Merge branch 'master' of git://git.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  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_slaballoc.c,v 1.55 2008/10/22 01:42:17 dillon Exp $
39  *
40  * This module implements a slab allocator drop-in replacement for the
41  * kernel malloc().
42  *
43  * A slab allocator reserves a ZONE for each chunk size, then lays the
44  * chunks out in an array within the zone.  Allocation and deallocation
45  * is nearly instantanious, and fragmentation/overhead losses are limited
46  * to a fixed worst-case amount.
47  *
48  * The downside of this slab implementation is in the chunk size
49  * multiplied by the number of zones.  ~80 zones * 128K = 10MB of VM per cpu.
50  * In a kernel implementation all this memory will be physical so
51  * the zone size is adjusted downward on machines with less physical
52  * memory.  The upside is that overhead is bounded... this is the *worst*
53  * case overhead.
54  *
55  * Slab management is done on a per-cpu basis and no locking or mutexes
56  * are required, only a critical section.  When one cpu frees memory
57  * belonging to another cpu's slab manager an asynchronous IPI message
58  * will be queued to execute the operation.   In addition, both the
59  * high level slab allocator and the low level zone allocator optimize
60  * M_ZERO requests, and the slab allocator does not have to pre initialize
61  * the linked list of chunks.
62  *
63  * XXX Balancing is needed between cpus.  Balance will be handled through
64  * asynchronous IPIs primarily by reassigning the z_Cpu ownership of chunks.
65  *
66  * XXX If we have to allocate a new zone and M_USE_RESERVE is set, use of
67  * the new zone should be restricted to M_USE_RESERVE requests only.
68  *
69  *      Alloc Size      Chunking        Number of zones
70  *      0-127           8               16
71  *      128-255         16              8
72  *      256-511         32              8
73  *      512-1023        64              8
74  *      1024-2047       128             8
75  *      2048-4095       256             8
76  *      4096-8191       512             8
77  *      8192-16383      1024            8
78  *      16384-32767     2048            8
79  *      (if PAGE_SIZE is 4K the maximum zone allocation is 16383)
80  *
81  *      Allocations >= ZoneLimit go directly to kmem.
82  *
83  *                      API REQUIREMENTS AND SIDE EFFECTS
84  *
85  *    To operate as a drop-in replacement to the FreeBSD-4.x malloc() we
86  *    have remained compatible with the following API requirements:
87  *
88  *    + small power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (kern_tty)
89  *    + all power-of-2 sized allocations are power-of-2 aligned (twe)
90  *    + malloc(0) is allowed and returns non-NULL (ahc driver)
91  *    + ability to allocate arbitrarily large chunks of memory
92  */
93
94 #include "opt_vm.h"
95
96 #include <sys/param.h>
97 #include <sys/systm.h>
98 #include <sys/kernel.h>
99 #include <sys/slaballoc.h>
100 #include <sys/mbuf.h>
101 #include <sys/vmmeter.h>
102 #include <sys/lock.h>
103 #include <sys/thread.h>
104 #include <sys/globaldata.h>
105 #include <sys/sysctl.h>
106 #include <sys/ktr.h>
107
108 #include <vm/vm.h>
109 #include <vm/vm_param.h>
110 #include <vm/vm_kern.h>
111 #include <vm/vm_extern.h>
112 #include <vm/vm_object.h>
113 #include <vm/pmap.h>
114 #include <vm/vm_map.h>
115 #include <vm/vm_page.h>
116 #include <vm/vm_pageout.h>
117
118 #include <machine/cpu.h>
119
120 #include <sys/thread2.h>
121
122 #define arysize(ary)    (sizeof(ary)/sizeof((ary)[0]))
123
124 #define btokup(z)       (&pmap_kvtom((vm_offset_t)(z))->ku_pagecnt)
125
126 #define MEMORY_STRING   "ptr=%p type=%p size=%d flags=%04x"
127 #define MEMORY_ARG_SIZE (sizeof(void *) * 2 + sizeof(unsigned long) +   \
128                         sizeof(int))
129
130 #if !defined(KTR_MEMORY)
131 #define KTR_MEMORY      KTR_ALL
132 #endif
133 KTR_INFO_MASTER(memory);
134 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_beg, 0, "malloc begin", 0);
135 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, malloc_end, 1, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
136 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_zero, 2, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
137 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz, 3, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
138 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_ovsz_delayed, 4, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
139 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_chunk, 5, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
140 #ifdef SMP
141 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_request, 6, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
142 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_beg, 7, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
143 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_rem_end, 8, MEMORY_STRING, MEMORY_ARG_SIZE);
144 #endif
145 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_beg, 9, "free begin", 0);
146 KTR_INFO(KTR_MEMORY, memory, free_end, 10, "free end", 0);
147
148 #define logmemory(name, ptr, type, size, flags)                         \
149         KTR_LOG(memory_ ## name, ptr, type, size, flags)
150 #define logmemory_quick(name)                                           \
151         KTR_LOG(memory_ ## name)
152
153 /*
154  * Fixed globals (not per-cpu)
155  */
156 static int ZoneSize;
157 static int ZoneLimit;
158 static int ZonePageCount;
159 static uintptr_t ZoneMask;
160 static int ZoneBigAlloc;                /* in KB */
161 static int ZoneGenAlloc;                /* in KB */
162 struct malloc_type *kmemstatistics;     /* exported to vmstat */
163 static int32_t weirdary[16];
164
165 static void *kmem_slab_alloc(vm_size_t bytes, vm_offset_t align, int flags);
166 static void kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t bytes);
167
168 #if defined(INVARIANTS)
169 static void chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk);
170 static void chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk);
171 #else
172 #define chunk_mark_allocated(z, chunk)
173 #define chunk_mark_free(z, chunk)
174 #endif
175
176 /*
177  * Misc constants.  Note that allocations that are exact multiples of 
178  * PAGE_SIZE, or exceed the zone limit, fall through to the kmem module.
