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 1.9 2003/10/18 05:48:42 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.
 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 #endif
 243
 244     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 245         panic("malloc type lacks magic");
 246
 247     if (vmstats.v_page_count == 0)
 248         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
 249
 250     if (type->ks_limit == 0)
 251         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
 252
 253 #ifdef INVARIANTS
 254     for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
 255         if (type->ks_memuse[i] != 0) {
 256             printf(
 257                 "malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
 258                 type->ks_memuse[i], type->ks_shortdesc, i);
 259         }
 260     }
 261 #endif
 262     if (type == kmemstatistics) {
 263         kmemstatistics = type->ks_next;
 264     } else {
 265         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
 266             if (t->ks_next == type) {
 267                 t->ks_next = type->ks_next;
 268                 break;
 269             }
 270         }
 271     }
 272     type->ks_next = NULL;
 273     type->ks_limit = 0;
 274 }
 275
 276 /*
 277  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
 278  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
 279  */
 280 static __inline int
 281 zoneindex(unsigned long *bytes)
 282 {
 283     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
 284     if (n < 128) {
 285         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
 286         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
 287     }
 288     if (n < 256) {
 289         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
 290         return(n / 16 + 7);
 291     }
 292     if (n < 8192) {
 293         if (n < 512) {
 294             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
 295             return(n / 32 + 15);
 296         }
 297         if (n < 1024) {
 298             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
 299             return(n / 64 + 23);
 300         }
 301         if (n < 2048) {
 302             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
 303             return(n / 128 + 31);
 304         }
 305         if (n < 4096) {
 306             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
 307             return(n / 256 + 39);
 308         }
 309         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
 310         return(n / 512 + 47);
 311     }
 312 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
 313     if (n < 16384) {
 314         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
 315         return(n / 1024 + 55);
 316     }
 317 #endif
 318 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
 319     if (n < 32768) {
 320         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
 321         return(n / 2048 + 63);
 322     }
 323 #endif
 324     panic("Unexpected byte count %d", n);
 325     return(0);
 326 }
 327
 328 /*
 329  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
 330  *
 331  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
 332  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
 333  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
 334  *      &SlabMisc if you don't care.
 335  *
 336  *      M_NOWAIT        - return NULL instead of blocking.
 337  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
 338  *      M_USE_RESERVE   - allocate out of the system reserve if necessary
 339  */
 340 void *
 341 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 342 {
 343     SLZone *z;
 344     SLChunk *chunk;
 345     SLGlobalData *slgd;
 346     struct globaldata *gd;
 347     int zi;
 348
 349     gd = mycpu;
 350     slgd = &gd->gd_slab;
 351
 352     /*
 353      * XXX silly to have this in the critical path.
 354      */
 355     if (type->ks_limit == 0) {
 356         crit_enter();
 357         if (type->ks_limit == 0)
 358             malloc_init(type);
 359         crit_exit();
 360     }
 361     ++type->ks_calls;
 362
 363     /*
 364      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
 365      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
 366      * simply deadlock the computer.
 367      */
 368     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
 369         int i;
 370         long ttl;
 371
 372         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
 373             ttl += type->ks_memuse[i];
 374         type->ks_loosememuse = ttl;
 375         if (ttl >= type->ks_limit) {
 376             if (flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK))
 377                 return(NULL);
 378             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
 379         }
 380     }
 381
 382     /*
 383      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
 384      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
 385      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
 386      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
 387      * also realloc() later on.  Joy.
 388      */
 389     if (size == 0)
 390         return(ZERO_LENGTH_PTR);
 391
 392     /*
 393      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
 394      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
 395      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
 396      */
 397     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 398         crit_enter();
 399         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
 400             z = slgd->FreeZones;
 401             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 402             --slgd->NFreeZones;
 403             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
 404         }
 405         crit_exit();
 406     }
 407     /*
 408      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
 409      */
 410     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 411         crit_enter();
 412         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
 413             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
 414             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
 415             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
 416         }
 417         crit_exit();
 418     }
 419
 420     /*
 421      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
 422      * these so performance is not a big issue.
