sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.
   4  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   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  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  16  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  17  *    without specific prior written permission.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  20  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  21  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  22  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  23  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  24  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  25  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  26  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  27  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  28  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  29  * SUCH DAMAGE.
  30  *
  31  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  32  */
  33
  34 /*
  35  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  36  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  37  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  38  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  39  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  40  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  41  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  42  * description.
  43  */
  44
  45 #include <sys/cdefs.h>
  46 __FBSDID("$FreeBSD$");
  47
  48 #include "opt_ddb.h"
  49 #include "opt_kdtrace.h"
  50 #include "opt_vm.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/kdb.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/lock.h>
  57 #include <sys/malloc.h>
  58 #include <sys/mbuf.h>
  59 #include <sys/mutex.h>
  60 #include <sys/vmmeter.h>
  61 #include <sys/proc.h>
  62 #include <sys/sbuf.h>
  63 #include <sys/sysctl.h>
  64 #include <sys/time.h>
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68 #include <vm/vm_param.h>
  69 #include <vm/vm_kern.h>
  70 #include <vm/vm_extern.h>
  71 #include <vm/vm_map.h>
  72 #include <vm/vm_page.h>
  73 #include <vm/uma.h>
  74 #include <vm/uma_int.h>
  75 #include <vm/uma_dbg.h>
  76
  77 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  78 #include <vm/memguard.h>
  79 #endif
  80 #ifdef DEBUG_REDZONE
  81 #include <vm/redzone.h>
  82 #endif
  83
  84 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  85 #include <machine/cpu.h>
  86 #endif
  87
  88 #include <ddb/ddb.h>
  89
  90 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  91 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  92
  93 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  94 #endif
  95
  96 /*
  97  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
  98  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
  99  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 100  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 101  */
 102 #ifndef REALLOC_FRACTION
 103 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 104 #endif
 105
 106 /*
 107  * Centrally define some common malloc types.
 108  */
 109 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 110 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 111 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 112
 113 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 114 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 115
 116 static void kmeminit(void *);
 117 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL);
 118
 119 static MALLOC_DEFINE(M_FREE, "free", "should be on free list");
 120
 121 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 122 static vm_offset_t kmembase;
 123 static vm_offset_t kmemlimit;
 124 static int kmemcount;
 125
 126 #define KMEM_ZSHIFT     4
 127 #define KMEM_ZBASE      16
 128 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 129
 130 #define KMEM_ZMAX       PAGE_SIZE
 131 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 132 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 133
 134 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 135 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 136 #endif
 137 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 138
 139 /*
 140  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 141  * of various sizes.
 142  *
 143  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 144  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 145  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 146  */
 147 struct {
 148         int kz_size;
 149         char *kz_name;
 150         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 151 } kmemzones[] = {
 152         {16, "16", },
 153         {32, "32", },
 154         {64, "64", },
 155         {128, "128", },
 156         {256, "256", },
 157         {512, "512", },
 158         {1024, "1024", },
 159         {2048, "2048", },
 160         {4096, "4096", },
 161 #if PAGE_SIZE > 4096
 162         {8192, "8192", },
 163 #if PAGE_SIZE > 8192
 164         {16384, "16384", },
 165 #if PAGE_SIZE > 16384
 166         {32768, "32768", },
 167 #if PAGE_SIZE > 32768
 168         {65536, "65536", },
 169 #if PAGE_SIZE > 65536
 170 #error  "Unsupported PAGE_SIZE"
 171 #endif  /* 65536 */
 172 #endif  /* 32768 */
 173 #endif  /* 16384 */
 174 #endif  /* 8192 */
 175 #endif  /* 4096 */
 176         {0, NULL},
 177 };
 178
 179 /*
 180  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 181  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 182  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 183  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 184  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 185  * declare malloc types.
