 548         kup = btokup(ptr);
 549         if (kup->ku_pagecnt) {
 550             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 551             if (osize == round_page(size))
 552                 return(ptr);
 553             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 554                 return(NULL);
 555             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 556             free(ptr, type);
 557             return(nptr);
 558         }
 559     }
 560
 561     /*
 562      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 563      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 564      */
 565     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 566     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 567
 568     zoneindex(&size);
 569     if (z->z_ChunkSize == size)
 570         return(ptr);
 571
 572     /*
 573      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 574      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 575      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 576      */
 577     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 578         return(NULL);
 579     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 580     free(ptr, type);
 581     return(nptr);
 582 }
 583
 584 /*
 585  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
 586  *
 587  *      Free the specified chunk of memory.  The byte count is not strictly
 588  *      required but if DIAGNOSTIC is set we use it as a sanity check.
 589  */
 590 static
 591 void
 592 free_remote(void *ptr)
 593 {
 594     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
 595 }
 596
 597 void
 598 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 599 {
 600     SLZone *z;
 601     SLChunk *chunk;
 602     SLGlobalData *slgd;
 603     int pgno;
 604
 605     slgd = &mycpu->gd_slab;
 606
 607     /*
 608      * Handle special 0-byte allocations
 609      */
 610     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 611         return;
 612
 613     /*
 614      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 615      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 616      */
 617     {
 618         struct kmemusage *kup;
 619         unsigned long size;
 620
 621         kup = btokup(ptr);
 622         if (kup->ku_pagecnt) {
 623             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 624             kup->ku_pagecnt = 0;
 625             --type->ks_inuse;
 626             type->ks_memuse -= size;
 627 #ifdef INVARIANTS
 628             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 629             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 630 #endif
 631             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
 632             return;
 633         }
 634     }
 635
 636     /*
 637      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 638      * ZoneSize aligned.
 639      */
 640     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 641     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 642
 643     /*
 644      * If we do not own the zone then forward the request to the
 645      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 646      * unless DIAGNOSTIC is set.
 647      */
 648     if (z->z_Cpu != mycpu->gd_cpuid) {
 649         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 650         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 651         return;
 652     }
 653
 654     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 655         panic("free: malloc type lacks magic");
 656
 657     crit_enter();
 658     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 659     chunk = ptr;
 660
 661 #ifdef DIAGNOSTIC
 662     /*
 663      * Diagnostic: attempt to detect a double-free (not perfect).
 664      */
 665     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 666         SLChunk *scan;
 667         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 668             if (scan == chunk)
 669                 panic("Double free at %p", chunk);
 670         }
 671     }
 672 #endif
 673
 674     /*
 675      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 676      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 677      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 678      */
 679 #ifdef INVARIANTS
 680     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 681         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 682     else
 683         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 684 #endif
 685
 686     /*
 687      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 688      * z_FirstFreePg.
 689      */
 690 #ifdef INVARIANTS
 691     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 692         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 693 #endif
 694     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 695     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 696 #ifdef INVARIANTS
 697     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 698         panic("BADFREE2");
 699 #endif
 700     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 701         z->z_FirstFreePg = pgno;
 702
 703     /*
 704      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 705      * must be added back onto the appropriate list.
 706      */
 707     if (z->z_NFree++ == 0) {
 708         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 709         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 710     }
 711
 712     --type->ks_inuse;
 713     type->ks_memuse -= z->z_ChunkSize;
 714
 715     /*
 716      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 717      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Implement
 718      * hysteresis on the FreeZones list to improve performance.
 719      *
 720      * XXX try not to block on the kernel_map lock.
 721      */
 722     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 723         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 724     ) {
 725         SLZone **pz;
 726
 727         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 728             ;
 729         *pz = z->z_Next;
 730         z->z_Magic = -1;
 731         if (slgd->NFreeZones == ZONE_RELS_THRESH &&
 732             lockstatus(&kernel_map->lock, NULL) == 0) {
 733             SLZone *oz;
 734
 735             z->z_Next = slgd->FreeZones->z_Next;
 736             oz = slgd->FreeZones;
 737             slgd->FreeZones = z;
 738             kmem_slab_free(oz, ZoneSize);       /* may block */
 739         } else {
 740             z->z_Next = slgd->FreeZones;
 741             slgd->FreeZones = z;
 742             ++slgd->NFreeZones;
 743         }
 744     }
 745     crit_exit();
 746 }
 747
 748 /*
 749  * kmem_slab_alloc()
 750  *
 751  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 752  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 753  *
 754  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 755  *
 756  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 757  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 758  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 759  *      after the new space is made available.
 760  */
 761 static void *
 762 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 763 {
 764     vm_size_t i;
 765     vm_offset_t addr;
 766     vm_offset_t offset;
 767     int count;
 768     vm_map_t map = kernel_map;
 769
 770     size = round_page(size);
 771     addr = vm_map_min(map);
 772
 773     /*
 774      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 775      */
 776     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 777     crit_enter();
 778     vm_map_lock(map);
 779     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 780         vm_map_unlock(map);
 781         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 782             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 783         crit_exit();
 784         vm_map_entry_release(count);
 785         return(NULL);
 786     }
 787     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 788     vm_object_reference(kernel_object);
 789     vm_map_insert(map, &count,
 790                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 791                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 792
 793     /*
 794      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 795      */
 796     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 797         vm_page_t m;
 798         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 799         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 800
 801         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 802             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 803         else
 804             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 805         if (m == NULL) {
 806             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 807                 vm_map_unlock(map);
 808                 vm_wait();
 809                 vm_map_lock(map);
 810                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 811                 continue;
 812             }
 813             while (i != 0) {
 814                 i -= PAGE_SIZE;
 815                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 816                 vm_page_free(m);
 817             }
 818             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 819             vm_map_unlock(map);
 820             crit_exit();
 821             vm_map_entry_release(count);
 822             return(NULL);
 823         }
 824     }
 825
 826     /*
 827      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 828      * populate the underlying pages.
 829      */
 830     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 831     crit_exit();
 832
 833     /*
 834      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 835      */
 836     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 837         vm_page_t m;
 838
 839         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 840         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 841         vm_page_wire(m);
 842         vm_page_wakeup(m);
 843         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 844         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 845             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 846         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 847         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 848     }
 849     vm_map_unlock(map);
 850     vm_map_entry_release(count);
 851     return((void *)addr);
 852 }
 853
 854 static void
 855 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 856 {
 857     crit_enter();
 858     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 859     crit_exit();
 860 }
 861
 862 #endif