Merge branch 'master' of git://crater.dragonflybsd.org/dragonfly
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_slaballoc.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * KERN_SLABALLOC.C     - Kernel SLAB memory allocator
5  * 
6  * Copyright (c) 2003,2004,2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
7  * 
8  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
9  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
10  * 
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
19  *    the documentation and/or other materials provided with the
20  *    distribution.
21  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
22  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
23  *    from this software without specific, prior written permission.
24  * 
25  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
26  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
27  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
28  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
29  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
30  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
31  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
32  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
33  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
34  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
35  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
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 #include <sys/sysctl.h>
104 #include <sys/ktr.h>
105
106 #include <vm/vm.h>
107 #include <vm/vm_param.h>
108 #include <vm/vm_kern.h>
109 #include <vm/vm_extern.h>
110 #include <vm/vm_object.h>
111 #include <vm/pmap.h>
112 #include <vm/vm_map.h>
113 #include <vm/vm_page.h>
114 #include <vm/vm_pageout.h>
115
116 #include <machine/cpu.h>
117
118 #include <sys/thread2.h>
119
120 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
121
122 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%d flags=%04x"
123 #define MEMORY_ARG_SIZE (sizeof(void *) * 2 + sizeof(unsigned long) +   \
124                         sizeof(int))
125
126 #if !defined(KTR_MEMORY)
127 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
128 #endif
129 KTR_INFO_MASTER(memory);
130 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin", 0);
131 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
132 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
133 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
134 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
135 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
136 #ifdef SMP
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
139 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
140 #endif
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin", 0);
142 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end", 0);
143
144 #define logmemory(name, ptr, type, size, flags)                         \
145         KTR_LOG(memory_ ## name, ptr, type, size, flags)
146 #define logmemory_quick(name)                                           \
147         KTR_LOG(memory_ ## name)
148
149 /*
150  * Fixed globals (not per-cpu)
151  */
152 static int ZoneSize;
153 static int ZoneLimit;
154 static int ZonePageCount;
155 static uintptr_t ZoneMask;
156 static int ZoneBigAlloc;                /* in KB */
157 static int ZoneGenAlloc;                /* in KB */
158 struct malloc_type *kmemstatistics;     /* exported to vmstat */
159 static int32_t weirdary[16];
160
161 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
162 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
163
164 #if defined(INVARIANTS)
165 static void chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk);
166 static void chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk);
167 #else
168 #define chunk_mark_allocated(z, chunk)
169 #define chunk_mark_free(z, chunk)
170 #endif
171
172 /*
173  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
174  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
175  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
176  */
177 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
178 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
179 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
180 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
181
182 /*
183  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
184  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
185  * free.
186  */    
187 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
188 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
189 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
190
191 /*
192  * Misc global malloc buckets
193  */
194
195 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
196 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
197 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
198  
199 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
200 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
201
202 /*
203  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
204  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
205  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
206  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
207  * (typically 32K min, 128K max). 
208  */
209 static void kmeminit(void *dummy);
210
211 char *ZeroPage;
212
213 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
214
215 #ifdef INVARIANTS
216 /*
217  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
218  */
219 static int  use_malloc_pattern;
220 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
221     &use_malloc_pattern, 0,
222     "Initialize memory to -1 if M_ZERO not specified");
223 #endif
224
225 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
226 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
227
228 static void
229 kmeminit(void *dummy)
230 {
231     size_t limsize;
232     int usesize;
233     int i;
234
235     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
236     if (limsize > KvaSize)
237         limsize = KvaSize;
238
239     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
240
241     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
242     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
243         ZoneSize <<= 1;
244     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
245     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
246         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
247     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
248     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
249
250     for (i = 0; i < NELEM(weirdary); ++i)
251         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
252
253     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
254
255     if (bootverbose)
256         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
257 }
258
259 /*
260  * Initialize a malloc type tracking structure.