179  * IN_SAME_PAGE_MASK is used to sanity-check the per-page free lists.
180  */
181 #define MIN_CHUNK_SIZE          8               /* in bytes */
182 #define MIN_CHUNK_MASK          (MIN_CHUNK_SIZE - 1)
183 #define ZONE_RELS_THRESH        2               /* threshold number of zones */
184 #define IN_SAME_PAGE_MASK       (~(intptr_t)PAGE_MASK | MIN_CHUNK_MASK)
185
186 /*
187  * The WEIRD_ADDR is used as known text to copy into free objects to
188  * try to create deterministic failure cases if the data is accessed after
189  * free.
190  */    
191 #define WEIRD_ADDR      0xdeadc0de
192 #define MAX_COPY        sizeof(weirdary)
193 #define ZERO_LENGTH_PTR ((void *)-8)
194
195 /*
196  * Misc global malloc buckets
197  */
198
199 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
200 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
201 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
202  
203 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
204 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
205
206 /*
207  * Initialize the slab memory allocator.  We have to choose a zone size based
208  * on available physical memory.  We choose a zone side which is approximately
209  * 1/1024th of our memory, so if we have 128MB of ram we have a zone size of
210  * 128K.  The zone size is limited to the bounds set in slaballoc.h
211  * (typically 32K min, 128K max). 
212  */
213 static void kmeminit(void *dummy);
214
215 char *ZeroPage;
216
217 SYSINIT(kmem, SI_BOOT1_ALLOCATOR, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL)
218
219 #ifdef INVARIANTS
220 /*
221  * If enabled any memory allocated without M_ZERO is initialized to -1.
222  */
223 static int  use_malloc_pattern;
224 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, use_malloc_pattern, CTLFLAG_RW,
225                 &use_malloc_pattern, 0, "");
226 #endif
227
228 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_big_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneBigAlloc, 0, "");
229 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, zone_gen_alloc, CTLFLAG_RD, &ZoneGenAlloc, 0, "");
230
231 static void
232 kmeminit(void *dummy)
233 {
234     size_t limsize;
235     int usesize;
236     int i;
237
238     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
239     if (limsize > KvaSize)
240         limsize = KvaSize;
241
242     usesize = (int)(limsize / 1024);    /* convert to KB */
243
244     ZoneSize = ZALLOC_MIN_ZONE_SIZE;
245     while (ZoneSize < ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE && (ZoneSize << 1) < usesize)
246         ZoneSize <<= 1;
247     ZoneLimit = ZoneSize / 4;
248     if (ZoneLimit > ZALLOC_ZONE_LIMIT)
249         ZoneLimit = ZALLOC_ZONE_LIMIT;
250     ZoneMask = ~(uintptr_t)(ZoneSize - 1);
251     ZonePageCount = ZoneSize / PAGE_SIZE;
252
253     for (i = 0; i < arysize(weirdary); ++i)
254         weirdary[i] = WEIRD_ADDR;
255
256     ZeroPage = kmem_slab_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, M_WAITOK|M_ZERO);
257
258     if (bootverbose)
259         kprintf("Slab ZoneSize set to %dKB\n", ZoneSize / 1024);
260 }
261
262 /*
263  * Initialize a malloc type tracking structure.
264  */
265 void
266 malloc_init(void *data)
267 {
268     struct malloc_type *type = data;
269     size_t limsize;
270
271     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
272         panic("malloc type lacks magic");
273                                            
274     if (type->ks_limit != 0)
275         return;
276
277     if (vmstats.v_page_count == 0)
278         panic("malloc_init not allowed before vm init");
279
280     limsize = (size_t)vmstats.v_page_count * PAGE_SIZE;
281     if (limsize > KvaSize)
282         limsize = KvaSize;
283     type->ks_limit = limsize / 10;
284
285     type->ks_next = kmemstatistics;
286     kmemstatistics = type;
287 }
288
289 void
290 malloc_uninit(void *data)
291 {
292     struct malloc_type *type = data;
293     struct malloc_type *t;
294 #ifdef INVARIANTS
295     int i;
296     long ttl;
297 #endif
298
299     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
300         panic("malloc type lacks magic");
301
302     if (vmstats.v_page_count == 0)
303         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
304
305     if (type->ks_limit == 0)
306         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
307
308 #ifdef SMP
309     /* Make sure that all pending kfree()s are finished. */
310     lwkt_synchronize_ipiqs("muninit");
311 #endif
312
313 #ifdef INVARIANTS
314     /*
315      * memuse is only correct in aggregation.  Due to memory being allocated
316      * on one cpu and freed on another individual array entries may be 
317      * negative or positive (canceling each other out).
318      */
319     for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
320         ttl += type->ks_memuse[i];
321     if (ttl) {
322         kprintf("malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
323             ttl, type->ks_shortdesc, i);
324     }
325 #endif
326     if (type == kmemstatistics) {
327         kmemstatistics = type->ks_next;
328     } else {
329         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
330             if (t->ks_next == type) {
331                 t->ks_next = type->ks_next;
332                 break;
333             }
334         }
335     }
336     type->ks_next = NULL;
337     type->ks_limit = 0;
338 }
339
340 /*
341  * Increase the kmalloc pool limit for the specified pool.  No changes
342  * are the made if the pool would shrink.
