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 1.14 2003/10/25 00:48:03 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 #include <sys/param.h>
  87 #include <sys/systm.h>
  88 #include <sys/kernel.h>
  89 #include <sys/slaballoc.h>
  90 #include <sys/mbuf.h>
  91 #include <sys/vmmeter.h>
  92 #include <sys/lock.h>
  93 #include <sys/thread.h>
  94 #include <sys/globaldata.h>
  95
  96 #include <vm/vm.h>
  97 #include <vm/vm_param.h>
  98 #include <vm/vm_kern.h>
  99 #include <vm/vm_extern.h>
 100 #include <vm/vm_object.h>
 101 #include <vm/pmap.h>
 102 #include <vm/vm_map.h>
 103 #include <vm/vm_page.h>
 104 #include <vm/vm_pageout.h>
 105
 106 #include <machine/cpu.h>
 107
 108 #include <sys/thread2.h>
 109
 110 #define arysize(ary)    (sizeof(ary)/sizeof((ary)[0]))
 111
 112 /*
 113  * Fixed globals (not per-cpu)
 114  */
 115 static int ZoneSize;
 116 static int ZoneLimit;
 117 static int ZonePageCount;
 118 static int ZonePageLimit;
 119 static int ZoneMask;
 120 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 121 static struct kmemusage *kmemusage;
 122 static int32_t weirdary[16];
 123
 124 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
 125 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
 126
 127 /*
 128  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of
 129  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
 130  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
 131  */
 132 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
 133 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
 134 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
 135 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
 136
 137 /*
 138  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
 139  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
 140  * free.
 141  */
 142 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
 143 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
 144 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
 145
 146 /*
 147  * Misc global malloc buckets
 148  */
 149
 150 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 151 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 152 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 153
 154 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 155 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 156
 157 /*
 158  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
 159  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
 160  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
 161  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
 162  * (typically 32K min, 128K max).
 163  */
 164 static void kmeminit(void *dummy);
 165
 166 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
 167
 168 static void
 169 kmeminit(void *dummy)
 170 {
 171     vm_poff_t limsize;
 172     int usesize;
 173     int i;
 174     vm_pindex_t npg;
 175
 176     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 177     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 178         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 179
 180     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
 181
 182     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
 183     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
 184         ZoneSize <<= 1;
 185     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
 186     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
 187         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
 188     ZoneMask = ZoneSize - 1;
 189     ZonePageLimit = PAGE_SIZE * 4;
 190     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
 191
 192     npg = (VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
 193     kmemusage = kmem_slab_alloc(npg * sizeof(struct kmemusage), PAGE_SIZE, M_ZERO);
 194
 195     for (i = 0; i < arysize(weirdary); ++i)
 196         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
 197
 198     if (bootverbose)
 199         printf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
 200 }
 201
 202 /*
 203  * Initialize a malloc type tracking structure.
 204  */
 205 void
 206 malloc_init(void *data)
 207 {
 208     struct malloc_type *type = data;
 209     vm_poff_t limsize;
 210
 211     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 212         panic("malloc type lacks magic");
 213
 214     if (type->ks_limit != 0)
 215         return;
 216
 217     if (vmstats.v_page_count == 0)
 218         panic("malloc_init not allowed before vm init");
 219
 220     limsize = (vm_poff_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
 221     if (limsize > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 222         limsize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 223     type->ks_limit = limsize / 10;
 224
 225     type->ks_next = kmemstatistics;
 226     kmemstatistics = type;
 227 }
 228
 229 void
 230 malloc_uninit(void *data)
 231 {
 232     struct malloc_type *type = data;
 233     struct malloc_type *t;
 234 #ifdef INVARIANTS
 235     int i;
 236     long ttl;
 237 #endif
 238
 239     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 240         panic("malloc type lacks magic");
 241
 242     if (vmstats.v_page_count == 0)
 243         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
 244
 245     if (type->ks_limit == 0)
 246         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
 247
 248 #ifdef INVARIANTS
 249     /*
 250      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
 251      * on one cpu and freed on another individual array entries may be
 252      * negative or positive (canceling each other out).