261  */
262 void
263 malloc_init(void *data)
264 {
265     struct malloc_type *type = data;
266     size_t limsize;
267
268     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
269         panic("malloc type lacks magic");
270                                            
271     if (type->ks_limit != 0)
272         return;
273
274     if (vmstats.v_page_count == 0)
275         panic("malloc_init not allowed before vm init");
276
277     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
278     if (limsize > KvaSize)
279         limsize = KvaSize;
280     type->ks_limit = limsize / 10;
281
282     type->ks_next = kmemstatistics;
283     kmemstatistics = type;
284 }
285
286 void
287 malloc_uninit(void *data)
288 {
289     struct malloc_type *type = data;
290     struct malloc_type *t;
291 #ifdef INVARIANTS
292     int i;
293     long ttl;
294 #endif
295
296     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
297         panic("malloc type lacks magic");
298
299     if (vmstats.v_page_count == 0)
300         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
301
302     if (type->ks_limit == 0)
303         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
304
305 #ifdef SMP
306     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
307     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
308 #endif
309
310 #ifdef INVARIANTS
311     /*
312      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
313      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
314      * negative or positive (canceling each other out).
315      */
316     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
317         ttl += type->ks_memuse[i];
318     if (ttl) {
319         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
320             ttl, type->ks_shortdesc, i);
321     }
322 #endif
323     if (type == kmemstatistics) {
324         kmemstatistics = type->ks_next;
325     } else {
326         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
327             if (t->ks_next == type) {
328                 t->ks_next = type->ks_next;
329                 break;
330             }
331         }
332     }
333     type->ks_next = NULL;
334     type->ks_limit = 0;
335 }
336
337 /*
338  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
339  * are the made if the pool would shrink.
340  */
341 void
342 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
343 {
344     if (type->ks_limit == 0)
345         malloc_init(type);
346     if (bytes == 0)
347         bytes = KvaSize;
348     if (type->ks_limit < bytes)
349         type->ks_limit = bytes;
350 }
351
352 /*
353  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
354  * already non-NULL.
355  */
356 void
357 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
358 {
359         struct malloc_type *type;
360
361         if (*typep == NULL) {
362                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
363                 type->ks_magic = M_MAGIC;
364                 type->ks_shortdesc = descr;
365                 malloc_init(type);
366                 *typep = type;
367         }
368 }
369
370 /*
371  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
372  * the pool has already been destroyed.
373  */
374 void
375 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
376 {
377         if (*typep != NULL) {
378                 malloc_uninit(*typep);
379                 kfree(*typep, M_TEMP);
380                 *typep = NULL;
381         }
382 }
383
384 /*
385  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
386  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
387  */
388 static __inline int
389 zoneindex(unsigned long *bytes)
390 {
391     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
392     if (n < 128) {
393         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
394         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
395     }
396     if (n < 256) {
397         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
398         return(n / 16 + 7);
399     }
400     if (n < 8192) {
401         if (n < 512) {
402             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
403             return(n / 32 + 15);
404         }
405         if (n < 1024) {
406             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
407             return(n / 64 + 23);
408         } 
409         if (n < 2048) {
410             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
411             return(n / 128 + 31);
412         }
413         if (n < 4096) {
414             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
415             return(n / 256 + 39);
416         }
417         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
418         return(n / 512 + 47);
419     }
420 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
421     if (n < 16384) {
422         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
423         return(n / 1024 + 55);
424     }
425 #endif
426 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
427     if (n < 32768) {
428         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
429         return(n / 2048 + 63);
430     }
431 #endif
432     panic("Unexpected byte count %d", n);
433     return(0);
434 }
435
436 #ifdef SLAB_DEBUG
437 /*
438  * Used to debug memory corruption issues.  Record up to (typically 32)
439  * allocation sources for this zone (for a particular chunk size).
440  */
441
442 static void
443 slab_record_source(SLZone *z, const char *file, int line)
444 {
445     int i;
446     int b = line & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
447
448     i = b;
449     do {
450         if (z->z_Sources[i].file == file && z->z_Sources[i].line == line)
451                 return;
452         if (z->z_Sources[i].file == NULL)
453                 break;
454         i = (i + 1) & (SLAB_DEBUG_ENTRIES - 1);
455     } while (i != b);
456     z->z_Sources[i].file = file;
457     z->z_Sources[i].line = line;
458 }
459
460 #endif
461
462 /*
463  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
464  *
465  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
466  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
467  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
468  *      &SlabMisc if you don't care.
469  *
470  *      M_RNOWAIT       - don't block.
