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 1.8 2003/10/02 22:29:15 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 >= ZoneLimit 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  *    + all power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (twe)
  80  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
  81  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
  82  */
  83
  84 #include "opt_vm.h"
  85
  86 #if !defined(NO_SLAB_ALLOCATOR)
  87
  88 #if defined(USE_KMEM_MAP)
  89 #error "If you define USE_KMEM_MAP you must also define NO_SLAB_ALLOCATOR"
  90 #endif
  91
  92 #include <sys/param.h>
  93 #include <sys/systm.h>
  94 #include <sys/kernel.h>
  95 #include <sys/slaballoc.h>
  96 #include <sys/mbuf.h>
  97 #include <sys/vmmeter.h>
  98 #include <sys/lock.h>
  99 #include <sys/thread.h>
 100 #include <sys/globaldata.h>
 101
 102 #include <vm/vm.h>
 103 #include <vm/vm_param.h>
 104 #include <vm/vm_kern.h>
 105 #include <vm/vm_extern.h>
 106 #include <vm/vm_object.h>
 107 #include <vm/pmap.h>
 108 #include <vm/vm_map.h>
 109 #include <vm/vm_page.h>
 110 #include <vm/vm_pageout.h>
 111
 112 #include <machine/cpu.h>
 113
 114 #include <sys/thread2.h>
 115
 116 #define arysize(ary)    (sizeof(ary)/sizeof((ary)[0]))
 117
 118 /*
 119  * Fixed globals (not per-cpu)
 120  */
 121 static int ZoneSize;
 122 static int ZoneLimit;
 123 static int ZonePageCount;
 124 static int ZonePageLimit;
 125 static int ZoneMask;
 126 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 127 static struct kmemusage *kmemusage;
 128 static int32_t weirdary[16];
 129
 130 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
 131 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
 132
 133 /*
 134  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of
 135  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
 136  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
 137  */
 138 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
 139 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
 140 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
 141 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
 142
 143 /*
 144  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
 145  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
 146  * free.
 147  */
 148 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
 149 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
 150 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
 151
 152 /*
 153  * Misc global malloc buckets
 154  */
 155
 156 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 157 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 158 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 159
 160 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 161 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 162
 163 /*
 164  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
 165  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
 166  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
 167  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
 168  * (typically 32K min, 128K max).
 169  */
 170 static void kmeminit(void *dummy);
 171
 172 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
 173
 174 static void
 175 kmeminit(void *dummy)
 176 {
 177     vm_poff_t limsize;
 178     int usesize;
 179     int i;
 180     vm_pindex_t npg;
 181
 182     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 183     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 184         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 185
 186     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
 187
 188     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
 189     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
 190         ZoneSize <<= 1;
 191     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
 192     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
 193         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
 194     ZoneMask = ZoneSize - 1;
 195     ZonePageLimit = PAGE_SIZE * 4;
 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_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.  NOTE! counters and such
 210  * need to be made per-cpu (maybe with a MAXCPU array).
 211  */
 212 void
 213 malloc_init(void *data)
 214 {
 215     struct malloc_type *type = data;
 216     vm_poff_t limsize;
 217
 218     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 219         panic("malloc type lacks magic");
 220
 221     if (type->ks_limit != 0)
 222         return;
 223
 224     if (vmstats.v_page_count == 0)
 225         panic("malloc_init not allowed before vm init");
 226
 227     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 228     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 229         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 230     type->ks_limit = limsize / 10;
 231
 232     type->ks_next = kmemstatistics;
 233     kmemstatistics = type;
 234 }
 235
 236 void
 237 malloc_uninit(void *data)
 238 {
 239     struct malloc_type *type = data;
 240     struct malloc_type *t;
 241
 242     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 243         panic("malloc type lacks magic");
 244
 245     if (vmstats.v_page_count == 0)
 246         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
 247
 248     if (type->ks_limit == 0)
 249         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
 250
 251 #ifdef INVARIANTS
 252     if (type->ks_memuse != 0) {
 253         printf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated\n",
 254                 type->ks_memuse, type->ks_shortdesc);
 255     }
 256 #endif
 257     if (type == kmemstatistics) {
 258         kmemstatistics = type->ks_next;
 259     } else {
 260         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
 261             if (t->ks_next == type) {
 262                 t->ks_next = type->ks_next;