 186  */
 187 static uma_zone_t mt_zone;
 188
 189 static vm_offset_t vm_min_kernel_address = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 190 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, min_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 191     &vm_min_kernel_address, 0, "Min kernel address");
 192
 193 #ifndef __sparc64__
 194 static vm_offset_t vm_max_kernel_address = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 195 #endif
 196 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, max_kernel_address, CTLFLAG_RD,
 197     &vm_max_kernel_address, 0, "Max kernel address");
 198
 199 u_long vm_kmem_size;
 200 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 201     "Size of kernel memory");
 202
 203 static u_long vm_kmem_size_min;
 204 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 205     "Minimum size of kernel memory");
 206
 207 static u_long vm_kmem_size_max;
 208 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 209     "Maximum size of kernel memory");
 210
 211 static u_int vm_kmem_size_scale;
 212 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 213     "Scale factor for kernel memory size");
 214
 215 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 216 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 217     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 218     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem_map allocation size");
 219
 220 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 221 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 222     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 223     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Largest contiguous free range in kmem_map");
 224
 225 /*
 226  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 227  */
 228 struct mtx malloc_mtx;
 229
 230 #ifdef MALLOC_PROFILE
 231 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 232
 233 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 234 #endif
 235
 236 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 237
 238 /*
 239  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 240  */
 241 static time_t t_malloc_fail;
 242
 243 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 244 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 245     "Kernel malloc debugging options");
 246 #endif
 247
 248 /*
 249  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 250  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 251  */
 252 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 253 static int malloc_failure_rate;
 254 static int malloc_nowait_count;
 255 static int malloc_failure_count;
 256 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 257     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 258 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 259 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 260     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 261 #endif
 262
 263 static int
 264 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 265 {
 266         u_long size;
 267
 268         size = kmem_map->size;
 269         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 270 }
 271
 272 static int
 273 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 274 {
 275         u_long size;
 276
 277         vm_map_lock_read(kmem_map);
 278         size = kmem_map->root != NULL ? kmem_map->root->max_free :
 279             kmem_map->max_offset - kmem_map->min_offset;
 280         vm_map_unlock_read(kmem_map);
 281         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 282 }
 283
 284 /*
 285  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 286  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 287  */
 288 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 289 static void
 290 tunable_set_numzones(void)
 291 {
 292
 293         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 294             &numzones);
 295
 296         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 297         if (numzones <= 0)
 298                 numzones = 1;
 299         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 300                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 301 }
 302 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 303 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 304     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 305
 306 /*
 307  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 308  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 309  */
 310 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 311 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 312 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 313     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 314     "Nth character in the malloc type short description.");
 315
 316 static u_int
 317 mtp_get_subzone(const char *desc)
 318 {
 319         size_t len;
 320         u_int val;
 321
 322         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 323                 return (0);
 324         val = desc[zone_offset % len];
 325         return (val % numzones);
 326 }
 327 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 328 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 329 #else
 330 static inline u_int
 331 mtp_get_subzone(const char *desc)
 332 {
 333
 334         return (0);
 335 }
 336 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 337
 338 int
 339 malloc_last_fail(void)
 340 {
 341
 342         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 343 }
 344
 345 /*
 346  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 347  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 348  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 349  * statistics.
 350  */
 351 static void
 352 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 353     int zindx)
 354 {
 355         struct malloc_type_internal *mtip;
 356         struct malloc_type_stats *mtsp;
 357
 358         critical_enter();
 359         mtip = mtp->ks_handle;
 360         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 361         if (size > 0) {
 362                 mtsp->mts_memalloced += size;
 363                 mtsp->mts_numallocs++;
 364         }
 365         if (zindx != -1)
 366                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 367
 368 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 369         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 370                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 371                 if (probe_id != 0)
 372                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 373                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 374                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 375         }
 376 #endif
 377
 378         critical_exit();
 379 }
 380
 381 void
 382 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 383 {
 384
 385         if (size > 0)
 386                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 387 }
 388
 389 /*
 390  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 391  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 392  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 393  * statistics.
 394  */
 395 void
 396 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 397 {
 398         struct malloc_type_internal *mtip;
 399         struct malloc_type_stats *mtsp;
 400
 401         critical_enter();
 402         mtip = mtp->ks_handle;
 403         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 404         mtsp->mts_memfreed += size;
 405         mtsp->mts_numfrees++;
 406
 407 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 408         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 409                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 410                 if (probe_id != 0)
 411                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 412                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 413                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 414         }
 415 #endif
 416
 417         critical_exit();
 418 }
 419
 420 /*
 421  *      contigmalloc:
 422  *
 423  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 424  *
 425  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 426  *      the allocation fails.
 427  */
 428 void *
 429 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 430     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 431     vm_paddr_t boundary)
 432 {
 433         void *ret;
 434
 435         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_map, size, flags, low, high,
 436             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 437         if (ret != NULL)
 438                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 439         return (ret);
 440 }
 441
 442 /*
 443  *      contigfree:
 444  *
 445  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 446  *
 447  *      This routine may not block.
