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 1.12 2003/10/19 18:18:50 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         kup = btokup(chunk);
 434         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
 435         kup->ku_cpu = gd->gd_cpuid;
 436         crit_enter();
 437         goto done;
 438     }
 439
 440     /*
 441      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
 442      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
 443      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
 444      * (we might have thousands of zones in the list).
 445      *
 446      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
 447      */
 448     zi = zoneindex(&size);
 449     KKASSERT(zi < NZONES);
 450     crit_enter();
 451     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
 452         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
 453
 454         /*
 455          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
 456          */
 457         if (--z->z_NFree == 0) {
 458             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
 459             z->z_Next = NULL;
 460         }
 461
 462         /*
 463          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
 464          * reallocations into earlier pages without us having to sort
 465          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
 466          */
 467         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
 468             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
 469 #ifdef DIAGNOSTIC
 470                 /*
 471                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
 472                  */
 473                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
 474                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
 475                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
 476 #endif
 477 #ifdef INVARIANTS
 478                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 479                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 480                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 481                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 482 #endif
 483                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
 484                 goto done;
 485             }
 486             ++z->z_FirstFreePg;
 487         }
 488
 489         /*
 490          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
 491          * it must be available in the never-before-used-memory area
 492          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
 493          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
 494          */
 495         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
 496             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
 497         else
 498             z->z_UIndex = 0;
 499         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
 500             panic("slaballoc: corrupted zone");
 501         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 502         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 503             flags &= ~M_ZERO;
 504         goto done;
 505     }
 506
 507     /*
 508      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 509      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 510      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 511      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 512      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 513      *
 514      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 515      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 516      * adjusting the base offset below.
 517      */
 518     {
 519         int off;
 520
 521         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 522             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 523             --slgd->NFreeZones;
 524             bzero(z, sizeof(SLZone));
 525             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 526         } else {
 527             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 528             if (z == NULL)
 529                 goto fail;
 530         }
 531
 532         /*
 533          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 534          * Otherwise just 8-byte align the data.
 535          */
 536         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 537             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 538         else
 539             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 540         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 541         z->z_ZoneIndex = zi;
 542         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 543         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 544         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 545         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 546         z->z_ChunkSize = size;
 547         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 548         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
 549         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 550         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 551         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 552         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 553             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 554
 555         /*
 556          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 557          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 558          * cpu memory caches.
 559          */
 560         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 561                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 562     }
 563 done:
 564     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 565     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
 566     type->ks_loosememuse += size;
 567     crit_exit();
 568     if (flags & M_ZERO)
 569         bzero(chunk, size);
 570 #ifdef INVARIANTS
 571     else
 572         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
 573 #endif
 574     return(chunk);
 575 fail:
 576     crit_exit();
 577     return(NULL);
 578 }
 579
 580 void *
 581 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 582 {
 583     SLZone *z;
 584     void *nptr;
 585     unsigned long osize;
 586
 587     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 588         return(malloc(size, type, flags));
 589     if (size == 0) {
 590         free(ptr, type);
 591         return(NULL);
 592     }
 593
 594     /*
 595      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 596      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 597      */
 598     {
 599         struct kmemusage *kup;
 600
 601         kup = btokup(ptr);
 602         if (kup->ku_pagecnt) {
 603             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 604             if (osize == round_page(size))
 605                 return(ptr);
 606             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 607                 return(NULL);
 608             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 609             free(ptr, type);
 610             return(nptr);
 611         }
 612     }
 613
 614     /*
 615      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 616      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 617      */
 618     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 619     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 620
 621     zoneindex(&size);
 622     if (z->z_ChunkSize == size)
 623         return(ptr);
 624
 625     /*
 626      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 627      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 628      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 629      */
 630     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 631         return(NULL);
 632     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 633     free(ptr, type);
 634     return(nptr);
 635 }
 636
 637 #ifdef SMP
 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 #endif
 651
 652 void
 653 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 654 {
 655     SLZone *z;
 656     SLChunk *chunk;
 657     SLGlobalData *slgd;
 658     struct globaldata *gd;
 659     int pgno;
 660
 661     gd = mycpu;
 662     slgd = &gd->gd_slab;
 663
 664     /*
 665      * Handle special 0-byte allocations
 666      */
 667     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 668         return;
 669
 670     /*
 671      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 672      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 673      *
 674      * This code is never called via an ipi.