 423      *
 424      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
 425      */
 426     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
 427         struct kmemusage *kup;
 428
 429         size = round_page(size);
 430         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
 431         if (chunk == NULL)
 432             return(NULL);
 433         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
 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         goto done;
 506     }
 507
 508     /*
 509      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 510      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 511      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 512      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 513      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 514      *
 515      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 516      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 517      * adjusting the base offset below.
 518      */
 519     {
 520         int off;
 521
 522         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 523             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 524             --slgd->NFreeZones;
 525             bzero(z, sizeof(SLZone));
 526             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 527         } else {
 528             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 529             if (z == NULL)
 530                 goto fail;
 531         }
 532
 533         /*
 534          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 535          * Otherwise just 8-byte align the data.
 536          */
 537         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 538             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 539         else
 540             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 541         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 542         z->z_ZoneIndex = zi;
 543         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 544         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 545         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 546         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 547         z->z_ChunkSize = size;
 548         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 549         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
 550         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 551         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 552         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 553         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 554             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 555
 556         /*
 557          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 558          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 559          * cpu memory caches.
 560          */
 561         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 562                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 563     }
 564 done:
 565     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 566     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
 567     type->ks_loosememuse += size;
 568     crit_exit();
 569     if (flags & M_ZERO)
 570         bzero(chunk, size);
 571 #ifdef INVARIANTS
 572     else
 573         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
 574 #endif
 575     return(chunk);
 576 fail:
 577     crit_exit();
 578     return(NULL);
 579 }
 580
 581 void *
 582 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 583 {
 584     SLZone *z;
 585     void *nptr;
 586     unsigned long osize;
 587
 588     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 589         return(malloc(size, type, flags));
 590     if (size == 0) {
 591         free(ptr, type);
 592         return(NULL);
 593     }
 594
 595     /*
 596      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 597      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 598      */
 599     {
 600         struct kmemusage *kup;
 601
 602         kup = btokup(ptr);
 603         if (kup->ku_pagecnt) {
 604             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 605             if (osize == round_page(size))
 606                 return(ptr);
 607             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 608                 return(NULL);
 609             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 610             free(ptr, type);
 611             return(nptr);
 612         }
 613     }
 614
 615     /*
 616      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 617      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 618      */
 619     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 620     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 621
 622     zoneindex(&size);
 623     if (z->z_ChunkSize == size)
 624         return(ptr);
 625
 626     /*
 627      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 628      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 629      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 630      */
 631     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 632         return(NULL);
 633     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 634     free(ptr, type);
 635     return(nptr);
 636 }
 637
 638 /*
 639  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
 640  *
 641  *      Free the specified chunk of memory.
 642  */
 643 static
 644 void
 645 free_remote(void *ptr)
 646 {
 647     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
 648 }
 649
 650 void
 651 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 652 {
 653     SLZone *z;
 654     SLChunk *chunk;
 655     SLGlobalData *slgd;
 656     struct globaldata *gd;
 657     int pgno;
 658
 659     gd = mycpu;
 660     slgd = &gd->gd_slab;
 661
 662     /*
 663      * Handle special 0-byte allocations
 664      */
 665     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 666         return;
 667
 668     /*
 669      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 670      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 671      *
 672      * This code is never called via an ipi.
 673      */
 674     {
 675         struct kmemusage *kup;
 676         unsigned long size;
 677
 678         kup = btokup(ptr);
 679         if (kup->ku_pagecnt) {
 680             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 681             kup->ku_pagecnt = 0;
 682 #ifdef INVARIANTS
 683             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 684             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 685 #endif
 686             /*
 687              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
 688              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
 689              */
 690             crit_enter();
 691             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 692             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
 693             if (mycpu->gd_intr_nesting_level) {
 694                 z = (SLZone *)ptr;
 695                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
 696                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
 697                 z->z_ChunkSize = size;
 698                 slgd->FreeOvZones = z;
 699                 crit_exit();
 700             } else {
 701                 crit_exit();
 702                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
 703             }
 704             return;
 705         }
 706     }
 707
 708     /*
 709      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 710      * ZoneSize aligned.