 448  */
 449 void
 450 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 451 {
 452
 453         kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)addr, size);
 454         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 455 }
 456
 457 /*
 458  *      malloc:
 459  *
 460  *      Allocate a block of memory.
 461  *
 462  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 463  *      the allocation fails.
 464  */
 465 void *
 466 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 467 {
 468         int indx;
 469         struct malloc_type_internal *mtip;
 470         caddr_t va;
 471         uma_zone_t zone;
 472 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 473         unsigned long osize = size;
 474 #endif
 475
 476 #ifdef INVARIANTS
 477         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 478         /*
 479          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 480          */
 481         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 482         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 483                 static  struct timeval lasterr;
 484                 static  int curerr, once;
 485                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 486                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 487                         kdb_backtrace();
 488                         flags |= M_WAITOK;
 489                         once++;
 490                 }
 491         }
 492 #endif
 493 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 494         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 495                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 496                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 497                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 498                         t_malloc_fail = time_uptime;
 499                         return (NULL);
 500                 }
 501         }
 502 #endif
 503         if (flags & M_WAITOK)
 504                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 505                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 506
 507 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 508         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 509                 va = memguard_alloc(size, flags);
 510                 if (va != NULL)
 511                         return (va);
 512                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 513         }
 514 #endif
 515
 516 #ifdef DEBUG_REDZONE
 517         size = redzone_size_ntor(size);
 518 #endif
 519
 520         if (size <= KMEM_ZMAX) {
 521                 mtip = mtp->ks_handle;
 522                 if (size & KMEM_ZMASK)
 523                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 524                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 525                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 526                     ("mti_zone %u out of range %d",
 527                     mtip->mti_zone, numzones));
 528                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 529 #ifdef MALLOC_PROFILE
 530                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 531 #endif
 532                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 533                 if (va != NULL)
 534                         size = zone->uz_size;
 535                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 536         } else {
 537                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 538                 zone = NULL;
 539                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 540                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 541         }
 542         if (flags & M_WAITOK)
 543                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 544         else if (va == NULL)
 545                 t_malloc_fail = time_uptime;
 546 #ifdef DIAGNOSTIC
 547         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 548                 memset(va, 0x70, osize);
 549         }
 550 #endif
 551 #ifdef DEBUG_REDZONE
 552         if (va != NULL)
 553                 va = redzone_setup(va, osize);
 554 #endif
 555         return ((void *) va);
 556 }
 557
 558 /*
 559  *      free:
 560  *
 561  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 562  *
 563  *      This routine may not block.
 564  */
 565 void
 566 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 567 {
 568         uma_slab_t slab;
 569         u_long size;
 570
 571         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 572
 573         /* free(NULL, ...) does nothing */
 574         if (addr == NULL)
 575                 return;
 576
 577 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 578         if (is_memguard_addr(addr)) {
 579                 memguard_free(addr);
 580                 return;
 581         }
 582 #endif
 583
 584 #ifdef DEBUG_REDZONE
 585         redzone_check(addr);
 586         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 587 #endif
 588
 589         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 590
 591         if (slab == NULL)
 592                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 593                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 594
 595
 596         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 597 #ifdef INVARIANTS
 598                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 599 #endif
 600                 size = slab->us_keg->uk_size;
 601 #ifdef INVARIANTS
 602                 /*
 603                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 604                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 605                  * have stepped on it later.
 606                  *
 607                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 608                  * 64 bit machines
 609                  */
 610                 mtpp = (struct malloc_type **)
 611                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 612                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 613                     sizeof(struct malloc_type *);
 614                 *mtpp = mtp;
 615 #endif
 616                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 617         } else {
 618                 size = slab->us_size;
 619                 uma_large_free(slab);
 620         }
 621         malloc_type_freed(mtp, size);
 622 }
 623
 624 /*
 625  *      realloc: change the size of a memory block
 626  */
 627 void *
 628 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 629 {
 630         uma_slab_t slab;
 631         unsigned long alloc;
 632         void *newaddr;
 633
 634         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 635             ("realloc: bad malloc type magic"));
 636
 637         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 638         if (addr == NULL)
 639                 return (malloc(size, mtp, flags));
 640
 641         /*
 642          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 643          * per-CPU stats.
