sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.
   6  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   7  * Copyright (c) 2008 Otto Moerbeek <otto@drijf.net> (mallocarray)
   8  * All rights reserved.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  35  */
  36
  37 /*
  38  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  39  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  40  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  41  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  42  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  43  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  44  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  45  * description.
  46  */
  47
  48 #include <sys/cdefs.h>
  49 #include "opt_ddb.h"
  50 #include "opt_vm.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/asan.h>
  55 #include <sys/kdb.h>
  56 #include <sys/kernel.h>
  57 #include <sys/lock.h>
  58 #include <sys/malloc.h>
  59 #include <sys/mutex.h>
  60 #include <sys/vmmeter.h>
  61 #include <sys/proc.h>
  62 #include <sys/queue.h>
  63 #include <sys/sbuf.h>
  64 #include <sys/smp.h>
  65 #include <sys/sysctl.h>
  66 #include <sys/time.h>
  67 #include <sys/vmem.h>
  68 #ifdef EPOCH_TRACE
  69 #include <sys/epoch.h>
  70 #endif
  71
  72 #include <vm/vm.h>
  73 #include <vm/pmap.h>
  74 #include <vm/vm_domainset.h>
  75 #include <vm/vm_pageout.h>
  76 #include <vm/vm_param.h>
  77 #include <vm/vm_kern.h>
  78 #include <vm/vm_extern.h>
  79 #include <vm/vm_map.h>
  80 #include <vm/vm_page.h>
  81 #include <vm/vm_phys.h>
  82 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  83 #include <vm/uma.h>
  84 #include <vm/uma_int.h>
  85 #include <vm/uma_dbg.h>
  86
  87 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  88 #include <vm/memguard.h>
  89 #endif
  90 #ifdef DEBUG_REDZONE
  91 #include <vm/redzone.h>
  92 #endif
  93
  94 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  95 #include <machine/cpu.h>
  96 #endif
  97
  98 #include <ddb/ddb.h>
  99
 100 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 101 #include <sys/dtrace_bsd.h>
 102
 103 bool    __read_frequently                       dtrace_malloc_enabled;
 104 dtrace_malloc_probe_func_t __read_mostly        dtrace_malloc_probe;
 105 #endif
 106
 107 #if defined(INVARIANTS) || defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) ||             \
 108     defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(DEBUG_REDZONE)
 109 #define MALLOC_DEBUG    1
 110 #endif
 111
 112 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 113 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF   , unsigned long osize
 114 #define DEBUG_REDZONE_ARG       , osize
 115 #else
 116 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF
 117 #define DEBUG_REDZONE_ARG
 118 #endif
 119
 120 /*
 121  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 122  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 123  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 124  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 125  */
 126 #ifndef REALLOC_FRACTION
 127 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 128 #endif
 129
 130 /*
 131  * Centrally define some common malloc types.
 132  */
 133 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 134 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 135 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 136
 137 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 138 static int kmemcount;
 139
 140 #define KMEM_ZSHIFT     4
 141 #define KMEM_ZBASE      16
 142 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 143
 144 #define KMEM_ZMAX       65536
 145 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 146 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 147
 148 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 149 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 150 #endif
 151 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 152
 153 /*
 154  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 155  * of various sizes.
 156  *
 157  * Warning: the layout of the struct is duplicated in libmemstat for KVM support.