 263                 break;
 264             }
 265         }
 266     }
 267     type->ks_next = NULL;
 268     type->ks_limit = 0;
 269 }
 270
 271 /*
 272  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
 273  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
 274  */
 275 static __inline int
 276 zoneindex(unsigned long *bytes)
 277 {
 278     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
 279     if (n < 128) {
 280         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
 281         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
 282     }
 283     if (n < 256) {
 284         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
 285         return(n / 16 + 7);
 286     }
 287     if (n < 8192) {
 288         if (n < 512) {
 289             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
 290             return(n / 32 + 15);
 291         }
 292         if (n < 1024) {
 293             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
 294             return(n / 64 + 23);
 295         }
 296         if (n < 2048) {
 297             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
 298             return(n / 128 + 31);
 299         }
 300         if (n < 4096) {
 301             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
 302             return(n / 256 + 39);
 303         }
 304         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
 305         return(n / 512 + 47);
 306     }
 307 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
 308     if (n < 16384) {
 309         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
 310         return(n / 1024 + 55);
 311     }
 312 #endif
 313 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
 314     if (n < 32768) {
 315         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
 316         return(n / 2048 + 63);
 317     }
 318 #endif
 319     panic("Unexpected byte count %d", n);
 320     return(0);
 321 }
 322
 323 /*
 324  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
 325  *
 326  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
 327  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
 328  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
 329  *      &SlabMisc if you don't care.
 330  *
 331  *      M_NOWAIT        - return NULL instead of blocking.
 332  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
 333  *      M_USE_RESERVE   - allocate out of the system reserve if necessary
 334  */
 335 void *
 336 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 337 {
 338     SLZone *z;
 339     SLChunk *chunk;
 340     SLGlobalData *slgd;
 341     int zi;
 342
 343     slgd = &mycpu->gd_slab;
 344
 345     /*
 346      * XXX silly to have this in the critical path.
 347      */
 348     if (type->ks_limit == 0) {
 349         crit_enter();
 350         if (type->ks_limit == 0)
 351             malloc_init(type);
 352         crit_exit();
 353     }
 354     ++type->ks_calls;
 355
 356     /*
 357      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
 358      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
 359      * simply deadlock the computer.
 360      */
 361     while (type->ks_memuse >= type->ks_limit) {
 362         if (flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK))
 363             return(NULL);
 364         panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
 365     }
 366
 367     /*
 368      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
 369      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
 370      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
 371      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
 372      * also realloc() later on.  Joy.
 373      */
 374     if (size == 0)
 375         return(ZERO_LENGTH_PTR);
 376
 377     /*
 378      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
 379      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
 380      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
 381      */
 382     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 383         crit_enter();
 384         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
 385             z = slgd->FreeZones;
 386             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 387             --slgd->NFreeZones;
 388             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
 389         }
 390         crit_exit();
 391     }
 392     /*
 393      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
 394      */
 395     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 396         crit_enter();
 397         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
 398             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
 399             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
 400             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
 401         }
 402         crit_exit();
 403     }
 404
 405     /*
 406      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
 407      * these so performance is not a big issue.
 408      *
 409      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
 410      */
 411     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
 412         struct kmemusage *kup;
 413
 414         size = round_page(size);
 415         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
 416         if (chunk == NULL)
 417             return(NULL);
 418         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
 419         kup = btokup(chunk);
 420         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
 421         crit_enter();
 422         goto done;
 423     }
 424
 425     /*
 426      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
 427      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
 428      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
 429      * (we might have thousands of zones in the list).