343  */
344 void
345 kmalloc_raise_limit(struct malloc_type *type, size_t bytes)
346 {
347     if (type->ks_limit == 0)
348         malloc_init(type);
349     if (bytes == 0)
350         bytes = KvaSize;
351     if (type->ks_limit < bytes)
352         type->ks_limit = bytes;
353 }
354
355 /*
356  * Dynamically create a malloc pool.  This function is a NOP if *typep is
357  * already non-NULL.
358  */
359 void
360 kmalloc_create(struct malloc_type **typep, const char *descr)
361 {
362         struct malloc_type *type;
363
364         if (*typep == NULL) {
365                 type = kmalloc(sizeof(*type), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
366                 type->ks_magic = M_MAGIC;
367                 type->ks_shortdesc = descr;
368                 malloc_init(type);
369                 *typep = type;
370         }
371 }
372
373 /*
374  * Destroy a dynamically created malloc pool.  This function is a NOP if
375  * the pool has already been destroyed.
376  */
377 void
378 kmalloc_destroy(struct malloc_type **typep)
379 {
380         if (*typep != NULL) {
381                 malloc_uninit(*typep);
382                 kfree(*typep, M_TEMP);
383                 *typep = NULL;
384         }
385 }
386
387 /*
388  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
389  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
390  */
391 static __inline int
392 zoneindex(unsigned long *bytes)
393 {
394     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
395     if (n < 128) {
396         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
397         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
398     }
399     if (n < 256) {
400         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
401         return(n / 16 + 7);
402     }
403     if (n < 8192) {
404         if (n < 512) {
405             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
406             return(n / 32 + 15);
407         }
408         if (n < 1024) {
409             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
410             return(n / 64 + 23);
411         } 
412         if (n < 2048) {
413             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
414             return(n / 128 + 31);
415         }
416         if (n < 4096) {
417             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
418             return(n / 256 + 39);
419         }
420         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
421         return(n / 512 + 47);
422     }
423 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
424     if (n < 16384) {
425         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
426         return(n / 1024 + 55);
427     }
428 #endif
429 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
430     if (n < 32768) {
431         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
432         return(n / 2048 + 63);
433     }
434 #endif
435     panic("Unexpected byte count %d", n);
436     return(0);
437 }
438
439 /*
440  * kmalloc()    (SLAB ALLOCATOR)
441  *
442  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
443  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
444  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
445  *      &SlabMisc if you don't care.
446  *
447  *      M_RNOWAIT       - don't block.
448  *      M_NULLOK        - return NULL instead of blocking.
449  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
450  *      M_USE_RESERVE   - allow greater drawdown of the free list
451  *      M_USE_INTERRUPT_RESERVE - allow the freelist to be exhausted
452  *
453  * MPSAFE
454  */
455 void *
456 kmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
457 {
458     SLZone *z;
459     SLChunk *chunk;
460 #ifdef SMP
461     SLChunk *bchunk;
462 #endif
463     SLGlobalData *slgd;
464     struct globaldata *gd;
465     int zi;
466 #ifdef INVARIANTS
467     int i;
468 #endif
469
470     logmemory_quick(malloc_beg);
471     gd = mycpu;
472     slgd = &gd->gd_slab;
473
474     /*
475      * XXX silly to have this in the critical path.
476      */
477     if (type->ks_limit == 0) {
478         crit_enter();
479         if (type->ks_limit == 0)
480             malloc_init(type);
481         crit_exit();
482     }
483     ++type->ks_calls;
484
485     /*
486      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if we can't return
487      * NULL.  The original malloc code looped, but this tended to
488      * simply deadlock the computer.
489      *
490      * ks_loosememuse is an up-only limit that is NOT MP-synchronized, used
491      * to determine if a more complete limit check should be done.  The
492      * actual memory use is tracked via ks_memuse[cpu].
493      */
494     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
495         int i;
496         long ttl;
497
498         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
499             ttl += type->ks_memuse[i];
500         type->ks_loosememuse = ttl;     /* not MP synchronized */
501         if ((ssize_t)ttl < 0)           /* deal with occassional race */
502                 ttl = 0;
503         if (ttl >= type->ks_limit) {
504             if (flags & M_NULLOK) {
505                 logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
506                 return(NULL);
507             }
508             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
509         }
510     }
511
512     /*
513      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
514      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
515      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
516      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
517      * also realloc() later on.  Joy.
518      */
519     if (size == 0) {
520         logmemory(malloc_end, ZERO_LENGTH_PTR, type, size, flags);
521         return(ZERO_LENGTH_PTR);
522     }
523
524     /*
525      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
526      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
527      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
528      *
529      * NOTE: ku_pagecnt must be cleared before we free the slab or we
530      *       might race another cpu allocating the kva and setting
531      *       ku_pagecnt.
532      */
533     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
534         crit_enter();
535         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
536             int *kup;
537
538             z = slgd->FreeZones;
539             slgd->FreeZones = z->z_Next;
540             --slgd->NFreeZones;
541             kup = btokup(z);
542             *kup = 0;
543             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
544             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, -(int)ZoneSize / 1024);
545         }
546         crit_exit();
547     }
548
549     /*
550      * XXX handle oversized frees that were queued from kfree().
