Optimize lwkt_send_ipiq() - the IPI based inter-cpu messaging routine.
[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 1.29 2005/04/13 04:00:50 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       - don't block.
342  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
343  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
344  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
345  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
346  */
347 void *
348 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
349 {
350     SLZone *z;
351     SLChunk *chunk;
352     SLGlobalData *slgd;
353     struct globaldata *gd;
354     int zi;
355
356     gd = mycpu;
357     slgd = &gd->gd_slab;
358
359     /*
360      * XXX silly to have this in the critical path.
361      */
362     if (type->ks_limit == 0) {
363         crit_enter();
364         if (type->ks_limit == 0)
365             malloc_init(type);
366         crit_exit();
367     }
368     ++type->ks_calls;
369
370     /*
371      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
372      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
373      * simply deadlock the computer.
374      */
375     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
376         int i;
377         long ttl;
378
379         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
380             ttl += type->ks_memuse[i];
381         type->ks_loosememuse = ttl;
382         if (ttl >= type->ks_limit) {
383             if (flags & M_NULLOK)
384                 return(NULL);
385             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
386         }
387     }
388
389     /*
390      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
391      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
392      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
393      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
394      * also realloc() later on.  Joy.
395      */
396     if (size == 0)
397         return(ZERO_LENGTH_PTR);
398
399     /*
400      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
401      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
402      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
403      */
404     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
405         crit_enter();
406         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
407             z = slgd->FreeZones;
408             slgd->FreeZones = z->z_Next;
409             --slgd->NFreeZones;
410             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
411         }
412         crit_exit();
413     }
414     /*
415      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
416      */
417     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
418         crit_enter();
419         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
420             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
421             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
422             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
423         }
424         crit_exit();
425     }
426
427     /*
428      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
429      * these so performance is not a big issue.
430      *
431      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
432      */
433     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
434         struct kmemusage *kup;
435
436         size = round_page(size);
437         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
438         if (chunk == NULL)
439             return(NULL);
440         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
441         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
442         kup = btokup(chunk);
443         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
444         kup->ku_cpu = gd->gd_cpuid;
445         crit_enter();
446         goto done;
447     }
448
449     /*
450      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
451      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
452      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
453      * (we might have thousands of zones in the list).
454      *
455      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
456      */
457     zi = zoneindex(&size);
458     KKASSERT(zi < NZONES);
459     crit_enter();
460     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
461         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
462
463         /*
464          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
465          */
466         if (--z->z_NFree == 0) {
467             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
468             z->z_Next = NULL;
469         }
470
471         /*
472          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
473          * reallocations into earlier pages without us having to sort
474          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
475          */
476         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
477             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
478 #ifdef DIAGNOSTIC
479                 /*
480                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
481                  */
482                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
483                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
484                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
485 #endif
486 #ifdef INVARIANTS
487                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
488                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
489                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
490                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
491 #endif
492                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
493                 goto done;
494             }
495             ++z->z_FirstFreePg;
496         }
497
498         /*
499          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
500          * it must be available in the never-before-used-memory area
501          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
502          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
503          */
504         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
505             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
506         else
507             z->z_UIndex = 0;
508         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
509             panic("slaballoc: corrupted zone");
510         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
511         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
512             flags &= ~M_ZERO;
513             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
514         }
515         goto done;
516     }
517
518     /*
519      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
520      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
521      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
522      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
523      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
524      *
525      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
526      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
527      * adjusting the base offset below.
528      */
529     {
530         int off;
531
532         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
533             slgd->FreeZones = z->z_Next;
534             --slgd->NFreeZones;
535             bzero(z, sizeof(SLZone));
536             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
537         } else {
538             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
539             if (z == NULL)
540                 goto fail;
541         }
542
543         /*
544          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
545          * Otherwise just 8-byte align the data.
546          */
547         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
548             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
549         else
550             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
551         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
552         z->z_ZoneIndex = zi;
553         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
554         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
555         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
556         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
557         z->z_ChunkSize = size;
558         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
559         z->z_CpuGd = gd;
560         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
561         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
562         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
563         slgd->ZoneAry[zi] = z;
564         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
565             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
566             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
567         }
568
569         /*
570          * Slide the base index for initial allocations out of the next
571          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
572          * cpu memory caches.