 711      */
 712     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 713     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 714
 715     /*
 716      * If we do not own the zone then forward the request to the
 717      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 718      * unless DIAGNOSTIC is set.
 719      */
 720     if (z->z_Cpu != gd->gd_cpuid) {
 721         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 722         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 723         return;
 724     }
 725
 726     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 727         panic("free: malloc type lacks magic");
 728
 729     crit_enter();
 730     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 731     chunk = ptr;
 732
 733 #ifdef INVARIANTS
 734     /*
 735      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
 736      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
 737      */
 738     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 739         SLChunk *scan;
 740         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 741             if (scan == chunk)
 742                 panic("Double free at %p", chunk);
 743         }
 744     }
 745 #endif
 746
 747     /*
 748      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 749      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 750      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 751      */
 752 #ifdef INVARIANTS
 753     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 754         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 755     else
 756         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 757 #endif
 758
 759     /*
 760      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 761      * z_FirstFreePg.
 762      */
 763 #ifdef INVARIANTS
 764     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 765         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 766 #endif
 767     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 768     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 769 #ifdef INVARIANTS
 770     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 771         panic("BADFREE2");
 772 #endif
 773     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 774         z->z_FirstFreePg = pgno;
 775
 776     /*
 777      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 778      * must be added back onto the appropriate list.
 779      */
 780     if (z->z_NFree++ == 0) {
 781         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 782         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 783     }
 784
 785     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
 786     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
 787
 788     /*
 789      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 790      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
 791      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
 792      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
 793      */
 794     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 795         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 796     ) {
 797         SLZone **pz;
 798
 799         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 800             ;
 801         *pz = z->z_Next;
 802         z->z_Magic = -1;
 803         z->z_Next = slgd->FreeZones;
 804         slgd->FreeZones = z;
 805         ++slgd->NFreeZones;
 806     }
 807     crit_exit();
 808 }
 809
 810 /*
 811  * kmem_slab_alloc()
 812  *
 813  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 814  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 815  *
 816  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 817  *
 818  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 819  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 820  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 821  *      after the new space is made available.
 822  */
 823 static void *
 824 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 825 {
 826     vm_size_t i;
 827     vm_offset_t addr;
 828     vm_offset_t offset;
 829     int count;
 830     vm_map_t map = kernel_map;
 831
 832     size = round_page(size);
 833     addr = vm_map_min(map);
 834
 835     /*
 836      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 837      */
 838     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 839     crit_enter();
 840     vm_map_lock(map);
 841     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 842         vm_map_unlock(map);
 843         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 844             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 845         crit_exit();
 846         vm_map_entry_release(count);
 847         return(NULL);
 848     }
 849     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 850     vm_object_reference(kernel_object);
 851     vm_map_insert(map, &count,
 852                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 853                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 854
 855     /*
 856      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 857      */
 858     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 859         vm_page_t m;
 860         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 861         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 862
 863         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 864             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 865         else
 866             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 867         if (m == NULL) {
 868             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 869                 vm_map_unlock(map);
 870                 vm_wait();
 871                 vm_map_lock(map);
 872                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 873                 continue;
 874             }
 875             while (i != 0) {
 876                 i -= PAGE_SIZE;
 877                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 878                 vm_page_free(m);
 879             }
 880             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 881             vm_map_unlock(map);
 882             crit_exit();
 883             vm_map_entry_release(count);
 884             return(NULL);
 885         }
 886     }
 887
 888     /*
 889      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 890      * populate the underlying pages.
 891      */
 892     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 893     crit_exit();
 894
 895     /*
 896      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 897      */
 898     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 899         vm_page_t m;
 900
 901         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 902         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 903         vm_page_wire(m);
 904         vm_page_wakeup(m);
 905         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 906         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 907             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 908         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 909         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 910     }
 911     vm_map_unlock(map);
 912     vm_map_entry_release(count);
 913     return((void *)addr);
 914 }
 915
 916 static void
 917 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 918 {
 919     crit_enter();
 920     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 921     crit_exit();
 922 }
 923
 924 #endif