 158  *
 159  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 160  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 161  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 162  */
 163 struct {
 164         int kz_size;
 165         const char *kz_name;
 166         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 167 } kmemzones[] = {
 168         {16, "malloc-16", },
 169         {32, "malloc-32", },
 170         {64, "malloc-64", },
 171         {128, "malloc-128", },
 172         {256, "malloc-256", },
 173         {384, "malloc-384", },
 174         {512, "malloc-512", },
 175         {1024, "malloc-1024", },
 176         {2048, "malloc-2048", },
 177         {4096, "malloc-4096", },
 178         {8192, "malloc-8192", },
 179         {16384, "malloc-16384", },
 180         {32768, "malloc-32768", },
 181         {65536, "malloc-65536", },
 182         {0, NULL},
 183 };
 184
 185 u_long vm_kmem_size;
 186 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 187     "Size of kernel memory");
 188
 189 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 190 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 191     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 192
 193 static u_long vm_kmem_size_min;
 194 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 195     "Minimum size of kernel memory");
 196
 197 static u_long vm_kmem_size_max;
 198 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 199     "Maximum size of kernel memory");
 200
 201 static u_int vm_kmem_size_scale;
 202 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 203     "Scale factor for kernel memory size");
 204
 205 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 206 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 207     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 208     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 209
 210 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 211 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 212     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 213     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 214
 215 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 216     "Malloc information");
 217
 218 static u_int vm_malloc_zone_count = nitems(kmemzones);
 219 SYSCTL_UINT(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_count,
 220     CTLFLAG_RD, &vm_malloc_zone_count, 0,
 221     "Number of malloc zones");
 222
 223 static int sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 224 SYSCTL_PROC(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_sizes,
 225     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 226     sysctl_vm_malloc_zone_sizes, "S", "Zone sizes used by malloc");
 227
 228 /*
 229  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 230  */
 231 struct mtx malloc_mtx;
 232
 233 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 234
 235 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 236 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 237     "Kernel malloc debugging options");
 238 #endif
 239
 240 /*
 241  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 242  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 243  */
 244 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 245 static int malloc_failure_rate;
 246 static int malloc_nowait_count;
 247 static int malloc_failure_count;
 248 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 249     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 250 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 251     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 252 #endif
 253
 254 static int
 255 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 256 {
 257         u_long size;
 258
 259         size = uma_size();
 260         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 261 }
 262
 263 static int
 264 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 265 {
 266         u_long size, limit;
 267
 268         /* The sysctl is unsigned, implement as a saturation value. */
 269         size = uma_size();
 270         limit = uma_limit();
 271         if (size > limit)
 272                 size = 0;
 273         else
 274                 size = limit - size;
 275         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 276 }
 277
 278 static int
 279 sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 280 {
 281         int sizes[nitems(kmemzones)];
 282         int i;
 283
 284         for (i = 0; i < nitems(kmemzones); i++) {
 285                 sizes[i] = kmemzones[i].kz_size;
 286         }
 287
 288         return (SYSCTL_OUT(req, &sizes, sizeof(sizes)));
 289 }
 290
 291 /*
 292  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 293  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 294  */
 295 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 296 static void
 297 tunable_set_numzones(void)
 298 {
 299
 300         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 301             &numzones);
 302
 303         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 304         if (numzones <= 0)
 305                 numzones = 1;
 306         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 307                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 308 }
 309 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 310 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 311     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 312
 313 /*
 314  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 315  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 316  */
 317 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 318 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 319 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 320     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 321     "Nth character in the malloc type short description.");
 322
 323 static void
 324 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 325 {
 326         struct malloc_type_internal *mtip;
 327         const char *desc;
 328         size_t len;
 329         u_int val;
 330
 331         mtip = &mtp->ks_mti;
 332         desc = mtp->ks_shortdesc;
 333         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 334                 val = 0;
 335         else
 336                 val = desc[zone_offset % len];
 337         mtip->mti_zone = (val % numzones);
 338 }
 339
 340 static inline u_int
 341 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 342 {
 343         struct malloc_type_internal *mtip;
 344
 345         mtip = &mtp->ks_mti;
 346
 347         KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 348             ("mti_zone %u out of range %d",
 349             mtip->mti_zone, numzones));
 350         return (mtip->mti_zone);
 351 }
 352 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 353 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 354 #else
 355 static void
 356 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 357 {
 358         struct malloc_type_internal *mtip;
 359
 360         mtip = &mtp->ks_mti;
 361         mtip->mti_zone = 0;
 362 }
 363
 364 static inline u_int
 365 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 366 {
 367
 368         return (0);
 369 }
 370 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 371
 372 /*
 373  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 374  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 375  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 376  * statistics.