573          */
574         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
575                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
576     }
577 done:
578     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
579     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
580     type->ks_loosememuse += size;
581     crit_exit();
582     if (flags & M_ZERO)
583         bzero(chunk, size);
584 #ifdef INVARIANTS
585     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0)
586         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
587 #endif
588     return(chunk);
589 fail:
590     crit_exit();
591     return(NULL);
592 }
593
594 void *
595 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
596 {
597     SLZone *z;
598     void *nptr;
599     unsigned long osize;
600
601     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
602
603     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
604         return(malloc(size, type, flags));
605     if (size == 0) {
606         free(ptr, type);
607         return(NULL);
608     }
609
610     /*
611      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
612      * size be passed to free() instead of this nonsense.
613      */
614     {
615         struct kmemusage *kup;
616
617         kup = btokup(ptr);
618         if (kup->ku_pagecnt) {
619             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
620             if (osize == round_page(size))
621                 return(ptr);
622             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
623                 return(NULL);
624             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
625             free(ptr, type);
626             return(nptr);
627         }
628     }
629
630     /*
631      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
632      * using the same chunk size we do not have to do anything.
633      */
634     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
635     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
636
637     zoneindex(&size);
638     if (z->z_ChunkSize == size)
639         return(ptr);
640
641     /*
642      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
643      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
644      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
645      */
646     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
647         return(NULL);
648     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
649     free(ptr, type);
650     return(nptr);
651 }
652
653 char *
654 strdup(const char *str, struct malloc_type *type)
655 {
656     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
657     char *nstr;
658
659     if (str == NULL)
660         return(NULL);
661     zlen = strlen(str) + 1;
662     nstr = malloc(zlen, type, M_WAITOK);
663     bcopy(str, nstr, zlen);
664     return(nstr);
665 }
666
667 #ifdef SMP
668 /*
669  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
670  *
671  *      Free the specified chunk of memory.
672  */
673 static
674 void
675 free_remote(void *ptr)
676 {
677     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
678 }
679
680 #endif
681
682 void
683 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
684 {
685     SLZone *z;
686     SLChunk *chunk;
687     SLGlobalData *slgd;
688     struct globaldata *gd;
689     int pgno;
690
691     gd = mycpu;
692     slgd = &gd->gd_slab;
693
694     if (ptr == NULL)
695         panic("trying to free NULL pointer");
696
697     /*
698      * Handle special 0-byte allocations
699      */
700     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
701         return;
702
703     /*
704      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
705      * size be passed to free() instead of this nonsense.
706      *
707      * This code is never called via an ipi.
708      */
709     {
710         struct kmemusage *kup;
711         unsigned long size;
712
713         kup = btokup(ptr);
714         if (kup->ku_pagecnt) {
715             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
716             kup->ku_pagecnt = 0;
717 #ifdef INVARIANTS
718             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
719             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
720 #endif
721             /*
722              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
723              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
724              *
725              * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
726              * assumption.  An interrupt thread does not bump
727              * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
728              * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
729              */
730             crit_enter();
731             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
732             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
733             if (mycpu->gd_intr_nesting_level || (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD)) {
734                 z = (SLZone *)ptr;
735                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
736                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
737                 z->z_ChunkSize = size;
738                 slgd->FreeOvZones = z;
739                 crit_exit();
740             } else {
741                 crit_exit();
742                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
743             }
744             return;
745         }
746     }
747
748     /*
749      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
750      * ZoneSize aligned. 
751      */
752     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
753     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
754
755     /*
756      * If we do not own the zone then forward the request to the
757      * cpu that does.  Since the timing is non-critical, a passive
758      * message is sent.
759      */
760     if (z->z_CpuGd != gd) {
761         *(struct malloc_type **)ptr = type;
762 #ifdef SMP
763         lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, free_remote, ptr);
764 #else
765         panic("Corrupt SLZone");
766 #endif
767         return;
768     }
769
770     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
771         panic("free: malloc type lacks magic");
772
773     crit_enter();
774     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
775     chunk = ptr;
776
777 #ifdef INVARIANTS
778     /*
779      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
780      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
781      */
782     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
783         SLChunk *scan;
784         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
785             if (scan == chunk)
786                 panic("Double free at %p", chunk);
787         }
788     }
789 #endif
790
791     /*
792      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
793      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
794      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
795      */
796 #ifdef INVARIANTS
797     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
798         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
799     else
800         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
801 #endif
802
803     /*
804      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
805      * z_FirstFreePg.