 675      */
 676     {
 677         struct kmemusage *kup;
 678         unsigned long size;
 679
 680         kup = btokup(ptr);
 681         if (kup->ku_pagecnt) {
 682             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 683             kup->ku_pagecnt = 0;
 684 #ifdef INVARIANTS
 685             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 686             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 687 #endif
 688             /*
 689              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
 690              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
 691              */
 692             crit_enter();
 693             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 694             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
 695             if (mycpu->gd_intr_nesting_level) {
 696                 z = (SLZone *)ptr;
 697                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
 698                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
 699                 z->z_ChunkSize = size;
 700                 slgd->FreeOvZones = z;
 701                 crit_exit();
 702             } else {
 703                 crit_exit();
 704                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
 705             }
 706             return;
 707         }
 708     }
 709
 710     /*
 711      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 712      * ZoneSize aligned.
 713      */
 714     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 715     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 716
 717     /*
 718      * If we do not own the zone then forward the request to the
 719      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 720      * unless DIAGNOSTIC is set.
 721      */
 722     if (z->z_Cpu != gd->gd_cpuid) {
 723         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 724 #ifdef SMP
 725         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 726 #else
 727         panic("Corrupt SLZone");
 728 #endif
 729         return;
 730     }
 731
 732     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 733         panic("free: malloc type lacks magic");
 734
 735     crit_enter();
 736     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 737     chunk = ptr;
 738
 739 #ifdef INVARIANTS
 740     /*
 741      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
 742      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
 743      */
 744     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 745         SLChunk *scan;
 746         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 747             if (scan == chunk)
 748                 panic("Double free at %p", chunk);
 749         }
 750     }
 751 #endif
 752
 753     /*
 754      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 755      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 756      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 757      */
 758 #ifdef INVARIANTS
 759     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 760         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 761     else
 762         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 763 #endif
 764
 765     /*
 766      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 767      * z_FirstFreePg.
 768      */
 769 #ifdef INVARIANTS
 770     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 771         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 772 #endif
 773     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 774     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 775 #ifdef INVARIANTS
 776     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 777         panic("BADFREE2");
 778 #endif
 779     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 780         z->z_FirstFreePg = pgno;
 781
 782     /*
 783      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 784      * must be added back onto the appropriate list.
 785      */
 786     if (z->z_NFree++ == 0) {
 787         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 788         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 789     }
 790
 791     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
 792     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
 793
 794     /*
 795      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 796      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
 797      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
 798      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
 799      */
 800     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 801         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 802     ) {
 803         SLZone **pz;
 804
 805         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 806             ;
 807         *pz = z->z_Next;
 808         z->z_Magic = -1;
 809         z->z_Next = slgd->FreeZones;
 810         slgd->FreeZones = z;
 811         ++slgd->NFreeZones;
 812     }
 813     crit_exit();
 814 }
 815
 816 /*
 817  * kmem_slab_alloc()
 818  *
 819  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 820  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 821  *
 822  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 823  *
 824  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 825  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 826  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 827  *      after the new space is made available.
 828  */
 829 static void *
 830 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 831 {
 832     vm_size_t i;
 833     vm_offset_t addr;
 834     vm_offset_t offset;
 835     int count;
 836     vm_map_t map = kernel_map;
 837
 838     size = round_page(size);
 839     addr = vm_map_min(map);
 840
 841     /*
 842      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 843      */
 844     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 845     crit_enter();
 846     vm_map_lock(map);
 847     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 848         vm_map_unlock(map);
 849         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 850             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 851         crit_exit();
 852         vm_map_entry_release(count);
 853         return(NULL);
 854     }
 855     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 856     vm_object_reference(kernel_object);
 857     vm_map_insert(map, &count,
 858                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 859                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 860
 861     /*
 862      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 863      */
 864     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 865         vm_page_t m;
 866         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 867         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 868
 869         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 870             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 871         else
 872             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 873         if (m == NULL) {
 874             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 875                 vm_map_unlock(map);
 876                 vm_wait();
 877                 vm_map_lock(map);
 878                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 879                 continue;
 880             }
 881             while (i != 0) {
 882                 i -= PAGE_SIZE;
 883                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 884                 vm_page_free(m);
 885             }
 886             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 887             vm_map_unlock(map);
 888             crit_exit();
 889             vm_map_entry_release(count);
 890             return(NULL);
 891         }
 892     }
 893
 894     /*
 895      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 896      * populate the underlying pages.
 897      */
 898     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 899     crit_exit();
 900
 901     /*
 902      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 903      */
 904     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 905         vm_page_t m;
 906
 907         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 908         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 909         vm_page_wire(m);
 910         vm_page_wakeup(m);
 911         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 912         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 913             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 914         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 915         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 916     }
 917     vm_map_unlock(map);
 918     vm_map_entry_release(count);
 919     return((void *)addr);
 920 }
 921
 922 static void
 923 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 924 {
 925     crit_enter();
 926     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 927     crit_exit();
 928 }
 929