 253      */
 254     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
 255         ttl += type->ks_memuse[i];
 256     if (ttl) {
 257         printf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
 258             ttl, type->ks_shortdesc, i);
 259     }
 260 #endif
 261     if (type == kmemstatistics) {
 262         kmemstatistics = type->ks_next;
 263     } else {
 264         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
 265             if (t->ks_next == type) {
 266                 t->ks_next = type->ks_next;
 267                 break;
 268             }
 269         }
 270     }
 271     type->ks_next = NULL;
 272     type->ks_limit = 0;
 273 }
 274
 275 /*
 276  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
 277  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
 278  */
 279 static __inline int
 280 zoneindex(unsigned long *bytes)
 281 {
 282     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
 283     if (n < 128) {
 284         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
 285         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
 286     }
 287     if (n < 256) {
 288         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
 289         return(n / 16 + 7);
 290     }
 291     if (n < 8192) {
 292         if (n < 512) {
 293             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
 294             return(n / 32 + 15);
 295         }
 296         if (n < 1024) {
 297             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
 298             return(n / 64 + 23);
 299         }
 300         if (n < 2048) {
 301             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
 302             return(n / 128 + 31);
 303         }
 304         if (n < 4096) {
 305             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
 306             return(n / 256 + 39);
 307         }
 308         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
 309         return(n / 512 + 47);
 310     }
 311 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
 312     if (n < 16384) {
 313         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
 314         return(n / 1024 + 55);
 315     }
 316 #endif
 317 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
 318     if (n < 32768) {
 319         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
 320         return(n / 2048 + 63);
 321     }
 322 #endif
 323     panic("Unexpected byte count %d", n);
 324     return(0);
 325 }
 326
 327 /*
 328  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
 329  *
 330  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
 331  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
 332  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
 333  *      &SlabMisc if you don't care.
 334  *
 335  *      M_NOWAIT        - return NULL instead of blocking.
 336  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
 337  *      M_USE_RESERVE   - allocate out of the system reserve if necessary
 338  */
 339 void *
 340 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 341 {
 342     SLZone *z;
 343     SLChunk *chunk;
 344     SLGlobalData *slgd;
 345     struct globaldata *gd;
 346     int zi;
 347
 348     gd = mycpu;
 349     slgd = &gd->gd_slab;
 350
 351     /*
 352      * XXX silly to have this in the critical path.
 353      */
 354     if (type->ks_limit == 0) {
 355         crit_enter();
 356         if (type->ks_limit == 0)
 357             malloc_init(type);
 358         crit_exit();
 359     }
 360     ++type->ks_calls;
 361
 362     /*
 363      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
 364      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
 365      * simply deadlock the computer.
 366      */
 367     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
 368         int i;
 369         long ttl;
 370
 371         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
 372             ttl += type->ks_memuse[i];
 373         type->ks_loosememuse = ttl;
 374         if (ttl >= type->ks_limit) {
 375             if (flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK))
 376                 return(NULL);
 377             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
 378         }
 379     }
 380
 381     /*
 382      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
 383      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
 384      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
 385      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
 386      * also realloc() later on.  Joy.
 387      */
 388     if (size == 0)
 389         return(ZERO_LENGTH_PTR);
 390
 391     /*
 392      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
 393      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
 394      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
 395      */
 396     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 397         crit_enter();
 398         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
 399             z = slgd->FreeZones;
 400             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 401             --slgd->NFreeZones;
 402             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
 403         }
 404         crit_exit();
 405     }
 406     /*
 407      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
 408      */
 409     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 410         crit_enter();
 411         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
 412             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
 413             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
 414             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
 415         }
 416         crit_exit();
 417     }
 418
 419     /*
 420      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
 421      * these so performance is not a big issue.
 422      *
 423      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
 424      */
 425     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
 426         struct kmemusage *kup;
 427
 428         size = round_page(size);
 429         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
 430         if (chunk == NULL)
 431             return(NULL);
 432         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
 433         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
 434         kup = btokup(chunk);
 435         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
 436         kup->ku_cpu = gd->gd_cpuid;
 437         crit_enter();
 438         goto done;
 439     }
 440
 441     /*
 442      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
 443      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
 444      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
 445      * (we might have thousands of zones in the list).