471  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
472  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
473  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
474  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
475  *
476  * MPSAFE
477  */
478
479 #ifdef SLAB_DEBUG
480 void *
481 kmalloc_debug(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
482               const char *file, int line)
483 #else
484 void *
485 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
486 #endif
487 {
488     SLZone *z;
489     SLChunk *chunk;
490 #ifdef SMP
491     SLChunk *bchunk;
492 #endif
493     SLGlobalData *slgd;
494     struct globaldata *gd;
495     int zi;
496 #ifdef INVARIANTS
497     int i;
498 #endif
499
500     logmemory_quick(malloc_beg);
501     gd = mycpu;
502     slgd = &gd->gd_slab;
503
504     /*
505      * XXX silly to have this in the critical path.
506      */
507     if (type->ks_limit == 0) {
508         crit_enter();
509         if (type->ks_limit == 0)
510             malloc_init(type);
511         crit_exit();
512     }
513     ++type->ks_calls;
514
515     /*
516      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
517      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
518      * simply deadlock the computer.
519      *
520      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
521      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
522      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
523      */
524     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
525         int i;
526         long ttl;
527
528         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
529             ttl += type->ks_memuse[i];
530         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
531         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
532                 ttl = 0;
533         if (ttl >= type->ks_limit) {
534             if (flags & M_NULLOK) {
535                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
536                 return(NULL);
537             }
538             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
539         }
540     }
541
542     /*
543      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
544      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
545      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
546      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
547      * also realloc() later on.  Joy.
548      */
549     if (size == 0) {
550         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
551         return(ZERO_LENGTH_PTR);
552     }
553
554     /*
555      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
556      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
557      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
558      *
559      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
560      *       might race another cpu allocating the kva and setting
561      *       ku_pagecnt.
562      */
563     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
564         crit_enter();
565         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
566             int *kup;
567
568             z = slgd->FreeZones;
569             slgd->FreeZones = z->z_Next;
570             --slgd->NFreeZones;
571             kup = btokup(z);
572             *kup = 0;
573             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
574             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -(int)ZoneSize / 1024);
575         }
576         crit_exit();
577     }
578
579     /*
580      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
581      */
582     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
583         crit_enter();
584         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
585             vm_size_t tsize;
586
587             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
588             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
589             tsize = z->z_ChunkSize;
590             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
591             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
592         }
593         crit_exit();
594     }
595
596     /*
597      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
598      * these so performance is not a big issue.
599      *
600      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
601      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
602      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
603      */
604     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
605         int *kup;
606
607         size = round_page(size);
608         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
609         if (chunk == NULL) {
610             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
611             return(NULL);
612         }
613         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
614         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
615         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
616         kup = btokup(chunk);
617         *kup = size / PAGE_SIZE;
618         crit_enter();
619         goto done;
620     }
621
622     /*
623      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
624      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
625      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
626      * (we might have thousands of zones in the list).
627      *
628      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
629      */
630     zi = zoneindex(&size);
631     KKASSERT(zi < NZONES);
632     crit_enter();
633
634     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
635         /*
636          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
637          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
638          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
639          * the ZoneAry.
640          */
641         if (--z->z_NFree <= 0) {
642             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
643
644 #ifdef SMP
645             /*
646              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
647              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
648              * it is ok if more accumulate after we're done.
649              *
650              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
651              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
652              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
653              * their IPI signaling.
654              */
655             if (z->z_RChunks == NULL)
656                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
657
658             while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
659                 cpu_ccfence();
660                 if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
661                     *z->z_LChunksp = bchunk;
662                     while (bchunk) {
663                         chunk_mark_free(z, bchunk);
664                         z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
665                         bchunk = bchunk->c_Next;
666                         ++z->z_NFree;
667                     }
668                     break;
669                 }
670             }
671 #endif
672             /*
673              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
674              * Clear RSignal
675              */
676             if (z->z_NFree == 0) {
677                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
678                 z->z_Next = NULL;
679             } else {
680                 z->z_RSignal = 0;
681             }
682         }
683
684         /*
685          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
686          */
687         chunk = z->z_LChunks;
688         if (chunk) {
689                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
690                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
691                 if (z->z_LChunks == NULL)
692                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
693 #ifdef SLAB_DEBUG
694                 slab_record_source(z, file, line);
695 #endif
696                 goto done;
697         }
698
699         /*
700          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
701          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
702          *
703          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
704          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
705          */
706         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
707             ++z->z_UIndex;
708         else
709             z->z_UIndex = 0;
710
711         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
712             panic("slaballoc: corrupted zone");
713
714         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
715         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
716             flags &= ~M_ZERO;
717             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
718         }
719         chunk_mark_allocated(z, chunk);
720 #ifdef SLAB_DEBUG
721         slab_record_source(z, file, line);
722 #endif
723         goto done;
724     }
725
726     /*
727      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
728      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
729      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
730      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
731      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
732      *
733      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
734      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
735      * adjusting the base offset below.