806      */
807 #ifdef INVARIANTS
808     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
809         panic("BADFREE %p", chunk);
810 #endif
811     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
812     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
813 #ifdef INVARIANTS
814     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
815         panic("BADFREE2");
816 #endif
817     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
818         z->z_FirstFreePg = pgno;
819
820     /*
821      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
822      * must be added back onto the appropriate list.
823      */
824     if (z->z_NFree++ == 0) {
825         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
826         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
827     }
828
829     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
830     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
831
832     /*
833      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
834      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
835      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
836      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
837      */
838     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
839         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
840     ) {
841         SLZone **pz;
842
843         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
844             ;
845         *pz = z->z_Next;
846         z->z_Magic = -1;
847         z->z_Next = slgd->FreeZones;
848         slgd->FreeZones = z;
849         ++slgd->NFreeZones;
850     }
851     crit_exit();
852 }
853
854 /*
855  * kmem_slab_alloc()
856  *
857  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
858  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
859  *
860  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
861  *
862  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
863  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
864  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
865  *      after the new space is made available.
866  *
867  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
868  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
869  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
870  *      it is free to use PQ_CACHE pages.
871  */
872 static void *
873 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
874 {
875     vm_size_t i;
876     vm_offset_t addr;
877     vm_offset_t offset;
878     int count, vmflags, base_vmflags;
879     thread_t td;
880     vm_map_t map = kernel_map;
881
882     size = round_page(size);
883     addr = vm_map_min(map);
884
885     /*
886      * Reserve properly aligned space from kernel_map
887      */
888     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
889     crit_enter();
890     vm_map_lock(map);
891     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
892         vm_map_unlock(map);
893         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
894             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
895         crit_exit();
896         vm_map_entry_release(count);
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     base_vmflags = 0;
908     if (flags & M_ZERO)
909         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
910     if (flags & M_USE_RESERVE)
911         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
912     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
913         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
914     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0)
915         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)", flags, ((int **)&size)[-1]);
916
917
918     /*
919      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
920      */
921     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
922         vm_page_t m;
923         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
924
925         /*
926          * VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
927          *
928          * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
929          * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
930          * implied in this case), though I'm sure if we really need to do
931          * that.
932          */
933         vmflags = base_vmflags;
934         if (flags & M_WAITOK) {
935             if (td->td_preempted)
936                 vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
937             else
938                 vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
939         }
940
941         m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, vmflags);
942
943         /*
944          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
945          *
946          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
947          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
948          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
949          * will not be preempting anyone the second time around after the
950          * yield.
951          */
952         if (m == NULL) {
953             if (flags & M_WAITOK) {
954                 if (td->td_preempted) {
955                     vm_map_unlock(map);
956                     lwkt_yield();
957                     vm_map_lock(map);
958                 } else {
959                     vm_map_unlock(map);
960                     vm_wait();
961                     vm_map_lock(map);
962                 }
963                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
964                 continue;
965             }
966
967             /*
968              * We were unable to recover, cleanup and return NULL
969              */
970             while (i != 0) {
971                 i -= PAGE_SIZE;
972                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
973                 vm_page_free(m);
974             }
975             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
976             vm_map_unlock(map);
977             crit_exit();
978             vm_map_entry_release(count);
979             return(NULL);
980         }
981     }
982
983     /*
984      * Success!
985      *
986      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
987      * populate the underlying pages.
988      */
989     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
990     crit_exit();
991
992     /*
993      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
994      */
995     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
996         vm_page_t m;
997
998         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
999         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1000         vm_page_wire(m);
1001         vm_page_wakeup(m);
1002         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
1003         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1004             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1005         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1006         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
1007     }
1008     vm_map_unlock(map);
1009     vm_map_entry_release(count);
1010     return((void *)addr);
1011 }
1012
1013 static void
1014 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1015 {
1016     crit_enter();
1017     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1018     crit_exit();
1019 }
1020