551      */
552     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_RNOWAIT) == 0) {
553         crit_enter();
554         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
555             vm_size_t tsize;
556
557             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
558             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
559             tsize = z->z_ChunkSize;
560             kmem_slab_free(z, tsize);   /* may block */
561             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)tsize / 1024);
562         }
563         crit_exit();
564     }
565
566     /*
567      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
568      * these so performance is not a big issue.
569      *
570      * The backend allocator is pretty nasty on a SMP system.   Use the
571      * slab allocator for one and two page-sized chunks even though we lose
572      * some efficiency.  XXX maybe fix mmio and the elf loader instead.
573      */
574     if (size >= ZoneLimit || ((size & PAGE_MASK) == 0 && size > PAGE_SIZE*2)) {
575         int *kup;
576
577         size = round_page(size);
578         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
579         if (chunk == NULL) {
580             logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
581             return(NULL);
582         }
583         atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, (int)size / 1024);
584         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
585         flags |= M_PASSIVE_ZERO;
586         kup = btokup(chunk);
587         *kup = size / PAGE_SIZE;
588         crit_enter();
589         goto done;
590     }
591
592     /*
593      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
594      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
595      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
596      * (we might have thousands of zones in the list).
597      *
598      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
599      */
600     zi = zoneindex(&size);
601     KKASSERT(zi < NZONES);
602     crit_enter();
603
604     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
605         /*
606          * Locate a chunk - we have to have at least one.  If this is the
607          * last chunk go ahead and do the work to retrieve chunks freed
608          * from remote cpus, and if the zone is still empty move it off
609          * the ZoneAry.
610          */
611         if (--z->z_NFree <= 0) {
612             KKASSERT(z->z_NFree == 0);
613
614 #ifdef SMP
615             /*
616              * WARNING! This code competes with other cpus.  It is ok
617              * for us to not drain RChunks here but we might as well, and
618              * it is ok if more accumulate after we're done.
619              *
620              * Set RSignal before pulling rchunks off, indicating that we
621              * will be moving ourselves off of the ZoneAry.  Remote ends will
622              * read RSignal before putting rchunks on thus interlocking
623              * their IPI signaling.
624              */
625             if (z->z_RChunks == NULL)
626                 atomic_swap_int(&z->z_RSignal, 1);
627
628             while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
629                 cpu_ccfence();
630                 if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
631                     *z->z_LChunksp = bchunk;
632                     while (bchunk) {
633                         chunk_mark_free(z, bchunk);
634                         z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
635                         bchunk = bchunk->c_Next;
636                         ++z->z_NFree;
637                     }
638                     break;
639                 }
640             }
641 #endif
642             /*
643              * Remove from the zone list if no free chunks remain.
644              * Clear RSignal
645              */
646             if (z->z_NFree == 0) {
647                 slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
648                 z->z_Next = NULL;
649             } else {
650                 z->z_RSignal = 0;
651             }
652         }
653
654         /*
655          * Fast path, we have chunks available in z_LChunks.
656          */
657         chunk = z->z_LChunks;
658         if (chunk) {
659                 chunk_mark_allocated(z, chunk);
660                 z->z_LChunks = chunk->c_Next;
661                 if (z->z_LChunks == NULL)
662                         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
663                 goto done;
664         }
665
666         /*
667          * No chunks are available in LChunks, the free chunk MUST be
668          * in the never-before-used memory area, controlled by UIndex.
669          *
670          * The consequences are very serious if our zone got corrupted so
671          * we use an explicit panic rather than a KASSERT.
672          */
673         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
674             ++z->z_UIndex;
675         else
676             z->z_UIndex = 0;
677
678         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
679             panic("slaballoc: corrupted zone");
680
681         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
682         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
683             flags &= ~M_ZERO;
684             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
685         }
686         chunk_mark_allocated(z, chunk);
687         goto done;
688     }
689
690     /*
691      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
692      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
693      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
694      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
695      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
696      *
697      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
698      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
699      * adjusting the base offset below.
700      */
701     {
702         int off;
703         int *kup;
704
705         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
706             slgd->FreeZones = z->z_Next;
707             --slgd->NFreeZones;
708             bzero(z, sizeof(SLZone));
709             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
710         } else {
711             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
712             if (z == NULL)
713                 goto fail;
714             atomic_add_int(&ZoneGenAlloc, (int)ZoneSize / 1024);
715         }
716
717         /*
718          * How big is the base structure?
719          */
720 #if defined(INVARIANTS)
721         /*
722          * Make room for z_Bitmap.  An exact calculation is somewhat more
723          * complicated so don't make an exact calculation.
724          */
725         off = offsetof(SLZone, z_Bitmap[(ZoneSize / size + 31) / 32]);
726         bzero(z->z_Bitmap, (ZoneSize / size + 31) / 8);
727 #else
728         off = sizeof(SLZone);
729 #endif
730
731         /*
732          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
733          * Otherwise just 8-byte align the data.
734          */
735         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
736             off = (off + size - 1) & ~(size - 1);
737         else
738             off = (off + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
739         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
740         z->z_ZoneIndex = zi;
741         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
742         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
743         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
744         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
745         z->z_ChunkSize = size;
746         z->z_CpuGd = gd;
747         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
748         z->z_LChunksp = &z->z_LChunks;
749         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
750         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
751         slgd->ZoneAry[zi] = z;
752         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0) {
753             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
754             flags |= M_PASSIVE_ZERO;
755         }
756         kup = btokup(z);
757         *kup = -(z->z_Cpu + 1); /* -1 to -(N+1) */
758         chunk_mark_allocated(z, chunk);
759
760         /*
761          * Slide the base index for initial allocations out of the next
762          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
763          * cpu memory caches.
