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 1.11 2003/10/19 00:23:24 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 #endif
 237
 238     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 239         panic("malloc type lacks magic");
 240
 241     if (vmstats.v_page_count == 0)
 242         panic("malloc_uninit not allowed before vm init");
 243
 244     if (type->ks_limit == 0)
 245         panic("malloc_uninit on uninitialized type");
 246
 247 #ifdef INVARIANTS
 248     for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
 249         if (type->ks_memuse[i] != 0) {
 250             printf(
 251                 "malloc_uninit: %ld bytes of '%s' still allocated on cpu %d\n",
 252                 type->ks_memuse[i], type->ks_shortdesc, i);
 253         }
 254     }
 255 #endif
 256     if (type == kmemstatistics) {
 257         kmemstatistics = type->ks_next;
 258     } else {
 259         for (t = kmemstatistics; t->ks_next != NULL; t = t->ks_next) {
 260             if (t->ks_next == type) {
 261                 t->ks_next = type->ks_next;
 262                 break;
 263             }
 264         }
 265     }
 266     type->ks_next = NULL;
 267     type->ks_limit = 0;
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Calculate the zone index for the allocation request size and set the
 272  * allocation request size to that particular zone's chunk size.
 273  */
 274 static __inline int
 275 zoneindex(unsigned long *bytes)
 276 {
 277     unsigned int n = (unsigned int)*bytes;      /* unsigned for shift opt */
 278     if (n < 128) {
 279         *bytes = n = (n + 7) & ~7;
 280         return(n / 8 - 1);              /* 8 byte chunks, 16 zones */
 281     }
 282     if (n < 256) {
 283         *bytes = n = (n + 15) & ~15;
 284         return(n / 16 + 7);
 285     }
 286     if (n < 8192) {
 287         if (n < 512) {
 288             *bytes = n = (n + 31) & ~31;
 289             return(n / 32 + 15);
 290         }
 291         if (n < 1024) {
 292             *bytes = n = (n + 63) & ~63;
 293             return(n / 64 + 23);
 294         }
 295         if (n < 2048) {
 296             *bytes = n = (n + 127) & ~127;
 297             return(n / 128 + 31);
 298         }
 299         if (n < 4096) {
 300             *bytes = n = (n + 255) & ~255;
 301             return(n / 256 + 39);
 302         }
 303         *bytes = n = (n + 511) & ~511;
 304         return(n / 512 + 47);
 305     }
 306 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 8192
 307     if (n < 16384) {
 308         *bytes = n = (n + 1023) & ~1023;
 309         return(n / 1024 + 55);
 310     }
 311 #endif
 312 #if ZALLOC_ZONE_LIMIT > 16384
 313     if (n < 32768) {
 314         *bytes = n = (n + 2047) & ~2047;
 315         return(n / 2048 + 63);
 316     }
 317 #endif
 318     panic("Unexpected byte count %d", n);
 319     return(0);
 320 }
 321
 322 /*
 323  * malloc()     (SLAB ALLOCATOR)
 324  *
 325  *      Allocate memory via the slab allocator.  If the request is too large,
 326  *      or if it page-aligned beyond a certain size, we fall back to the
 327  *      KMEM subsystem.  A SLAB tracking descriptor must be specified, use
 328  *      &SlabMisc if you don't care.
 329  *
 330  *      M_NOWAIT        - return NULL instead of blocking.
 331  *      M_ZERO          - zero the returned memory.
 332  *      M_USE_RESERVE   - allocate out of the system reserve if necessary
 333  */
 334 void *
 335 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 336 {
 337     SLZone *z;
 338     SLChunk *chunk;
 339     SLGlobalData *slgd;
 340     struct globaldata *gd;
 341     int zi;
 342
 343     gd = mycpu;
 344     slgd = &gd->gd_slab;
 345
 346     /*
 347      * XXX silly to have this in the critical path.
 348      */
 349     if (type->ks_limit == 0) {
 350         crit_enter();
 351         if (type->ks_limit == 0)
 352             malloc_init(type);
 353         crit_exit();
 354     }
 355     ++type->ks_calls;
 356
 357     /*
 358      * Handle the case where the limit is reached.  Panic if can't return
 359      * NULL.  XXX the original malloc code looped, but this tended to
 360      * simply deadlock the computer.