 446      *
 447      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
 448      */
 449     zi = zoneindex(&size);
 450     KKASSERT(zi < NZONES);
 451     crit_enter();
 452     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
 453         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
 454
 455         /*
 456          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
 457          */
 458         if (--z->z_NFree == 0) {
 459             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
 460             z->z_Next = NULL;
 461         }
 462
 463         /*
 464          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
 465          * reallocations into earlier pages without us having to sort
 466          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
 467          */
 468         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
 469             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
 470 #ifdef DIAGNOSTIC
 471                 /*
 472                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
 473                  */
 474                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
 475                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
 476                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
 477 #endif
 478 #ifdef INVARIANTS
 479                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 480                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 481                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 482                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 483 #endif
 484                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
 485                 goto done;
 486             }
 487             ++z->z_FirstFreePg;
 488         }
 489
 490         /*
 491          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
 492          * it must be available in the never-before-used-memory area
 493          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
 494          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
 495          */
 496         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
 497             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
 498         else
 499             z->z_UIndex = 0;
 500         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
 501             panic("slaballoc: corrupted zone");
 502         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 503         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
 504             flags &= ~M_ZERO;
 505             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
 506         }
 507         goto done;
 508     }
 509
 510     /*
 511      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 512      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 513      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 514      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 515      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 516      *
 517      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 518      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 519      * adjusting the base offset below.
 520      */
 521     {
 522         int off;
 523
 524         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 525             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 526             --slgd->NFreeZones;
 527             bzero(z, sizeof(SLZone));
 528             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 529         } else {
 530             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 531             if (z == NULL)
 532                 goto fail;
 533         }
 534
 535         /*
 536          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 537          * Otherwise just 8-byte align the data.
 538          */
 539         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 540             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 541         else
 542             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 543         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 544         z->z_ZoneIndex = zi;
 545         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 546         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 547         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 548         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 549         z->z_ChunkSize = size;
 550         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 551         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
 552         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 553         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 554         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 555         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
 556             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 557             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
 558         }
 559
 560         /*
 561          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 562          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 563          * cpu memory caches.
 564          */
 565         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 566                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 567     }
 568 done:
 569     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 570     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
 571     type->ks_loosememuse += size;
 572     crit_exit();
 573     if (flags & M_ZERO)
 574         bzero(chunk, size);
 575 #ifdef INVARIANTS
 576     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0)
 577         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
 578 #endif
 579     return(chunk);
 580 fail:
 581     crit_exit();
 582     return(NULL);
 583 }
 584
 585 void *
 586 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 587 {
 588     SLZone *z;
 589     void *nptr;
 590     unsigned long osize;
 591
 592     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 593         return(malloc(size, type, flags));
 594     if (size == 0) {
 595         free(ptr, type);
 596         return(NULL);
 597     }
 598
 599     /*
 600      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 601      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 602      */
 603     {
 604         struct kmemusage *kup;
 605
 606         kup = btokup(ptr);
 607         if (kup->ku_pagecnt) {
 608             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 609             if (osize == round_page(size))
 610                 return(ptr);
 611             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 612                 return(NULL);
 613             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 614             free(ptr, type);
 615             return(nptr);
 616         }
 617     }
 618
 619     /*
 620      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 621      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 622      */
 623     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 624     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 625
 626     zoneindex(&size);
 627     if (z->z_ChunkSize == size)
 628         return(ptr);
 629
 630     /*
 631      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 632      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 633      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 634      */
 635     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 636         return(NULL);
 637     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 638     free(ptr, type);
 639     return(nptr);
 640 }
 641
 642 #ifdef SMP
 643 /*
 644  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
 645  *
 646  *      Free the specified chunk of memory.
 647  */
 648 static
 649 void
 650 free_remote(void *ptr)
 651 {
 652     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
 653 }
 654
 655 #endif
 656
 657 void
 658 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 659 {
 660     SLZone *z;
 661     SLChunk *chunk;
 662     SLGlobalData *slgd;
 663     struct globaldata *gd;
 664     int pgno;
 665
 666     gd = mycpu;
 667     slgd = &gd->gd_slab;
 668
 669     /*
 670      * Handle special 0-byte allocations
 671      */
 672     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 673         return;
 674
 675     /*
 676      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 677      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 678      *
 679      * This code is never called via an ipi.
 680      */
 681     {
 682         struct kmemusage *kup;
 683         unsigned long size;
 684
 685         kup = btokup(ptr);
 686         if (kup->ku_pagecnt) {
 687             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 688             kup->ku_pagecnt = 0;
 689 #ifdef INVARIANTS
 690             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 691             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 692 #endif
 693             /*
 694              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
 695              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
 696              *
 697              * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
 698              * assumption.  An interrupt thread does not bump
 699              * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
 700              * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
 701              */
 702             crit_enter();
 703             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 704             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
 705             if (mycpu->gd_intr_nesting_level || (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD)) {
 706                 z = (SLZone *)ptr;
 707                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
 708                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
 709                 z->z_ChunkSize = size;
 710                 slgd->FreeOvZones = z;
 711                 crit_exit();
 712             } else {
 713                 crit_exit();
 714                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
 715             }
 716             return;
 717         }
 718     }
 719
 720     /*
 721      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 722      * ZoneSize aligned.