 377  */
 378 static void
 379 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 380     int zindx)
 381 {
 382         struct malloc_type_internal *mtip;
 383         struct malloc_type_stats *mtsp;
 384
 385         critical_enter();
 386         mtip = &mtp->ks_mti;
 387         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 388         if (size > 0) {
 389                 mtsp->mts_memalloced += size;
 390                 mtsp->mts_numallocs++;
 391         }
 392         if (zindx != -1)
 393                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 394
 395 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 396         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 397                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 398                 if (probe_id != 0)
 399                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 400                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 401                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 402         }
 403 #endif
 404
 405         critical_exit();
 406 }
 407
 408 void
 409 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 410 {
 411
 412         if (size > 0)
 413                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 414 }
 415
 416 /*
 417  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 418  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 419  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 420  * statistics.
 421  */
 422 void
 423 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 424 {
 425         struct malloc_type_internal *mtip;
 426         struct malloc_type_stats *mtsp;
 427
 428         critical_enter();
 429         mtip = &mtp->ks_mti;
 430         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 431         mtsp->mts_memfreed += size;
 432         mtsp->mts_numfrees++;
 433
 434 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 435         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 436                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 437                 if (probe_id != 0)
 438                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 439                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 440                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 441         }
 442 #endif
 443
 444         critical_exit();
 445 }
 446
 447 /*
 448  *      contigmalloc:
 449  *
 450  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 451  *
 452  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 453  *      the allocation fails.
 454  */
 455 void *
 456 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 457     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 458     vm_paddr_t boundary)
 459 {
 460         void *ret;
 461
 462         ret = (void *)kmem_alloc_contig(size, flags, low, high, alignment,
 463             boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 464         if (ret != NULL)
 465                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 466         return (ret);
 467 }
 468
 469 void *
 470 contigmalloc_domainset(unsigned long size, struct malloc_type *type,
 471     struct domainset *ds, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 472     unsigned long alignment, vm_paddr_t boundary)
 473 {
 474         void *ret;
 475
 476         ret = (void *)kmem_alloc_contig_domainset(ds, size, flags, low, high,
 477             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 478         if (ret != NULL)
 479                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 480         return (ret);
 481 }
 482
 483 /*
 484  *      contigfree:
 485  *
 486  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 487  *
 488  *      This routine may not block.
 489  */
 490 void
 491 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 492 {
 493
 494         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 495         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 496 }
 497
 498 #ifdef MALLOC_DEBUG
 499 static int
 500 malloc_dbg(caddr_t *vap, size_t *sizep, struct malloc_type *mtp,
 501     int flags)
 502 {
 503 #ifdef INVARIANTS
 504         int indx;
 505
 506         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("malloc: bad malloc type version"));
 507         /*
 508          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 509          */
 510         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 511         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 512                 static  struct timeval lasterr;
 513                 static  int curerr, once;
 514                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 515                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 516                         kdb_backtrace();
 517                         flags |= M_WAITOK;
 518                         once++;
 519                 }
 520         }
 521 #endif
 522 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 523         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 524                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 525                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 526                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 527                         *vap = NULL;
 528                         return (EJUSTRETURN);
 529                 }
 530         }
 531 #endif
 532         if (flags & M_WAITOK) {
 533                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 534                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 535                 if (__predict_false(!THREAD_CAN_SLEEP())) {
 536 #ifdef EPOCH_TRACE
 537                         epoch_trace_list(curthread);
 538 #endif
 539                         KASSERT(1,
 540                             ("malloc(M_WAITOK) with sleeping prohibited"));
 541                 }
 542         }
 543         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 544             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 545
 546 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 547         if (memguard_cmp_mtp(mtp, *sizep)) {
 548                 *vap = memguard_alloc(*sizep, flags);
 549                 if (*vap != NULL)
 550                         return (EJUSTRETURN);
 551                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 552         }
 553 #endif
 554
 555 #ifdef DEBUG_REDZONE
 556         *sizep = redzone_size_ntor(*sizep);
 557 #endif
 558
 559         return (0);
 560 }
 561 #endif
 562
 563 /*
 564  * Handle large allocations and frees by using kmem_malloc directly.