 361      */
 362     while (type->ks_loosememuse >= type->ks_limit) {
 363         int i;
 364         long ttl;
 365
 366         for (i = ttl = 0; i < ncpus; ++i)
 367             ttl += type->ks_memuse[i];
 368         type->ks_loosememuse = ttl;
 369         if (ttl >= type->ks_limit) {
 370             if (flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK))
 371                 return(NULL);
 372             panic("%s: malloc limit exceeded", type->ks_shortdesc);
 373         }
 374     }
 375
 376     /*
 377      * Handle the degenerate size == 0 case.  Yes, this does happen.
 378      * Return a special pointer.  This is to maintain compatibility with
 379      * the original malloc implementation.  Certain devices, such as the
 380      * adaptec driver, not only allocate 0 bytes, they check for NULL and
 381      * also realloc() later on.  Joy.
 382      */
 383     if (size == 0)
 384         return(ZERO_LENGTH_PTR);
 385
 386     /*
 387      * Handle hysteresis from prior frees here in malloc().  We cannot
 388      * safely manipulate the kernel_map in free() due to free() possibly
 389      * being called via an IPI message or from sensitive interrupt code.
 390      */
 391     while (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 392         crit_enter();
 393         if (slgd->NFreeZones > ZONE_RELS_THRESH) {      /* crit sect race */
 394             z = slgd->FreeZones;
 395             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 396             --slgd->NFreeZones;
 397             kmem_slab_free(z, ZoneSize);        /* may block */
 398         }
 399         crit_exit();
 400     }
 401     /*
 402      * XXX handle oversized frees that were queued from free().
 403      */
 404     while (slgd->FreeOvZones && (flags & M_NOWAIT) == 0) {
 405         crit_enter();
 406         if ((z = slgd->FreeOvZones) != NULL) {
 407             KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_OVSZ_MAGIC);
 408             slgd->FreeOvZones = z->z_Next;
 409             kmem_slab_free(z, z->z_ChunkSize);  /* may block */
 410         }
 411         crit_exit();
 412     }
 413
 414     /*
 415      * Handle large allocations directly.  There should not be very many of
 416      * these so performance is not a big issue.
 417      *
 418      * Guarentee page alignment for allocations in multiples of PAGE_SIZE
 419      */
 420     if (size >= ZoneLimit || (size & PAGE_MASK) == 0) {
 421         struct kmemusage *kup;
 422
 423         size = round_page(size);
 424         chunk = kmem_slab_alloc(size, PAGE_SIZE, flags);
 425         if (chunk == NULL)
 426             return(NULL);
 427         flags &= ~M_ZERO;       /* result already zero'd if M_ZERO was set */
 428         kup = btokup(chunk);
 429         kup->ku_pagecnt = size / PAGE_SIZE;
 430         kup->ku_cpu = gd->gd_cpuid;
 431         crit_enter();
 432         goto done;
 433     }
 434
 435     /*
 436      * Attempt to allocate out of an existing zone.  First try the free list,
 437      * then allocate out of unallocated space.  If we find a good zone move
 438      * it to the head of the list so later allocations find it quickly
 439      * (we might have thousands of zones in the list).
 440      *
 441      * Note: zoneindex() will panic of size is too large.
 442      */
 443     zi = zoneindex(&size);
 444     KKASSERT(zi < NZONES);
 445     crit_enter();
 446     if ((z = slgd->ZoneAry[zi]) != NULL) {
 447         KKASSERT(z->z_NFree > 0);
 448
 449         /*
 450          * Remove us from the ZoneAry[] when we become empty
 451          */
 452         if (--z->z_NFree == 0) {
 453             slgd->ZoneAry[zi] = z->z_Next;
 454             z->z_Next = NULL;
 455         }
 456
 457         /*
 458          * Locate a chunk in a free page.  This attempts to localize
 459          * reallocations into earlier pages without us having to sort
 460          * the chunk list.  A chunk may still overlap a page boundary.
 461          */
 462         while (z->z_FirstFreePg < ZonePageCount) {
 463             if ((chunk = z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg]) != NULL) {
 464 #ifdef DIAGNOSTIC
 465                 /*
 466                  * Diagnostic: c_Next is not total garbage.