 430      *
 431      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
 432      */
 433     zi = zoneindex(&size);
 434     KKASSERT(zi < NZONES);
 435     crit_enter();
 436     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
 437         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
 438
 439         /*
 440          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
 441          */
 442         if (--z->z_NFree == 0) {
 443             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
 444             z->z_Next = NULL;
 445         }
 446
 447         /*
 448          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
 449          * reallocations into earlier pages without us having to sort
 450          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
 451          */
 452         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
 453             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
 454 #ifdef DIAGNOSTIC
 455                 /*
 456                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
 457                  */
 458                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
 459                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
 460                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
 461 #endif
 462 #ifdef INVARIANTS
 463                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 464                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 465                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 466                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 467 #endif
 468                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
 469                 goto done;
 470             }
 471             ++z->z_FirstFreePg;
 472         }
 473
 474         /*
 475          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
 476          * it must be available in the never-before-used-memory area
 477          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
 478          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
 479          */
 480         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
 481             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
 482         else
 483             z->z_UIndex = 0;
 484         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
 485             panic("slaballoc: corrupted zone");
 486         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 487         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 488             flags &= ~M_ZERO;
 489         goto done;
 490     }
 491
 492     /*
 493      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 494      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 495      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 496      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 497      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 498      *
 499      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 500      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 501      * adjusting the base offset below.
 502      */
 503     {
 504         int off;
 505
 506         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 507             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 508             --slgd->NFreeZones;
 509             bzero(z, sizeof(SLZone));
 510             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 511         } else {
 512             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 513             if (z == NULL)
 514                 goto fail;
 515         }
 516
 517         /*
 518          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 519          * Otherwise just 8-byte align the data.
 520          */
 521         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 522             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 523         else
 524             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 525         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 526         z->z_ZoneIndex = zi;
 527         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 528         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 529         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 530         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 531         z->z_ChunkSize = size;
 532         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 533         z->z_Cpu = mycpu->gd_cpuid;
 534         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 535         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 536         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 537         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 538             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 539
 540         /*
 541          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 542          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 543          * cpu memory caches.
 544          */
 545         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 546                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 547     }
 548 done:
 549     crit_exit();
 550     if (flags & M_ZERO)
 551         bzero(chunk, size);
 552     ++type->ks_inuse;
 553     type->ks_memuse += size;
 554     return(chunk);
 555 fail:
 556     crit_exit();
 557     return(NULL);
 558 }
 559
 560 void *
 561 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 562 {
 563     SLZone *z;
 564     void *nptr;
 565     unsigned long osize;
 566
 567     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 568         return(malloc(size, type, flags));
 569     if (size == 0) {
 570         free(ptr, type);
 571         return(NULL);
 572     }
 573
 574     /*
 575      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 576      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 577      */
 578     {
 579         struct kmemusage *kup;
 580
 581         kup = btokup(ptr);
 582         if (kup->ku_pagecnt) {
 583             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 584             if (osize == round_page(size))
 585                 return(ptr);
 586             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 587                 return(NULL);
 588             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 589             free(ptr, type);
 590             return(nptr);
 591         }
 592     }
 593
 594     /*
 595      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 596      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 597      */
 598     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 599     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 600
 601     zoneindex(&size);
 602     if (z->z_ChunkSize == size)
 603         return(ptr);
 604
 605     /*
 606      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 607      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 608      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 609      */
 610     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 611         return(NULL);
 612     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 613     free(ptr, type);
 614     return(nptr);
 615 }
 616
 617 /*
 618  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
 619  *
 620  *      Free the specified chunk of memory.  The byte count is not strictly
 621  *      required but if DIAGNOSTIC is set we use it as a sanity check.
 622  */
 623 static
 624 void
 625 free_remote(void *ptr)
 626 {
 627     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
 628 }
 629
 630 void
 631 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 632 {
 633     SLZone *z;
 634     SLChunk *chunk;
 635     SLGlobalData *slgd;
 636     int pgno;
 637
 638     slgd = &mycpu->gd_slab;
 639
 640     /*
 641      * Handle special 0-byte allocations
 642      */
 643     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 644         return;
 645
 646     /*
 647      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 648      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 649      */
 650     {
 651         struct kmemusage *kup;
 652         unsigned long size;
 653
 654         kup = btokup(ptr);
 655         if (kup->ku_pagecnt) {
 656             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 657             kup->ku_pagecnt = 0;
 658             --type->ks_inuse;
 659             type->ks_memuse -= size;
 660 #ifdef INVARIANTS
 661             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 662             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 663 #endif
 664             if (mycpu->gd_intr_nesting_level) {
 665                 crit_enter();
 666                 z = (SLZone *)ptr;
 667                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
 668                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
 669                 z->z_ChunkSize = size;
 670                 slgd->FreeOvZones = z;
 671                 crit_exit();
 672             } else {
 673                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
 674             }
 675             return;
 676         }
 677     }
 678
 679     /*
 680      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 681      * ZoneSize aligned.