764          */
765         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
766                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
767     }
768
769 done:
770     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
771     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
772     type->ks_loosememuse += size;       /* not MP synchronized */
773     crit_exit();
774
775     if (flags & M_ZERO)
776         bzero(chunk, size);
777 #ifdef INVARIANTS
778     else if ((flags & (M_ZERO|M_PASSIVE_ZERO)) == 0) {
779         if (use_malloc_pattern) {
780             for (i = 0; i < size; i += sizeof(int)) {
781                 *(int *)((char *)chunk + i) = -1;
782             }
783         }
784         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
785     }
786 #endif
787     logmemory(malloc_end, chunk, type, size, flags);
788     return(chunk);
789 fail:
790     crit_exit();
791     logmemory(malloc_end, NULL, type, size, flags);
792     return(NULL);
793 }
794
795 /*
796  * kernel realloc.  (SLAB ALLOCATOR) (MP SAFE)
797  *
798  * Generally speaking this routine is not called very often and we do
799  * not attempt to optimize it beyond reusing the same pointer if the
800  * new size fits within the chunking of the old pointer's zone.
801  */
802 void *
803 krealloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
804 {
805     unsigned long osize;
806     SLZone *z;
807     void *nptr;
808     int *kup;
809
810     KKASSERT((flags & M_ZERO) == 0);    /* not supported */
811
812     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
813         return(kmalloc(size, type, flags));
814     if (size == 0) {
815         kfree(ptr, type);
816         return(NULL);
817     }
818
819     /*
820      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
821      * size be passed to free() instead of this nonsense.
822      */
823     kup = btokup(ptr);
824     if (*kup > 0) {
825         osize = *kup << PAGE_SHIFT;
826         if (osize == round_page(size))
827             return(ptr);
828         if ((nptr = kmalloc(size, type, flags)) == NULL)
829             return(NULL);
830         bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
831         kfree(ptr, type);
832         return(nptr);
833     }
834
835     /*
836      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
837      * using the same chunk size we do not have to do anything.
838      */
839     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
840     kup = btokup(z);
841     KKASSERT(*kup < 0);
842     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
843
844     /*
845      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
846      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
847      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
848      *
849      * Resizing a non-power-of-2 allocation to a power-of-2 size does not
850      * necessary align the result.
851      *
852      * We can only zoneindex (to align size to the chunk size) if the new
853      * size is not too large.
854      */
855     if (size < ZoneLimit) {
856         zoneindex(&size);
857         if (z->z_ChunkSize == size)
858             return(ptr);
859     }
860     if ((nptr = kmalloc(size, type, flags)) == NULL)
861         return(NULL);
862     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
863     kfree(ptr, type);
864     return(nptr);
865 }
866
867 /*
868  * Return the kmalloc limit for this type, in bytes.
869  */
870 long
871 kmalloc_limit(struct malloc_type *type)
872 {
873     if (type->ks_limit == 0) {
874         crit_enter();
875         if (type->ks_limit == 0)
876             malloc_init(type);
877         crit_exit();
878     }
879     return(type->ks_limit);
880 }
881
882 /*
883  * Allocate a copy of the specified string.
884  *
885  * (MP SAFE) (MAY BLOCK)
886  */
887 char *
888 kstrdup(const char *str, struct malloc_type *type)
889 {
890     int zlen;   /* length inclusive of terminating NUL */
891     char *nstr;
892
893     if (str == NULL)
894         return(NULL);
895     zlen = strlen(str) + 1;
896     nstr = kmalloc(zlen, type, M_WAITOK);
897     bcopy(str, nstr, zlen);
898     return(nstr);
899 }
900
901 #ifdef SMP
902 /*
903  * Notify our cpu that a remote cpu has freed some chunks in a zone that
904  * we own.  RCount will be bumped so the memory should be good, but validate
905  * that it really is.
906  */
907 static
908 void
909 kfree_remote(void *ptr)
910 {
911     SLGlobalData *slgd;
912     SLChunk *bchunk;
913     SLZone *z;
914     int nfree;
915     int *kup;
916
917     slgd = &mycpu->gd_slab;
918     z = ptr;
919     kup = btokup(z);
920     KKASSERT(*kup == -((int)mycpuid + 1));
921     KKASSERT(z->z_RCount > 0);
922     atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
923
924     logmemory(free_rem_beg, z, NULL, 0, 0);
925     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
926     KKASSERT(z->z_Cpu  == mycpu->gd_cpuid);
927     nfree = z->z_NFree;
928
929     /*
930      * Indicate that we will no longer be off of the ZoneAry by
931      * clearing RSignal.
932      */
933     if (z->z_RChunks)
934         z->z_RSignal = 0;
935
936     /*
937      * Atomically extract the bchunks list and then process it back
938      * into the lchunks list.  We want to append our bchunks to the
939      * lchunks list and not prepend since we likely do not have
940      * cache mastership of the related data (not that it helps since
941      * we are using c_Next).
942      */
943     while ((bchunk = z->z_RChunks) != NULL) {
944         cpu_ccfence();
945         if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, NULL)) {
946             *z->z_LChunksp = bchunk;
947             while (bchunk) {
948                     chunk_mark_free(z, bchunk);
949                     z->z_LChunksp = &bchunk->c_Next;
950                     bchunk = bchunk->c_Next;
951                     ++z->z_NFree;
952             }
953             break;
954         }
955     }
956     if (z->z_NFree && nfree == 0) {
957         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
958         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
959     }
960
961     /*
962      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
963      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
964      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
965      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
966      *
967      * Do not move the zone if there is an IPI inflight, otherwise MP
968      * races can result in our free_remote code accessing a destroyed
969      * zone.