 467                  */
 468                 KKASSERT(chunk->c_Next == NULL ||
 469                         ((intptr_t)chunk->c_Next & IN_SAME_PAGE_MASK) ==
 470                         ((intptr_t)chunk & IN_SAME_PAGE_MASK));
 471 #endif
 472 #ifdef INVARIANTS
 473                 if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 474                         panic("chunk %p FFPG %d/%d", chunk, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 475                 if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 476                         panic("chunkNEXT %p %p FFPG %d/%d", chunk, chunk->c_Next, z->z_FirstFreePg, ZonePageCount);
 477 #endif
 478                 z->z_PageAry[z->z_FirstFreePg] = chunk->c_Next;
 479                 goto done;
 480             }
 481             ++z->z_FirstFreePg;
 482         }
 483
 484         /*
 485          * No chunks are available but NFree said we had some memory, so
 486          * it must be available in the never-before-used-memory area
 487          * governed by UIndex.  The consequences are very serious if our zone
 488          * got corrupted so we use an explicit panic rather then a KASSERT.
 489          */
 490         if (z->z_UIndex + 1 != z->z_NMax)
 491             z->z_UIndex = z->z_UIndex + 1;
 492         else
 493             z->z_UIndex = 0;
 494         if (z->z_UIndex == z->z_UEndIndex)
 495             panic("slaballoc: corrupted zone");
 496         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 497         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 498             flags &= ~M_ZERO;
 499         goto done;
 500     }
 501
 502     /*
 503      * If all zones are exhausted we need to allocate a new zone for this
 504      * index.  Use M_ZERO to take advantage of pre-zerod pages.  Also see
 505      * UAlloc use above in regards to M_ZERO.  Note that when we are reusing
 506      * a zone from the FreeZones list UAlloc'd data will not be zero'd, and
 507      * we do not pre-zero it because we do not want to mess up the L1 cache.
 508      *
 509      * At least one subsystem, the tty code (see CROUND) expects power-of-2
 510      * allocations to be power-of-2 aligned.  We maintain compatibility by
 511      * adjusting the base offset below.
 512      */
 513     {
 514         int off;
 515
 516         if ((z = slgd->FreeZones) != NULL) {
 517             slgd->FreeZones = z->z_Next;
 518             --slgd->NFreeZones;
 519             bzero(z, sizeof(SLZone));
 520             z->z_Flags |= SLZF_UNOTZEROD;
 521         } else {
 522             z = kmem_slab_alloc(ZoneSize, ZoneSize, flags|M_ZERO);
 523             if (z == NULL)
 524                 goto fail;
 525         }
 526
 527         /*
 528          * Guarentee power-of-2 alignment for power-of-2-sized chunks.
 529          * Otherwise just 8-byte align the data.
 530          */
 531         if ((size | (size - 1)) + 1 == (size << 1))
 532             off = (sizeof(SLZone) + size - 1) & ~(size - 1);
 533         else
 534             off = (sizeof(SLZone) + MIN_CHUNK_MASK) & ~MIN_CHUNK_MASK;
 535         z->z_Magic = ZALLOC_SLAB_MAGIC;
 536         z->z_ZoneIndex = zi;
 537         z->z_NMax = (ZoneSize - off) / size;
 538         z->z_NFree = z->z_NMax - 1;
 539         z->z_BasePtr = (char *)z + off;
 540         z->z_UIndex = z->z_UEndIndex = slgd->JunkIndex % z->z_NMax;
 541         z->z_ChunkSize = size;
 542         z->z_FirstFreePg = ZonePageCount;
 543         z->z_Cpu = gd->gd_cpuid;
 544         chunk = (SLChunk *)(z->z_BasePtr + z->z_UIndex * size);
 545         z->z_Next = slgd->ZoneAry[zi];
 546         slgd->ZoneAry[zi] = z;
 547         if ((z->z_Flags & SLZF_UNOTZEROD) == 0)
 548             flags &= ~M_ZERO;   /* already zero'd */
 549
 550         /*
 551          * Slide the base index for initial allocations out of the next
 552          * zone we create so we do not over-weight the lower part of the
 553          * cpu memory caches.