736      */
737     {
738         int off;
739         int *kup;
740
741         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
742             slgd->FreeZones = z->z_Next;
743             --slgd->NFreeZones;
744             bzero(z, sizeof(SLZone));
745             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
746         } else {
747             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
748             if (z == NULL)
749                 goto fail;
750             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, (int)ZoneSize / 1024);
751         }
752
753         /*
754          * How big is the base structure?
755          */
756 #if defined(INVARIANTS)
757         /*
758          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
759          * complicated so don't make an exact calculation.
760          */
761         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
762         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
763 #else
764         off = sizeof(SLZone);
765 #endif
766
767         /*
768          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
769          * Otherwise just 8-byte align the data.
770          */
771         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
772             off = (off + size - 1) & ~(size - 1);
773         else
774             off = (off + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
775         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
776         z->z_ZoneIndex = zi;
777         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
778         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
779         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
780         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
781         z->z_ChunkSize = size;
782         z->z_CpuGd = gd;
783         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
784         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
785 #ifdef SLAB_DEBUG
786         bcopy(z->z_Sources, z->z_AltSources, sizeof(z->z_Sources));
787         bzero(z->z_Sources, sizeof(z->z_Sources));
788 #endif
789         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
790         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
791         slgd->ZoneAry[zi] = z;
792         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
793             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
794             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
795         }
796         kup = btokup(z);
797         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
798         chunk_mark_allocated(z, chunk);
799 #ifdef SLAB_DEBUG
800         slab_record_source(z, file, line);
801 #endif
802
803         /*
804          * Slide the base index for initial allocations out of the next
805          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
806          * cpu memory caches.
807          */
808         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
809                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
810     }
811
812 done:
813     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
814     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
815     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
816     crit_exit();
817
818     if (flags & M_ZERO)
819         bzero(chunk, size);
820 #ifdef INVARIANTS
821     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
822         if (use_malloc_pattern) {
823             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
824                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
825             }
826         }
827         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
828     }
829 #endif
830     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
831     return(chunk);
832 fail:
833     crit_exit();
834     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
835     return(NULL);
836 }
837
838 /*
839  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
840  *
841  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
842  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
843  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
844  */
845 #ifdef SLAB_DEBUG
846 void *
847 krealloc_debug(void *ptr, unsigned long size,
848                struct malloc_type *type, int flags,
849                const char *file, int line)
850 #else
851 void *
852 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
853 #endif
854 {
855     unsigned long osize;
856     SLZone *z;
857     void *nptr;
858     int *kup;
859
860     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
861
862     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
863         return(kmalloc_debug(size, type, flags, file, line));
864     if (size == 0) {
865         kfree(ptr, type);
866         return(NULL);
867     }
868
869     /*
870      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
871      * size be passed to free() instead of this nonsense.
872      */
873     kup = btokup(ptr);
874     if (*kup > 0) {
875         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
876         if (osize == round_page(size))
877             return(ptr);
878         if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
879             return(NULL);
880         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
881         kfree(ptr, type);
882         return(nptr);
883     }
884
885     /*
886      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
887      * using the same chunk size we do not have to do anything.
888      */
889     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
890     kup = btokup(z);
891     KKASSERT(*kup < 0);
892     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
893
894     /*
895      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
896      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
897      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
898      *
899      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
900      * necessary align the result.
901      *
902      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
903      * size is not too large.
904      */
905     if (size < ZoneLimit) {
906         zoneindex(&size);
907         if (z->z_ChunkSize == size)
908             return(ptr);
909     }
910     if ((nptr = kmalloc_debug(size, type, flags, file, line)) == NULL)
911         return(NULL);
912     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
913     kfree(ptr, type);
914     return(nptr);
915 }
916
917 /*
918  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
919  */
920 long
921 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
922 {
923     if (type->ks_limit == 0) {
924         crit_enter();
925         if (type->ks_limit == 0)
926             malloc_init(type);
927         crit_exit();
928     }
929     return(type->ks_limit);
930 }
931
932 /*
933  * Allocate a copy of the specified string.