 644          */
 645
 646 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 647         if (is_memguard_addr(addr))
 648                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 649 #endif
 650
 651 #ifdef DEBUG_REDZONE
 652         slab = NULL;
 653         alloc = redzone_get_size(addr);
 654 #else
 655         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 656
 657         /* Sanity check */
 658         KASSERT(slab != NULL,
 659             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 660
 661         /* Get the size of the original block */
 662         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 663                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 664         else
 665                 alloc = slab->us_size;
 666
 667         /* Reuse the original block if appropriate */
 668         if (size <= alloc
 669             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 670                 return (addr);
 671 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 672
 673         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 674         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 675                 return (NULL);
 676
 677         /* Copy over original contents */
 678         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 679         free(addr, mtp);
 680         return (newaddr);
 681 }
 682
 683 /*
 684  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 685  */
 686 void *
 687 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 688 {
 689         void *mem;
 690
 691         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 692                 free(addr, mtp);
 693         return (mem);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Initialize the kernel memory allocator
 698  */
 699 /* ARGSUSED*/
 700 static void
 701 kmeminit(void *dummy)
 702 {
 703         uint8_t indx;
 704         u_long mem_size, tmp;
 705         int i;
 706
 707         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 708
 709         /*
 710          * Try to auto-tune the kernel memory size, so that it is
 711          * more applicable for a wider range of machine sizes.  The
 712          * VM_KMEM_SIZE_MAX is dependent on the maximum KVA space
 713          * available.
 714          *
 715          * Note that the kmem_map is also used by the zone allocator,
 716          * so make sure that there is enough space.
 717          */
 718         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE + nmbclusters * PAGE_SIZE;
 719         mem_size = cnt.v_page_count;
 720
 721 #if defined(VM_KMEM_SIZE_SCALE)
 722         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 723 #endif
 724         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 725         if (vm_kmem_size_scale > 0 &&
 726             (mem_size / vm_kmem_size_scale) > (vm_kmem_size / PAGE_SIZE))
 727                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 728
 729 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 730         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 731 #endif
 732         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 733         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min) {
 734                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 735         }
 736
 737 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 738         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 739 #endif
 740         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 741         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 742                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 743
 744         /* Allow final override from the kernel environment */
 745         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 746
 747         /*
 748          * Limit kmem virtual size to twice the physical memory.
 749          * This allows for kmem map sparseness, but limits the size
 750          * to something sane.  Be careful to not overflow the 32bit
 751          * ints while doing the check or the adjustment.
 752          */
 753         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 754                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 755
 756 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 757         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 758 #else
 759         tmp = vm_kmem_size;
 760 #endif
 761         kmem_map = kmem_suballoc(kernel_map, &kmembase, &kmemlimit,
 762             tmp, TRUE);
 763         kmem_map->system_map = 1;
 764
 765 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 766         /*
 767          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 768          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 769          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 770          */
 771         memguard_init(kmem_map);
 772 #endif
 773
 774         uma_startup2();
 775
 776         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 777 #ifdef INVARIANTS
 778             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 779 #else
 780             NULL, NULL, NULL, NULL,
 781 #endif
 782             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 783         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 784                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 785                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 786                 int subzone;
 787
 788                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 789                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 790                             uma_zcreate(name, size,
 791 #ifdef INVARIANTS
 792                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 793 #else
 794                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 795 #endif
 796                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 797                 }
 798                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 799                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 800
 801         }
 802 }
 803
 804 void
 805 malloc_init(void *data)
 806 {
 807         struct malloc_type_internal *mtip;
 808         struct malloc_type *mtp;
 809
 810         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 811
 812         mtp = data;
 813         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 814                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 815
 816         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 817         mtp->ks_handle = mtip;
 818         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 819
 820         mtx_lock(&malloc_mtx);
 821         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 822         kmemstatistics = mtp;
 823         kmemcount++;
 824         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 825 }
 826
 827 void
 828 malloc_uninit(void *data)
 829 {
 830         struct malloc_type_internal *mtip;
 831         struct malloc_type_stats *mtsp;
 832         struct malloc_type *mtp, *temp;
 833         uma_slab_t slab;
 834         long temp_allocs, temp_bytes;
 835         int i;
 836
 837         mtp = data;
 838         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 839             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 840         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 841
 842         mtx_lock(&malloc_mtx);
 843         mtip = mtp->ks_handle;
 844         mtp->ks_handle = NULL;
 845         if (mtp != kmemstatistics) {
 846                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 847                     temp = temp->ks_next) {
 848                         if (temp->ks_next == mtp) {
 849                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 850                                 break;
 851                         }
 852                 }
 853                 KASSERT(temp,
 854                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 855         } else
 856                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 857         kmemcount--;
 858         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 859
 860         /*
 861          * Look for memory leaks.