 554          */
 555         slgd->JunkIndex = (slgd->JunkIndex + ZALLOC_SLAB_SLIDE)
 556                                 & (ZALLOC_MAX_ZONE_SIZE - 1);
 557     }
 558 done:
 559     ++type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 560     type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] += size;
 561     type->ks_loosememuse += size;
 562     crit_exit();
 563     if (flags & M_ZERO)
 564         bzero(chunk, size);
 565 #ifdef INVARIANTS
 566     else
 567         chunk->c_Next = (void *)-1; /* avoid accidental double-free check */
 568 #endif
 569     return(chunk);
 570 fail:
 571     crit_exit();
 572     return(NULL);
 573 }
 574
 575 void *
 576 realloc(void *ptr, unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags)
 577 {
 578     SLZone *z;
 579     void *nptr;
 580     unsigned long osize;
 581
 582     if (ptr == NULL || ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 583         return(malloc(size, type, flags));
 584     if (size == 0) {
 585         free(ptr, type);
 586         return(NULL);
 587     }
 588
 589     /*
 590      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 591      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 592      */
 593     {
 594         struct kmemusage *kup;
 595
 596         kup = btokup(ptr);
 597         if (kup->ku_pagecnt) {
 598             osize = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 599             if (osize == round_page(size))
 600                 return(ptr);
 601             if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 602                 return(NULL);
 603             bcopy(ptr, nptr, min(size, osize));
 604             free(ptr, type);
 605             return(nptr);
 606         }
 607     }
 608
 609     /*
 610      * Get the original allocation's zone.  If the new request winds up
 611      * using the same chunk size we do not have to do anything.
 612      */
 613     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 614     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 615
 616     zoneindex(&size);
 617     if (z->z_ChunkSize == size)
 618         return(ptr);
 619
 620     /*
 621      * Allocate memory for the new request size.  Note that zoneindex has
 622      * already adjusted the request size to the appropriate chunk size, which
 623      * should optimize our bcopy().  Then copy and return the new pointer.
 624      */
 625     if ((nptr = malloc(size, type, flags)) == NULL)
 626         return(NULL);
 627     bcopy(ptr, nptr, min(size, z->z_ChunkSize));
 628     free(ptr, type);
 629     return(nptr);
 630 }
 631
 632 /*
 633  * free()       (SLAB ALLOCATOR)
 634  *
 635  *      Free the specified chunk of memory.
 636  */
 637 static
 638 void
 639 free_remote(void *ptr)
 640 {
 641     free(ptr, *(struct malloc_type **)ptr);
 642 }
 643
 644 void
 645 free(void *ptr, struct malloc_type *type)
 646 {
 647     SLZone *z;
 648     SLChunk *chunk;
 649     SLGlobalData *slgd;
 650     struct globaldata *gd;
 651     int pgno;
 652
 653     gd = mycpu;
 654     slgd = &gd->gd_slab;
 655
 656     /*
 657      * Handle special 0-byte allocations
 658      */
 659     if (ptr == ZERO_LENGTH_PTR)
 660         return;
 661
 662     /*
 663      * Handle oversized allocations.  XXX we really should require that a
 664      * size be passed to free() instead of this nonsense.
 665      *
 666      * This code is never called via an ipi.
 667      */
 668     {
 669         struct kmemusage *kup;
 670         unsigned long size;
 671
 672         kup = btokup(ptr);
 673         if (kup->ku_pagecnt) {
 674             size = kup->ku_pagecnt << PAGE_SHIFT;
 675             kup->ku_pagecnt = 0;
 676 #ifdef INVARIANTS
 677             KKASSERT(sizeof(weirdary) <= size);
 678             bcopy(weirdary, ptr, sizeof(weirdary));
 679 #endif
 680             /*
 681              * note: we always adjust our cpu's slot, not the originating
 682              * cpu (kup->ku_cpuid).  The statistics are in aggregate.
 683              */
 684             crit_enter();
 685             --type->ks_inuse[gd->gd_cpuid];
 686             type->ks_memuse[gd->gd_cpuid] -= size;
 687             if (mycpu->gd_intr_nesting_level) {
 688                 z = (SLZone *)ptr;
 689                 z->z_Magic = ZALLOC_OVSZ_MAGIC;
 690                 z->z_Next = slgd->FreeOvZones;
 691                 z->z_ChunkSize = size;
 692                 slgd->FreeOvZones = z;
 693                 crit_exit();
 694             } else {
 695                 crit_exit();
 696                 kmem_slab_free(ptr, size);      /* may block */
 697             }
 698             return;
 699         }
 700     }
 701
 702     /*
 703      * Zone case.  Figure out the zone based on the fact that it is
 704      * ZoneSize aligned.