 682      */
 683     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 684     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 685
 686     /*
 687      * If we do not own the zone then forward the request to the
 688      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 689      * unless DIAGNOSTIC is set.
 690      */
 691     if (z->z_Cpu != mycpu->gd_cpuid) {
 692         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 693         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 694         return;
 695     }
 696
 697     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 698         panic("free: malloc type lacks magic");
 699
 700     crit_enter();
 701     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 702     chunk = ptr;
 703
 704 #ifdef DIAGNOSTIC
 705     /*
 706      * Diagnostic: attempt to detect a double-free (not perfect).
 707      */
 708     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 709         SLChunk *scan;
 710         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 711             if (scan == chunk)
 712                 panic("Double free at %p", chunk);
 713         }
 714     }
 715 #endif
 716
 717     /*
 718      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 719      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 720      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 721      */
 722 #ifdef INVARIANTS
 723     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 724         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 725     else
 726         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 727 #endif
 728
 729     /*
 730      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 731      * z_FirstFreePg.
 732      */
 733 #ifdef INVARIANTS
 734     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 735         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 736 #endif
 737     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 738     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 739 #ifdef INVARIANTS
 740     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 741         panic("BADFREE2");
 742 #endif
 743     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 744         z->z_FirstFreePg = pgno;
 745
 746     /*
 747      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 748      * must be added back onto the appropriate list.
 749      */
 750     if (z->z_NFree++ == 0) {
 751         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 752         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 753     }
 754
 755     --type->ks_inuse;
 756     type->ks_memuse -= z->z_ChunkSize;
 757
 758     /*
 759      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 760      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
 761      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
 762      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
 763      */
 764     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 765         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 766     ) {
 767         SLZone **pz;
 768
 769         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 770             ;
 771         *pz = z->z_Next;
 772         z->z_Magic = -1;
 773         z->z_Next = slgd->FreeZones;
 774         slgd->FreeZones = z;
 775         ++slgd->NFreeZones;
 776     }
 777     crit_exit();
 778 }
 779
 780 /*
 781  * kmem_slab_alloc()
 782  *
 783  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 784  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 785  *
 786  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 787  *
 788  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 789  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 790  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 791  *      after the new space is made available.
 792  */
 793 static void *
 794 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 795 {
 796     vm_size_t i;
 797     vm_offset_t addr;
 798     vm_offset_t offset;
 799     int count;
 800     vm_map_t map = kernel_map;
 801
 802     size = round_page(size);
 803     addr = vm_map_min(map);
 804
 805     /*
 806      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 807      */
 808     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 809     crit_enter();
 810     vm_map_lock(map);
 811     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 812         vm_map_unlock(map);
 813         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 814             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 815         crit_exit();
 816         vm_map_entry_release(count);
 817         return(NULL);
 818     }
 819     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 820     vm_object_reference(kernel_object);
 821     vm_map_insert(map, &count,
 822                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 823                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 824
 825     /*
 826      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 827      */
 828     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 829         vm_page_t m;
 830         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 831         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 832
 833         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 834             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 835         else
 836             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 837         if (m == NULL) {
 838             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 839                 vm_map_unlock(map);
 840                 vm_wait();
 841                 vm_map_lock(map);
 842                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 843                 continue;
 844             }
 845             while (i != 0) {
 846                 i -= PAGE_SIZE;
 847                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 848                 vm_page_free(m);
 849             }
 850             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 851             vm_map_unlock(map);
 852             crit_exit();
 853             vm_map_entry_release(count);
 854             return(NULL);
 855         }
 856     }
 857
 858     /*
 859      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 860      * populate the underlying pages.
 861      */
 862     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 863     crit_exit();
 864
 865     /*
 866      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 867      */
 868     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 869         vm_page_t m;
 870
 871         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 872         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 873         vm_page_wire(m);
 874         vm_page_wakeup(m);
 875         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 876         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 877             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 878         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 879         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 880     }
 881     vm_map_unlock(map);
 882     vm_map_entry_release(count);
 883     return((void *)addr);
 884 }
 885
 886 static void
 887 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 888 {
 889     crit_enter();
 890     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 891     crit_exit();
 892 }
 893
 894 #endif