970      */
971     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
972         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
973         z->z_RCount == 0
974     ) {
975         SLZone **pz;
976         int *kup;
977
978         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
979              z != *pz;
980              pz = &(*pz)->z_Next) {
981             ;
982         }
983         *pz = z->z_Next;
984         z->z_Magic = -1;
985         z->z_Next = slgd->FreeZones;
986         slgd->FreeZones = z;
987         ++slgd->NFreeZones;
988         kup = btokup(z);
989         *kup = 0;
990     }
991     logmemory(free_rem_end, z, bchunk, 0, 0);
992 }
993
994 #endif
995
996 /*
997  * free (SLAB ALLOCATOR)
998  *
999  * Free a memory block previously allocated by malloc.  Note that we do not
1000  * attempt to update ks_loosememuse as MP races could prevent us from
1001  * checking memory limits in malloc.
1002  *
1003  * MPSAFE
1004  */
1005 void
1006 kfree(void *ptr, struct malloc_type *type)
1007 {
1008     SLZone *z;
1009     SLChunk *chunk;
1010     SLGlobalData *slgd;
1011     struct globaldata *gd;
1012     int *kup;
1013     unsigned long size;
1014 #ifdef SMP
1015     SLChunk *bchunk;
1016     int rsignal;
1017 #endif
1018
1019     logmemory_quick(free_beg);
1020     gd = mycpu;
1021     slgd = &gd->gd_slab;
1022
1023     if (ptr == NULL)
1024         panic("trying to free NULL pointer");
1025
1026     /*
1027      * Handle special 0-byte allocations
1028      */
1029     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR) {
1030         logmemory(free_zero, ptr, type, -1, 0);
1031         logmemory_quick(free_end);
1032         return;
1033     }
1034
1035     /*
1036      * Panic on bad malloc type
1037      */
1038     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
1039         panic("free: malloc type lacks magic");
1040
1041     /*
1042      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
1043      * size be passed to free() instead of this nonsense.
1044      *
1045      * This code is never called via an ipi.
1046      */
1047     kup = btokup(ptr);
1048     if (*kup > 0) {
1049         size = *kup << PAGE_SHIFT;
1050         *kup = 0;
1051 #ifdef INVARIANTS
1052         KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
1053         bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
1054 #endif
1055         /*
1056          * NOTE: For oversized allocations we do not record the
1057          *           originating cpu.  It gets freed on the cpu calling
1058          *           kfree().  The statistics are in aggregate.
1059          *
1060          * note: XXX we have still inherited the interrupts-can't-block
1061          * assumption.  An interrupt thread does not bump
1062          * gd_intr_nesting_level so check TDF_INTTHREAD.  This is
1063          * primarily until we can fix softupdate's assumptions about free().
1064          */
1065         crit_enter();
1066         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1067         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
1068         if (mycpu->gd_intr_nesting_level ||
1069             (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD))
1070         {
1071             logmemory(free_ovsz_delayed, ptr, type, size, 0);
1072             z = (SLZone *)ptr;
1073             z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
1074             z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
1075             z->z_ChunkSize = size;
1076             slgd->FreeOvZones = z;
1077             crit_exit();
1078         } else {
1079             crit_exit();
1080             logmemory(free_ovsz, ptr, type, size, 0);
1081             kmem_slab_free(ptr, size);  /* may block */
1082             atomic_add_int(&ZoneBigAlloc, -(int)size / 1024);
1083         }
1084         logmemory_quick(free_end);
1085         return;
1086     }
1087
1088     /*
1089      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
1090      * ZoneSize aligned. 
1091      */
1092     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ZoneMask);
1093     kup = btokup(z);
1094     KKASSERT(*kup < 0);
1095     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
1096
1097     /*
1098      * If we do not own the zone then use atomic ops to free to the
1099      * remote cpu linked list and notify the target zone using a
1100      * passive message.
1101      *
1102      * The target zone cannot be deallocated while we own a chunk of it,
1103      * so the zone header's storage is stable until the very moment
1104      * we adjust z_RChunks.  After that we cannot safely dereference (z).
1105      *
1106      * (no critical section needed)
1107      */
1108     if (z->z_CpuGd != gd) {
1109 #ifdef SMP
1110         /*
1111          * Making these adjustments now allow us to avoid passing (type)
1112          * to the remote cpu.  Note that ks_inuse/ks_memuse is being
1113          * adjusted on OUR cpu, not the zone cpu, but it should all still
1114          * sum up properly and cancel out.
1115          */
1116         crit_enter();
1117         --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
1118         type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= z->z_ChunkSize;
1119         crit_exit();
1120
1121         /*
1122          * WARNING! This code competes with other cpus.  Once we
1123          *          successfully link the chunk to RChunks the remote
1124          *          cpu can rip z's storage out from under us.
1125          *
1126          *          Bumping RCount prevents z's storage from getting
1127          *          ripped out.