 705      */
 706     z = (SLZone *)((uintptr_t)ptr & ~(uintptr_t)ZoneMask);
 707     KKASSERT(z->z_Magic == ZALLOC_SLAB_MAGIC);
 708
 709     /*
 710      * If we do not own the zone then forward the request to the
 711      * cpu that does.  The freeing code does not need the byte count
 712      * unless DIAGNOSTIC is set.
 713      */
 714     if (z->z_Cpu != gd->gd_cpuid) {
 715         *(struct malloc_type **)ptr = type;
 716 #ifdef SMP
 717         lwkt_send_ipiq(z->z_Cpu, free_remote, ptr);
 718 #else
 719         panic("Corrupt SLZone");
 720 #endif
 721         return;
 722     }
 723
 724     if (type->ks_magic != M_MAGIC)
 725         panic("free: malloc type lacks magic");
 726
 727     crit_enter();
 728     pgno = ((char *)ptr - (char *)z) >> PAGE_SHIFT;
 729     chunk = ptr;
 730
 731 #ifdef INVARIANTS
 732     /*
 733      * Attempt to detect a double-free.  To reduce overhead we only check
 734      * if there appears to be link pointer at the base of the data.
 735      */
 736     if (((intptr_t)chunk->c_Next - (intptr_t)z) >> PAGE_SHIFT == pgno) {
 737         SLChunk *scan;
 738         for (scan = z->z_PageAry[pgno]; scan; scan = scan->c_Next) {
 739             if (scan == chunk)
 740                 panic("Double free at %p", chunk);
 741         }
 742     }
 743 #endif
 744
 745     /*
 746      * Put weird data into the memory to detect modifications after freeing,
 747      * illegal pointer use after freeing (we should fault on the odd address),
 748      * and so forth.  XXX needs more work, see the old malloc code.
 749      */
 750 #ifdef INVARIANTS
 751     if (z->z_ChunkSize < sizeof(weirdary))
 752         bcopy(weirdary, chunk, z->z_ChunkSize);
 753     else
 754         bcopy(weirdary, chunk, sizeof(weirdary));
 755 #endif
 756
 757     /*
 758      * Add this free non-zero'd chunk to a linked list for reuse, adjust
 759      * z_FirstFreePg.
 760      */
 761 #ifdef INVARIANTS
 762     if ((uintptr_t)chunk < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 763         panic("BADFREE %p\n", chunk);
 764 #endif
 765     chunk->c_Next = z->z_PageAry[pgno];
 766     z->z_PageAry[pgno] = chunk;
 767 #ifdef INVARIANTS
 768     if (chunk->c_Next && (uintptr_t)chunk->c_Next < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
 769         panic("BADFREE2");
 770 #endif
 771     if (z->z_FirstFreePg > pgno)
 772         z->z_FirstFreePg = pgno;
 773
 774     /*
 775      * Bump the number of free chunks.  If it becomes non-zero the zone
 776      * must be added back onto the appropriate list.
 777      */
 778     if (z->z_NFree++ == 0) {
 779         z->z_Next = slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex];
 780         slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] = z;
 781     }
 782
 783     --type->ks_inuse[z->z_Cpu];
 784     type->ks_memuse[z->z_Cpu] -= z->z_ChunkSize;
 785
 786     /*
 787      * If the zone becomes totally free, and there are other zones we
 788      * can allocate from, move this zone to the FreeZones list.  Since
 789      * this code can be called from an IPI callback, do *NOT* try to mess
 790      * with kernel_map here.  Hysteresis will be performed at malloc() time.
 791      */
 792     if (z->z_NFree == z->z_NMax &&
 793         (z->z_Next || slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex] != z)
 794     ) {
 795         SLZone **pz;
 796
 797         for (pz = &slgd->ZoneAry[z->z_ZoneIndex]; z != *pz; pz = &(*pz)->z_Next)
 798             ;
 799         *pz = z->z_Next;
 800         z->z_Magic = -1;
 801         z->z_Next = slgd->FreeZones;
 802         slgd->FreeZones = z;
 803         ++slgd->NFreeZones;
 804     }
 805     crit_exit();
 806 }
 807
 808 /*
 809  * kmem_slab_alloc()
 810  *
 811  *      Directly allocate and wire kernel memory in PAGE_SIZE chunks with the
 812  *      specified alignment.  M_* flags are expected in the flags field.