934  *
935  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
936  */
937 #ifdef SLAB_DEBUG
938 char *
939 kstrdup_debug(const char *str, struct malloc_type *type,
940               const char *file, int line)
941 #else
942 char *
943 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
944 #endif
945 {
946     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
947     char *nstr;
948
949     if (str == NULL)
950         return(NULL);
951     zlen = strlen(str) + 1;
952     nstr = kmalloc_debug(zlen, type, M_WAITOK, file, line);
953     bcopy(str, nstr, zlen);
954     return(nstr);
955 }
956
957 #ifdef SMP
958 /*
959  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
960  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
961  * that it really is.
962  */
963 static
964 void
965 kfree_remote(void *ptr)
966 {
967     SLGlobalData *slgd;
968     SLChunk *bchunk;
969     SLZone *z;
970     int nfree;
971     int *kup;
972
973     slgd = &mycpu->gd_slab;
974     z = ptr;
975     kup = btokup(z);
976     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
977     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
978     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
979
980     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0, 0);
981     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
982     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
983     nfree = z->z_NFree;
984
985     /*
986      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
987      * clearing RSignal.
988      */
989     if (z->z_RChunks)
990         z->z_RSignal = 0;
991
992     /*
993      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
994      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
995      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
996      * cache mastership of the related data (not that it helps since
997      * we are using c_Next).
998      */
999     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
1000         cpu_ccfence();
1001         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
1002             *z->z_LChunksp = bchunk;
1003             while (bchunk) {
1004                     chunk_mark_free(z, bchunk);
1005                     z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
1006                     bchunk = bchunk->c_Next;
1007                     ++z->z_NFree;
1008             }
1009             break;
1010         }
1011     }
1012     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
1013         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1014         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1015     }
1016
1017     /*
1018      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1019      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1020      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1021      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1022      *
1023      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
1024      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
1025      * zone.
1026      */
1027     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
1028         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1029         z->z_RCount == 0
1030     ) {
1031         SLZone **pz;
1032         int *kup;
1033
1034         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1035              z != *pz;
1036              pz = &(*pz)->z_Next) {
1037             ;
1038         }
1039         *pz = z->z_Next;
1040         z->z_Magic = -1;
1041         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1042         slgd->FreeZones = z;
1043         ++slgd->NFreeZones;
1044         kup = btokup(z);
1045         *kup = 0;
1046     }
1047     logmemory(free_rem_end, z, bchunk, 0, 0);
1048 }
1049
1050 #endif
1051
1052 /*
1053  * free (SLAB ALLOCATOR)
1054  *
1055  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1056  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1057  * checking memory limits in malloc.
1058  *
1059  * MPSAFE
1060  */
1061 void
1062 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1063 {
1064     SLZone *z;
1065     SLChunk *chunk;
1066     SLGlobalData *slgd;
1067     struct globaldata *gd;
1068     int *kup;
1069     unsigned long size;
1070 #ifdef SMP
1071     SLChunk *bchunk;
1072     int rsignal;
1073 #endif
1074
1075     logmemory_quick(free_beg);
1076     gd = mycpu;
1077     slgd = &gd->gd_slab;
1078
1079     if (ptr == NULL)
1080         panic("trying to free NULL pointer");
1081
1082     /*
1083      * Handle special 0-byte allocations
1084      */
1085     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1086         logmemory(free_zero, ptr, type, -1, 0);
1087         logmemory_quick(free_end);
1088         return;
1089     }
1090
1091     /*
1092      * Panic on bad malloc type
1093      */
1094     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1095         panic("free: malloc type lacks magic");
1096
1097     /*
1098      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1099      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1100      *
1101      * This code is never called via an ipi.
1102      */
1103     kup = btokup(ptr);
1104     if (*kup > 0) {
1105         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1106         *kup = 0;
1107 #ifdef INVARIANTS
1108         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1109         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1110 #endif
1111         /*
1112          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1113          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1114          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1115          *
1116          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1117          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1118          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1119          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1120          */
1121         crit_enter();
1122         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1123         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1124         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1125             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1126         {
1127             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1128             z = (SLZone *)ptr;
1129             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1130             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1131             z->z_ChunkSize = size;
1132             slgd->FreeOvZones = z;
1133             crit_exit();
1134         } else {
1135             crit_exit();
1136             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1137             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1138             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1139         }
1140         logmemory_quick(free_end);
1141         return;
1142     }
1143
1144     /*
1145      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1146      * ZoneSize aligned. 