 565  */
 566 static inline bool
 567 malloc_large_slab(uma_slab_t slab)
 568 {
 569         uintptr_t va;
 570
 571         va = (uintptr_t)slab;
 572         return ((va & 1) != 0);
 573 }
 574
 575 static inline size_t
 576 malloc_large_size(uma_slab_t slab)
 577 {
 578         uintptr_t va;
 579
 580         va = (uintptr_t)slab;
 581         return (va >> 1);
 582 }
 583
 584 static caddr_t __noinline
 585 malloc_large(size_t *size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *policy,
 586     int flags DEBUG_REDZONE_ARG_DEF)
 587 {
 588         vm_offset_t kva;
 589         caddr_t va;
 590         size_t sz;
 591
 592         sz = roundup(*size, PAGE_SIZE);
 593         kva = kmem_malloc_domainset(policy, sz, flags);
 594         if (kva != 0) {
 595                 /* The low bit is unused for slab pointers. */
 596                 vsetzoneslab(kva, NULL, (void *)((sz << 1) | 1));
 597                 uma_total_inc(sz);
 598                 *size = sz;
 599         }
 600         va = (caddr_t)kva;
 601         malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : sz);
 602         if (__predict_false(va == NULL)) {
 603                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 604                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 605         } else {
 606 #ifdef DEBUG_REDZONE
 607                 va = redzone_setup(va, osize);
 608 #endif
 609                 kasan_mark((void *)va, osize, sz, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 610         }
 611         return (va);
 612 }
 613
 614 static void
 615 free_large(void *addr, size_t size)
 616 {
 617
 618         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 619         uma_total_dec(size);
 620 }
 621
 622 /*
 623  *      malloc:
 624  *
 625  *      Allocate a block of memory.
 626  *
 627  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 628  *      the allocation fails.
 629  */
 630 void *
 631 (malloc)(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 632 {
 633         int indx;
 634         caddr_t va;
 635         uma_zone_t zone;
 636 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 637         unsigned long osize = size;
 638 #endif
 639
 640         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 641
 642 #ifdef MALLOC_DEBUG
 643         va = NULL;
 644         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 645                 return (va);
 646 #endif
 647
 648         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 649                 return (malloc_large(&size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 650                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 651
 652         if (size & KMEM_ZMASK)
 653                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 654         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 655         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 656         va = uma_zalloc(zone, flags);
 657         if (va != NULL)
 658                 size = zone->uz_size;
 659         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 660         if (__predict_false(va == NULL)) {
 661                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 662                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 663         }
 664 #ifdef DEBUG_REDZONE
 665         if (va != NULL)
 666                 va = redzone_setup(va, osize);
 667 #endif
 668 #ifdef KASAN
 669         if (va != NULL)
 670                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 671 #endif
 672         return ((void *) va);
 673 }
 674
 675 static void *
 676 malloc_domain(size_t *sizep, int *indxp, struct malloc_type *mtp, int domain,
 677     int flags)
 678 {
 679         uma_zone_t zone;
 680         caddr_t va;
 681         size_t size;
 682         int indx;
 683
 684         size = *sizep;
 685         KASSERT(size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0,
 686             ("malloc_domain: Called with bad flag / size combination."));
 687         if (size & KMEM_ZMASK)
 688                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 689         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 690         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 691         va = uma_zalloc_domain(zone, NULL, domain, flags);
 692         if (va != NULL)
 693                 *sizep = zone->uz_size;
 694         *indxp = indx;
 695         return ((void *)va);
 696 }
 697
 698 void *
 699 malloc_domainset(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 700     int flags)
 701 {
 702         struct vm_domainset_iter di;
 703         caddr_t va;
 704         int domain;
 705         int indx;
 706 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 707         unsigned long osize = size;
 708 #endif
 709
 710         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 711
 712 #ifdef MALLOC_DEBUG
 713         va = NULL;
 714         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 715                 return (va);
 716 #endif
 717
 718         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 719                 return (malloc_large(&size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 720                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 721
 722         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 723         do {
 724                 va = malloc_domain(&size, &indx, mtp, domain, flags);
 725         } while (va == NULL && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 726         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 727         if (__predict_false(va == NULL)) {
 728                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 729                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 730         }
 731 #ifdef DEBUG_REDZONE
 732         if (va != NULL)
 733                 va = redzone_setup(va, osize);
 734 #endif
 735 #ifdef KASAN
 736         if (va != NULL)
 737                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 738 #endif
 739         return (va);
 740 }
 741
 742 /*
 743  * Allocate an executable area.