 813  *
 814  *      Alignment must be a multiple of PAGE_SIZE.
 815  *
 816  *      NOTE! XXX For the moment we use vm_map_entry_reserve/release(),
 817  *      but when we move zalloc() over to use this function as its backend
 818  *      we will have to switch to kreserve/krelease and call reserve(0)
 819  *      after the new space is made available.
 820  */
 821 static void *
 822 kmem_slab_alloc(vm_size_t size, vm_offset_t align, int flags)
 823 {
 824     vm_size_t i;
 825     vm_offset_t addr;
 826     vm_offset_t offset;
 827     int count;
 828     vm_map_t map = kernel_map;
 829
 830     size = round_page(size);
 831     addr = vm_map_min(map);
 832
 833     /*
 834      * Reserve properly aligned space from kernel_map
 835      */
 836     count = vm_map_entry_reserve(MAP_RESERVE_COUNT);
 837     crit_enter();
 838     vm_map_lock(map);
 839     if (vm_map_findspace(map, vm_map_min(map), size, align, &addr)) {
 840         vm_map_unlock(map);
 841         if ((flags & (M_NOWAIT|M_NULLOK)) == 0)
 842             panic("kmem_slab_alloc(): kernel_map ran out of space!");
 843         crit_exit();
 844         vm_map_entry_release(count);
 845         return(NULL);
 846     }
 847     offset = addr - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 848     vm_object_reference(kernel_object);
 849     vm_map_insert(map, &count,
 850                     kernel_object, offset, addr, addr + size,
 851                     VM_PROT_ALL, VM_PROT_ALL, 0);
 852
 853     /*
 854      * Allocate the pages.  Do not mess with the PG_ZERO flag yet.
 855      */
 856     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 857         vm_page_t m;
 858         vm_pindex_t idx = OFF_TO_IDX(offset + i);
 859         int zero = (flags & M_ZERO) ? VM_ALLOC_ZERO : 0;
 860
 861         if ((flags & (M_NOWAIT|M_USE_RESERVE)) == M_NOWAIT)
 862             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_INTERRUPT|zero);
 863         else
 864             m = vm_page_alloc(kernel_object, idx, VM_ALLOC_SYSTEM|zero);
 865         if (m == NULL) {
 866             if ((flags & M_NOWAIT) == 0) {
 867                 vm_map_unlock(map);
 868                 vm_wait();
 869                 vm_map_lock(map);
 870                 i -= PAGE_SIZE; /* retry */
 871                 continue;
 872             }
 873             while (i != 0) {
 874                 i -= PAGE_SIZE;
 875                 m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 876                 vm_page_free(m);
 877             }
 878             vm_map_delete(map, addr, addr + size, &count);
 879             vm_map_unlock(map);
 880             crit_exit();
 881             vm_map_entry_release(count);
 882             return(NULL);
 883         }
 884     }
 885
 886     /*
 887      * Mark the map entry as non-pageable using a routine that allows us to
 888      * populate the underlying pages.
 889      */
 890     vm_map_set_wired_quick(map, addr, size, &count);
 891     crit_exit();
 892
 893     /*
 894      * Enter the pages into the pmap and deal with PG_ZERO and M_ZERO.
 895      */
 896     for (i = 0; i < size; i += PAGE_SIZE) {
 897         vm_page_t m;
 898
 899         m = vm_page_lookup(kernel_object, OFF_TO_IDX(offset + i));
 900         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
 901         vm_page_wire(m);
 902         vm_page_wakeup(m);
 903         pmap_enter(kernel_pmap, addr + i, m, VM_PROT_ALL, 1);
 904         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0 && (flags & M_ZERO))
 905             bzero((char *)addr + i, PAGE_SIZE);
 906         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
 907         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_REFERENCED);
 908     }
 909     vm_map_unlock(map);
 910     vm_map_entry_release(count);
 911     return((void *)addr);
 912 }
 913
 914 static void
 915 kmem_slab_free(void *ptr, vm_size_t size)
 916 {
 917     crit_enter();
 918     vm_map_remove(kernel_map, (vm_offset_t)ptr, (vm_offset_t)ptr + size);
 919     crit_exit();
 920 }
 921