 862          */
 863         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 864         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 865                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 866                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 867                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 868                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 869                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 870         }
 871         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 872                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 873                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 874                     temp_allocs, temp_bytes);
 875         }
 876
 877         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 878         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 879 }
 880
 881 struct malloc_type *
 882 malloc_desc2type(const char *desc)
 883 {
 884         struct malloc_type *mtp;
 885
 886         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 887         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 888                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 889                         return (mtp);
 890         }
 891         return (NULL);
 892 }
 893
 894 static int
 895 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 896 {
 897         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 898         struct malloc_type_internal *mtip;
 899         struct malloc_type_header mth;
 900         struct malloc_type *mtp;
 901         int error, i;
 902         struct sbuf sbuf;
 903
 904         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 905         if (error != 0)
 906                 return (error);
 907         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 908         mtx_lock(&malloc_mtx);
 909
 910         /*
 911          * Insert stream header.
 912          */
 913         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 914         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 915         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 916         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 917         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 918
 919         /*
 920          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 921          */
 922         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 923                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 924
 925                 /*
 926                  * Insert type header.
 927                  */
 928                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 929                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 930                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 931
 932                 /*
 933                  * Insert type statistics for each CPU.
 934                  */
 935                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 936                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 937                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 938                 }
 939         }
 940         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 941         error = sbuf_finish(&sbuf);
 942         sbuf_delete(&sbuf);
 943         return (error);
 944 }
 945
 946 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 947     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 948     "Return malloc types");
 949
 950 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 951     "Count of kernel malloc types");
 952
 953 void
 954 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 955 {
 956         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 957         int count, i;
 958         size_t buflen;
 959
 960         mtx_lock(&malloc_mtx);
 961 restart:
 962         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 963         count = kmemcount;
 964         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 965
 966         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 967         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 968
 969         mtx_lock(&malloc_mtx);
 970
 971         if (count < kmemcount) {
 972                 free(bufmtp, M_TEMP);
 973                 goto restart;
 974         }
 975
 976         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 977                 bufmtp[i] = mtp;
 978
 979         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 980
 981         for (i = 0; i < count; i++)
 982                 (func)(bufmtp[i], arg);
 983
 984         free(bufmtp, M_TEMP);
 985 }
 986
 987 #ifdef DDB
 988 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
 989 {
 990         struct malloc_type_internal *mtip;
 991         struct malloc_type *mtp;
 992         uint64_t allocs, frees;
 993         uint64_t alloced, freed;
 994         int i;
 995
 996         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
 997             "Requests");
 998         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 999                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1000                 allocs = 0;
1001                 frees = 0;
1002                 alloced = 0;
1003                 freed = 0;
1004                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1005                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1006                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1007                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1008                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1009                 }
1010                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1011                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1012                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1013                 if (db_pager_quit)
1014                         break;
1015         }
1016 }
1017
1018 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1019 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1020 {
1021         struct malloc_type_internal *mtip;
1022         struct malloc_type *mtp;
1023         u_int subzone;
1024
1025         if (!have_addr) {
1026                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1027                 return;
1028         }
1029         mtp = (void *)addr;
1030         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1031                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1032                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1033                 return;
1034         }
1035
1036         mtip = mtp->ks_handle;
1037         subzone = mtip->mti_zone;
1038
1039         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1040                 mtip = mtp->ks_handle;
1041                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1042                         continue;
1043                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1044                 if (db_pager_quit)
1045                         break;
1046         }
1047 }
1048 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1049 #endif /* DDB */
1050
1051 #ifdef MALLOC_PROFILE
1052
1053 static int
1054 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1055 {
1056         struct sbuf sbuf;
1057         uint64_t count;
1058         uint64_t waste;
1059         uint64_t mem;
1060         int error;
1061         int rsize;
1062         int size;
1063         int i;
1064
1065         waste = 0;
1066         mem = 0;
1067
1068         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1069         if (error != 0)
1070                 return (error);
1071         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1072         sbuf_printf(&sbuf,
1073             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1074         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1075                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1076                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1077                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1078
1079                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1080                     (unsigned long long)count, rsize);
1081
1082                 if ((rsize * count) > (size * count))
1083                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1084                 mem += (rsize * count);
1085         }
1086         sbuf_printf(&sbuf,
1087             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1088             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1089         error = sbuf_finish(&sbuf);
1090         sbuf_delete(&sbuf);
1091         return (error);
1092 }
1093
1094 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1095     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1096 #endif /* MALLOC_PROFILE */