1147      */
1148     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1149     kup = btokup(z);
1150     KKASSERT(*kup < 0);
1151     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1152
1153     /*
1154      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1155      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1156      * passive message.
1157      *
1158      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1159      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1160      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1161      *
1162      * (no critical section needed)
1163      */
1164     if (z->z_CpuGd != gd) {
1165 #ifdef SMP
1166         /*
1167          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1168          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1169          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1170          * sum up properly and cancel out.
1171          */
1172         crit_enter();
1173         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1174         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1175         crit_exit();
1176
1177         /*
1178          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1179          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1180          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1181          *
1182          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1183          *          ripped out.
1184          */
1185         rsignal = z->z_RSignal;
1186         cpu_lfence();
1187         if (rsignal)
1188                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1189
1190         chunk = ptr;
1191         for (;;) {
1192             bchunk = z->z_RChunks;
1193             cpu_ccfence();
1194             chunk->c_Next = bchunk;
1195             cpu_sfence();
1196
1197             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1198                 break;
1199         }
1200
1201         /*
1202          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1203          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1204          * move the zone back on.
1205          *
1206          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1207          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1208          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1209          * virtually no IPI traffic.
1210          *
1211          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1212          */
1213         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1214             logmemory(free_request, ptr, type, z->z_ChunkSize, 0);
1215             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1216             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1217         } else if (rsignal) {
1218             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1219             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1220         }
1221 #else
1222         panic("Corrupt SLZone");
1223 #endif
1224         logmemory_quick(free_end);
1225         return;
1226     }
1227
1228     /*
1229      * kfree locally
1230      */
1231     logmemory(free_chunk, ptr, type, z->z_ChunkSize, 0);
1232
1233     crit_enter();
1234     chunk = ptr;
1235     chunk_mark_free(z, chunk);
1236
1237     /*
1238      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1239      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1240      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1241      */
1242 #ifdef INVARIANTS
1243     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1244         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1245     else
1246         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1247 #endif
1248
1249     /*
1250      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1251      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1252      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1253      */
1254 #ifdef INVARIANTS
1255     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1256         panic("BADFREE %p", chunk);
1257 #endif
1258     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1259     z->z_LChunks = chunk;
1260     if (chunk->c_Next == NULL)
1261             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1262
1263 #ifdef INVARIANTS
1264     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1265         panic("BADFREE2");
1266 #endif
1267
1268     /*
1269      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1270      * must be added back onto the appropriate list.
1271      */
1272     if (z->z_NFree++ == 0) {
1273         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1274         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1275     }
1276
1277     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1278     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1279
1280     /*
1281      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1282      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1283      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1284      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1285      */
1286     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
1287         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1288         z->z_RCount == 0
1289     ) {
1290         SLZone **pz;
1291         int *kup;
1292
1293         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
1294             ;
1295         *pz = z->z_Next;
1296         z->z_Magic = -1;
1297         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1298         slgd->FreeZones = z;
1299         ++slgd->NFreeZones;
1300         kup = btokup(z);
1301         *kup = 0;
1302     }
1303     logmemory_quick(free_end);
1304     crit_exit();
1305 }
1306
1307 #if defined(INVARIANTS)
1308
1309 /*
1310  * Helper routines for sanity checks
1311  */
1312 static
1313 void
1314 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1315 {
1316     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1317     __uint32_t *bitptr;
1318
1319     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1320     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1321             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1322     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1323     bitdex &= 31;
1324     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1325             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1326     *bitptr |= 1 << bitdex;
1327 }
1328
1329 static
1330 void
1331 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1332 {
1333     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1334     __uint32_t *bitptr;
1335
1336     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1337     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1338             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1339     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1340     bitdex &= 31;
1341     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1342             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1343     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1344 }
1345
1346 #endif
1347
1348 /*
1349  * kmem_slab_alloc()
1350  *
1351  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1352  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1353  *
1354  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1355  *
1356  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1357  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1358  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1359  *      after the new space is made available.
1360  *
1361  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1362  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1363  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1364  *      it is free to use PQ_CACHE pages.