 723      */
 724     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 725     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 726
 727     /*
 728      * If we do not own the zone then forward the request to the
 729      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 730      * unless DIAGNOSTIC is set.
 731      */
 732     if (z->z_Cpu != gd->gd_cpuid) {
 733         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 734 #ifdef SMP
 735         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 736 #else
 737         panic("Corrupt SLZone");
 738 #endif
 739         return;
 740     }
 741
 742     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 743         panic("free: malloc type lacks magic");
 744
 745     crit_enter();
 746     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 747     chunk = ptr;
 748
 749 #ifdef INVARIANTS
 750     /*
 751      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
 752      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
 753      */
 754     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 755         SLChunk *scan;
 756         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 757             if (scan == chunk)
 758                 panic("Double free at %p", chunk);
 759         }
 760     }
 761 #endif
 762
 763     /*
 764      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 765      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 766      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 767      */
 768 #ifdef INVARIANTS
 769     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 770         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 771     else
 772         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 773 #endif
 774
 775     /*
 776      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 777      * z_FirstFreePg.
 778      */
 779 #ifdef INVARIANTS
 780     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 781         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 782 #endif
 783     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 784     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 785 #ifdef INVARIANTS
 786     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 787         panic("BADFREE2");
 788 #endif
 789     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 790         z->z_FirstFreePg = pgno;
 791
 792     /*
 793      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 794      * must be added back onto the appropriate list.
 795      */
 796     if (z->z_NFree++ == 0) {
 797         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 798         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 799     }
 800
 801     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
 802     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
 803
 804     /*
 805      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 806      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
 807      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
 808      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
 809      */
 810     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 811         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 812     ) {
 813         SLZone **pz;
 814
 815         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 816             ;
 817         *pz = z->z_Next;
 818         z->z_Magic = -1;
 819         z->z_Next = slgd->FreeZones;
 820         slgd->FreeZones = z;
 821         ++slgd->NFreeZones;
 822     }
 823     crit_exit();
 824 }
 825
 826 /*
 827  * kmem_slab_alloc()
 828  *
 829  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 830  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 831  *
 832  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 833  *
 834  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 835  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 836  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 837  *      after the new space is made available.
 838  */
 839 static void *
 840 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 841 {
 842     vm_size_t i;
 843     vm_offset_t addr;
 844     vm_offset_t offset;
 845     int count;
 846     vm_map_t map = kernel_map;
 847
 848     size = round_page(size);
 849     addr = vm_map_min(map);
 850
 851     /*
 852      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 853      */
 854     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 855     crit_enter();
 856     vm_map_lock(map);
 857     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 858         vm_map_unlock(map);
 859         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 860             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 861         crit_exit();
 862         vm_map_entry_release(count);
 863         return(NULL);
 864     }
 865     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 866     vm_object_reference(kernel_object);
 867     vm_map_insert(map, &count,
 868                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 869                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 870
 871     /*
 872      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 873      */
 874     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 875         vm_page_t m;
 876         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 877         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 878
 879         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 880             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 881         else
 882             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 883         if (m == NULL) {
 884             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 885                 vm_map_unlock(map);
 886                 vm_wait();
 887                 vm_map_lock(map);
 888                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 889                 continue;
 890             }
 891             while (i != 0) {
 892                 i -= PAGE_SIZE;
 893                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 894                 vm_page_free(m);
 895             }
 896             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 897             vm_map_unlock(map);
 898             crit_exit();
 899             vm_map_entry_release(count);
 900             return(NULL);
 901         }
 902     }
 903
 904     /*
 905      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 906      * populate the underlying pages.
 907      */
 908     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 909     crit_exit();
 910
 911     /*
 912      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 913      */
 914     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 915         vm_page_t m;
 916
 917         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 918         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 919         vm_page_wire(m);
 920         vm_page_wakeup(m);
 921         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 922         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 923             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 924         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 925         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 926     }
 927     vm_map_unlock(map);
 928     vm_map_entry_release(count);
 929     return((void *)addr);
 930 }
 931
 932 static void
 933 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 934 {
 935     crit_enter();
 936     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 937     crit_exit();
 938 }
 939