 744  */
 745 void *
 746 malloc_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 747 {
 748
 749         return (malloc_domainset_exec(size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags));
 750 }
 751
 752 void *
 753 malloc_domainset_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 754     int flags)
 755 {
 756 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 757         unsigned long osize = size;
 758 #endif
 759 #ifdef MALLOC_DEBUG
 760         caddr_t va;
 761 #endif
 762
 763         flags |= M_EXEC;
 764
 765 #ifdef MALLOC_DEBUG
 766         va = NULL;
 767         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 768                 return (va);
 769 #endif
 770
 771         return (malloc_large(&size, mtp, ds, flags DEBUG_REDZONE_ARG));
 772 }
 773
 774 void *
 775 malloc_aligned(size_t size, size_t align, struct malloc_type *type, int flags)
 776 {
 777         return (malloc_domainset_aligned(size, align, type, DOMAINSET_RR(),
 778             flags));
 779 }
 780
 781 void *
 782 malloc_domainset_aligned(size_t size, size_t align,
 783     struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds, int flags)
 784 {
 785         void *res;
 786         size_t asize;
 787
 788         KASSERT(powerof2(align),
 789             ("malloc_domainset_aligned: wrong align %#zx size %#zx",
 790             align, size));
 791         KASSERT(align <= PAGE_SIZE,
 792             ("malloc_domainset_aligned: align %#zx (size %#zx) too large",
 793             align, size));
 794
 795         /*
 796          * Round the allocation size up to the next power of 2,
 797          * because we can only guarantee alignment for
 798          * power-of-2-sized allocations.  Further increase the
 799          * allocation size to align if the rounded size is less than
 800          * align, since malloc zones provide alignment equal to their
 801          * size.
 802          */
 803         if (size == 0)
 804                 size = 1;
 805         asize = size <= align ? align : 1UL << flsl(size - 1);
 806
 807         res = malloc_domainset(asize, mtp, ds, flags);
 808         KASSERT(res == NULL || ((uintptr_t)res & (align - 1)) == 0,
 809             ("malloc_domainset_aligned: result not aligned %p size %#zx "
 810             "allocsize %#zx align %#zx", res, size, asize, align));
 811         return (res);
 812 }
 813
 814 void *
 815 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 816 {
 817
 818         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 819                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 820
 821         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 822 }
 823
 824 void *
 825 mallocarray_domainset(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type,
 826     struct domainset *ds, int flags)
 827 {
 828
 829         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 830                 panic("mallocarray_domainset: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 831
 832         return (malloc_domainset(size * nmemb, type, ds, flags));
 833 }
 834
 835 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 836 static void
 837 free_save_type(void *addr, struct malloc_type *mtp, u_long size)
 838 {
 839         struct malloc_type **mtpp = addr;
 840
 841         /*
 842          * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 843          * this memory here.  This way we know who is most likely to
 844          * have stepped on it later.
 845          *
 846          * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 847          * 64 bit machines
 848          */
 849         mtpp = (struct malloc_type **) ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 850         mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 851             sizeof(struct malloc_type *);
 852         *mtpp = mtp;
 853 }
 854 #endif
 855
 856 #ifdef MALLOC_DEBUG
 857 static int
 858 free_dbg(void **addrp, struct malloc_type *mtp)
 859 {
 860         void *addr;
 861
 862         addr = *addrp;
 863         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("free: bad malloc type version"));
 864         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 865             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 866
 867         /* free(NULL, ...) does nothing */
 868         if (addr == NULL)
 869                 return (EJUSTRETURN);
 870
 871 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 872         if (is_memguard_addr(addr)) {
 873                 memguard_free(addr);
 874                 return (EJUSTRETURN);
 875         }
 876 #endif
 877
 878 #ifdef DEBUG_REDZONE
 879         redzone_check(addr);
 880         *addrp = redzone_addr_ntor(addr);
 881 #endif
 882
 883         return (0);
 884 }
 885 #endif
 886
 887 /*
 888  *      free:
 889  *
 890  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 891  *
 892  *      This routine may not block.