1365  */
1366 static void *
1367 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1368 {
1369     vm_size_t i;
1370     vm_offset_t addr;
1371     int count, vmflags, base_vmflags;
1372     vm_page_t mp[ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE / PAGE_SIZE];
1373     thread_t td;
1374
1375     size = round_page(size);
1376     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1377
1378     /*
1379      * Reserve properly aligned space from kernel_map.  RNOWAIT allocations
1380      * cannot block.
1381      */
1382     if (flags & M_RNOWAIT) {
1383         if (lwkt_trytoken(&vm_token) == 0)
1384             return(NULL);
1385     } else {
1386         lwkt_gettoken(&vm_token);
1387     }
1388     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1389     crit_enter();
1390     vm_map_lock(&kernel_map);
1391     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1392         vm_map_unlock(&kernel_map);
1393         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1394             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1395         vm_map_entry_release(count);
1396         crit_exit();
1397         lwkt_reltoken(&vm_token);
1398         return(NULL);
1399     }
1400
1401     /*
1402      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1403      */
1404     vm_object_reference(&kernel_object);
1405     vm_map_insert(&kernel_map, &count, 
1406                     &kernel_object, addr, addr, addr + size,
1407                     VM_MAPTYPE_NORMAL,
1408                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1409                     0);
1410
1411     td = curthread;
1412
1413     base_vmflags = 0;
1414     if (flags & M_ZERO)
1415         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1416     if (flags & M_USE_RESERVE)
1417         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1418     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1419         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1420     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1421         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1422               flags, ((int **)&size)[-1]);
1423     }
1424
1425
1426     /*
1427      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
1428      */
1429     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1430         vm_page_t m;
1431
1432         /*
1433          * VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1434          *
1435          * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1436          * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1437          * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1438          * do that.
1439          */
1440         vmflags = base_vmflags;
1441         if (flags & M_WAITOK) {
1442             if (td->td_preempted)
1443                 vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1444             else
1445                 vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1446         }
1447
1448         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1449         if (i / PAGE_SIZE < NELEM(mp))
1450                 mp[i / PAGE_SIZE] = m;
1451
1452         /*
1453          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1454          *
1455          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1456          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1457          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1458          * will not be preempting anyone the second time around after the
1459          * yield.
1460          */
1461         if (m == NULL) {
1462             if (flags & M_WAITOK) {
1463                 if (td->td_preempted) {
1464                     vm_map_unlock(&kernel_map);
1465                     lwkt_switch();
1466                     vm_map_lock(&kernel_map);
1467                 } else {
1468                     vm_map_unlock(&kernel_map);
1469                     vm_wait(0);
1470                     vm_map_lock(&kernel_map);
1471                 }
1472                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1473                 continue;
1474             }
1475
1476             /*
1477              * We were unable to recover, cleanup and return NULL
1478              *
1479              * (vm_token already held)
1480              */
1481             while (i != 0) {
1482                 i -= PAGE_SIZE;
1483                 m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1484                 /* page should already be busy */
1485                 vm_page_free(m);
1486             }
1487             vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1488             vm_map_unlock(&kernel_map);
1489             vm_map_entry_release(count);
1490             crit_exit();
1491             lwkt_reltoken(&vm_token);
1492             return(NULL);
1493         }
1494     }
1495
1496     /*
1497      * Success!
1498      *
1499      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
1500      * populate the underlying pages.
1501      *
1502      * The pages were busied by the allocations above.
1503      */
1504     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1505     crit_exit();
1506
1507     /*
1508      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1509      */
1510     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1511         vm_page_t m;
1512
1513         if (i / PAGE_SIZE < NELEM(mp))
1514            m = mp[i / PAGE_SIZE];
1515         else 
1516            m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1517         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1518         /* page should already be busy */
1519         vm_page_wire(m);
1520         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
1521         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1522             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1523         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1524         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1525         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1526         vm_page_wakeup(m);
1527     }
1528     vm_map_unlock(&kernel_map);
1529     vm_map_entry_release(count);
1530     lwkt_reltoken(&vm_token);
1531     return((void *)addr);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * kmem_slab_free()
1536  */
1537 static void
1538 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1539 {
1540     crit_enter();
1541     lwkt_gettoken(&vm_token);
1542     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1543     lwkt_reltoken(&vm_token);
1544     crit_exit();
1545 }
1546