1128          */
1129         rsignal = z->z_RSignal;
1130         cpu_lfence();
1131         if (rsignal)
1132                 atomic_add_int(&z->z_RCount, 1);
1133
1134         chunk = ptr;
1135         for (;;) {
1136             bchunk = z->z_RChunks;
1137             cpu_ccfence();
1138             chunk->c_Next = bchunk;
1139             cpu_sfence();
1140
1141             if (atomic_cmpset_ptr(&z->z_RChunks, bchunk, chunk))
1142                 break;
1143         }
1144
1145         /*
1146          * We have to signal the remote cpu if our actions will cause
1147          * the remote zone to be placed back on ZoneAry so it can
1148          * move the zone back on.
1149          *
1150          * We only need to deal with NULL->non-NULL RChunk transitions
1151          * and only if z_RSignal is set.  We interlock by reading rsignal
1152          * before adding our chunk to RChunks.  This should result in
1153          * virtually no IPI traffic.
1154          *
1155          * We can use a passive IPI to reduce overhead even further.
1156          */
1157         if (bchunk == NULL && rsignal) {
1158             logmemory(free_request, ptr, type, z->z_ChunkSize, 0);
1159             lwkt_send_ipiq_passive(z->z_CpuGd, kfree_remote, z);
1160             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1161         } else if (rsignal) {
1162             atomic_subtract_int(&z->z_RCount, 1);
1163             /* z can get ripped out from under us from this point on */
1164         }
1165 #else
1166         panic("Corrupt SLZone");
1167 #endif
1168         logmemory_quick(free_end);
1169         return;
1170     }
1171
1172     /*
1173      * kfree locally
1174      */
1175     logmemory(free_chunk, ptr, type, z->z_ChunkSize, 0);
1176
1177     crit_enter();
1178     chunk = ptr;
1179     chunk_mark_free(z, chunk);
1180
1181     /*
1182      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
1183      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
1184      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
1185      */
1186 #ifdef INVARIANTS
1187     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
1188         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
1189     else
1190         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
1191 #endif
1192
1193     /*
1194      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse.  Add
1195      * to the front of the linked list so it is more likely to be
1196      * reallocated, since it is already in our L1 cache.
1197      */
1198 #ifdef INVARIANTS
1199     if ((vm_offset_t)chunk < KvaStart || (vm_offset_t)chunk >= KvaEnd)
1200         panic("BADFREE %p", chunk);
1201 #endif
1202     chunk->c_Next = z->z_LChunks;
1203     z->z_LChunks = chunk;
1204     if (chunk->c_Next == NULL)
1205             z->z_LChunksp = &chunk->c_Next;
1206
1207 #ifdef INVARIANTS
1208     if (chunk->c_Next && (vm_offset_t)chunk->c_Next < KvaStart)
1209         panic("BADFREE2");
1210 #endif
1211
1212     /*
1213      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
1214      * must be added back onto the appropriate list.
1215      */
1216     if (z->z_NFree++ == 0) {
1217         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
1218         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
1219     }
1220
1221     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
1222     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
1223
1224     /*
1225      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
1226      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
1227      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
1228      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
1229      */
1230     if (z->z_NFree == z->z_NMax && 
1231         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z) &&
1232         z->z_RCount == 0
1233     ) {
1234         SLZone **pz;
1235         int *kup;
1236
1237         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
1238             ;
1239         *pz = z->z_Next;
1240         z->z_Magic = -1;
1241         z->z_Next = slgd->FreeZones;
1242         slgd->FreeZones = z;
1243         ++slgd->NFreeZones;
1244         kup = btokup(z);
1245         *kup = 0;
1246     }
1247     logmemory_quick(free_end);
1248     crit_exit();
1249 }
1250
1251 #if defined(INVARIANTS)
1252
1253 /*
1254  * Helper routines for sanity checks
1255  */
1256 static
1257 void
1258 chunk_mark_allocated(SLZone *z, void *chunk)
1259 {
1260     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1261     __uint32_t *bitptr;
1262
1263     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1264     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1265             ("memory chunk %p bit index %d is illegal", chunk, bitdex));
1266     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1267     bitdex &= 31;
1268     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) == 0,
1269             ("memory chunk %p is already allocated!", chunk));
1270     *bitptr |= 1 << bitdex;
1271 }
1272
1273 static
1274 void
1275 chunk_mark_free(SLZone *z, void *chunk)
1276 {
1277     int bitdex = ((char *)chunk - (char *)z->z_BasePtr) / z->z_ChunkSize;
1278     __uint32_t *bitptr;
1279
1280     KKASSERT((((intptr_t)chunk ^ (intptr_t)z) & ZoneMask) == 0);
1281     KASSERT(bitdex >= 0 && bitdex < z->z_NMax,
1282             ("memory chunk %p bit index %d is illegal!", chunk, bitdex));
1283     bitptr = &z->z_Bitmap[bitdex >> 5];
1284     bitdex &= 31;
1285     KASSERT((*bitptr & (1 << bitdex)) != 0,
1286             ("memory chunk %p is already free!", chunk));
1287     *bitptr &= ~(1 << bitdex);
1288 }
1289
1290 #endif
1291
1292 /*
1293  * kmem_slab_alloc()
1294  *
1295  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
1296  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
1297  *
1298  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
1299  *
1300  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
1301  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
1302  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
1303  *      after the new space is made available.
1304  *
1305  *      Interrupt code which has preempted other code is not allowed to
1306  *      use PQ_CACHE pages.  However, if an interrupt thread is run
1307  *      non-preemptively or blocks and then runs non-preemptively, then
1308  *      it is free to use PQ_CACHE pages.
1309  */
1310 static void *
1311 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
1312 {
1313     vm_size_t i;
1314     vm_offset_t addr;
1315     int count, vmflags, base_vmflags;
1316     thread_t td;
1317
1318     size = round_page(size);
1319     addr = vm_map_min(&kernel_map);
1320
1321     /*
1322      * Reserve properly aligned space from kernel_map.  RNOWAIT allocations
1323      * cannot block.
1324      */
1325     if (flags & M_RNOWAIT) {
1326         if (lwkt_trytoken(&vm_token) == 0)
1327             return(NULL);
1328     } else {
1329         lwkt_gettoken(&vm_token);
1330     }
1331     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
1332     crit_enter();
1333     vm_map_lock(&kernel_map);
1334     if (vm_map_findspace(&kernel_map, addr, size, align, 0, &addr)) {
1335         vm_map_unlock(&kernel_map);
1336         if ((flags & M_NULLOK) == 0)
1337             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
1338         vm_map_entry_release(count);
1339         crit_exit();
1340         lwkt_reltoken(&vm_token);
1341         return(NULL);
1342     }
1343
1344     /*
1345      * kernel_object maps 1:1 to kernel_map.
1346      */
1347     vm_object_reference(&kernel_object);
1348     vm_map_insert(&kernel_map, &count, 
1349                     &kernel_object, addr, addr, addr + size,
1350                     VM_MAPTYPE_NORMAL,
1351                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL,
1352                     0);
1353
1354     td = curthread;
1355
1356     base_vmflags = 0;
1357     if (flags & M_ZERO)
1358         base_vmflags |= VM_ALLOC_ZERO;
1359     if (flags & M_USE_RESERVE)
1360         base_vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1361     if (flags & M_USE_INTERRUPT_RESERVE)
1362         base_vmflags |= VM_ALLOC_INTERRUPT;
1363     if ((flags & (M_RNOWAIT|M_WAITOK)) == 0) {
1364         panic("kmem_slab_alloc: bad flags %08x (%p)",
1365               flags, ((int **)&size)[-1]);
1366     }
1367
1368
1369     /*
1370      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
1371      */
1372     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1373         vm_page_t m;
1374
1375         /*
1376          * VM_ALLOC_NORMAL can only be set if we are not preempting.
1377          *
1378          * VM_ALLOC_SYSTEM is automatically set if we are preempting and
1379          * M_WAITOK was specified as an alternative (i.e. M_USE_RESERVE is
1380          * implied in this case), though I'm not sure if we really need to
1381          * do that.
1382          */
1383         vmflags = base_vmflags;
1384         if (flags & M_WAITOK) {
1385             if (td->td_preempted)
1386                 vmflags |= VM_ALLOC_SYSTEM;
1387             else
1388                 vmflags |= VM_ALLOC_NORMAL;
1389         }
1390
1391         m = vm_page_alloc(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i), vmflags);
1392
1393         /*
1394          * If the allocation failed we either return NULL or we retry.
1395          *
1396          * If M_WAITOK is specified we wait for more memory and retry.
1397          * If M_WAITOK is specified from a preemption we yield instead of
1398          * wait.  Livelock will not occur because the interrupt thread
1399          * will not be preempting anyone the second time around after the
1400          * yield.
1401          */
1402         if (m == NULL) {
1403             if (flags & M_WAITOK) {
1404                 if (td->td_preempted) {
1405                     vm_map_unlock(&kernel_map);
1406                     lwkt_switch();
1407                     vm_map_lock(&kernel_map);
1408                 } else {
1409                     vm_map_unlock(&kernel_map);
1410                     vm_wait(0);
1411                     vm_map_lock(&kernel_map);
1412                 }
1413                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
1414                 continue;
1415             }
1416
1417             /*
1418              * We were unable to recover, cleanup and return NULL
1419              *
1420              * (vm_token already held)
1421              */
1422             while (i != 0) {
1423                 i -= PAGE_SIZE;
1424                 m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1425                 /* page should already be busy */
1426                 vm_page_free(m);
1427             }
1428             vm_map_delete(&kernel_map, addr, addr + size, &count);
1429             vm_map_unlock(&kernel_map);
1430             vm_map_entry_release(count);
1431             crit_exit();
1432             lwkt_reltoken(&vm_token);
1433             return(NULL);
1434         }
1435     }
1436
1437     /*
1438      * Success!
1439      *
1440      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
1441      * populate the underlying pages.
1442      *
1443      * The pages were busied by the allocations above.
1444      */
1445     vm_map_set_wired_quick(&kernel_map, addr, size, &count);
1446     crit_exit();
1447
1448     /*
1449      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
1450      */
1451     lwkt_gettoken(&vm_token);
1452     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
1453         vm_page_t m;
1454
1455         m = vm_page_lookup(&kernel_object, OFF_TO_IDX(addr + i));
1456         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1457         /* page should already be busy */
1458         vm_page_wire(m);
1459         vm_page_wakeup(m);
1460         pmap_enter(&kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
1461         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
1462             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
1463         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1464         KKASSERT(m->flags & (PG_WRITEABLE | PG_MAPPED));
1465         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1466     }
1467     lwkt_reltoken(&vm_token);
1468     vm_map_unlock(&kernel_map);
1469     vm_map_entry_release(count);
1470     lwkt_reltoken(&vm_token);
1471     return((void *)addr);
1472 }
1473
1474 /*
1475  * kmem_slab_free()
1476  */
1477 static void
1478 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
1479 {
1480     crit_enter();
1481     lwkt_gettoken(&vm_token);
1482     vm_map_remove(&kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
1483     lwkt_reltoken(&vm_token);
1484     crit_exit();
1485 }
1486