 893  */
 894 void
 895 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 896 {
 897         uma_zone_t zone;
 898         uma_slab_t slab;
 899         u_long size;
 900
 901 #ifdef MALLOC_DEBUG
 902         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 903                 return;
 904 #endif
 905         /* free(NULL, ...) does nothing */
 906         if (addr == NULL)
 907                 return;
 908
 909         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 910         if (slab == NULL)
 911                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 912                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 913
 914         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 915                 size = zone->uz_size;
 916 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 917                 free_save_type(addr, mtp, size);
 918 #endif
 919                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 920         } else {
 921                 size = malloc_large_size(slab);
 922                 free_large(addr, size);
 923         }
 924         malloc_type_freed(mtp, size);
 925 }
 926
 927 /*
 928  *      zfree:
 929  *
 930  *      Zero then free a block of memory allocated by malloc.
 931  *
 932  *      This routine may not block.
 933  */
 934 void
 935 zfree(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 936 {
 937         uma_zone_t zone;
 938         uma_slab_t slab;
 939         u_long size;
 940
 941 #ifdef MALLOC_DEBUG
 942         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 943                 return;
 944 #endif
 945         /* free(NULL, ...) does nothing */
 946         if (addr == NULL)
 947                 return;
 948
 949         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 950         if (slab == NULL)
 951                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 952                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 953
 954         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 955                 size = zone->uz_size;
 956 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 957                 free_save_type(addr, mtp, size);
 958 #endif
 959                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 960                 explicit_bzero(addr, size);
 961                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 962         } else {
 963                 size = malloc_large_size(slab);
 964                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 965                 explicit_bzero(addr, size);
 966                 free_large(addr, size);
 967         }
 968         malloc_type_freed(mtp, size);
 969 }
 970
 971 /*
 972  *      realloc: change the size of a memory block
 973  */
 974 void *
 975 realloc(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 976 {
 977         uma_zone_t zone;
 978         uma_slab_t slab;
 979         unsigned long alloc;
 980         void *newaddr;
 981
 982         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
 983             ("realloc: bad malloc type version"));
 984         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 985             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 986
 987         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 988         if (addr == NULL)
 989                 return (malloc(size, mtp, flags));
 990
 991         /*
 992          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 993          * per-CPU stats.
 994          */
 995
 996 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 997         if (is_memguard_addr(addr))
 998                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 999 #endif
1000
1001 #ifdef DEBUG_REDZONE
1002         slab = NULL;
1003         zone = NULL;
1004         alloc = redzone_get_size(addr);
1005 #else
1006         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1007
1008         /* Sanity check */
1009         KASSERT(slab != NULL,
1010             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
1011
1012         /* Get the size of the original block */
1013         if (!malloc_large_slab(slab))
1014                 alloc = zone->uz_size;
1015         else
1016                 alloc = malloc_large_size(slab);
1017
1018         /* Reuse the original block if appropriate */
1019         if (size <= alloc &&
1020             (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE)) {
1021                 kasan_mark((void *)addr, size, alloc, KASAN_MALLOC_REDZONE);
1022                 return (addr);
1023         }
1024 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
1025
1026         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
1027         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
1028                 return (NULL);
1029
1030         /*
1031          * Copy over original contents.  For KASAN, the redzone must be marked
1032          * valid before performing the copy.
1033          */
1034         kasan_mark(addr, alloc, alloc, 0);
1035         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
1036         free(addr, mtp);
1037         return (newaddr);
1038 }
1039
1040 /*
1041  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
1042  */
1043 void *
1044 reallocf(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
1045 {
1046         void *mem;
1047
1048         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
1049                 free(addr, mtp);
1050         return (mem);
1051 }
1052
1053 /*
1054  *      malloc_size: returns the number of bytes allocated for a request of the
1055  *                   specified size
1056  */
1057 size_t
1058 malloc_size(size_t size)
1059 {
1060         int indx;
1061
1062         if (size > kmem_zmax)
1063                 return (0);
1064         if (size & KMEM_ZMASK)
1065                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
1066         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
1067         return (kmemzones[indx].kz_size);
1068 }
1069
1070 /*
1071  *      malloc_usable_size: returns the usable size of the allocation.
1072  */
1073 size_t
1074 malloc_usable_size(const void *addr)
1075 {
1076 #ifndef DEBUG_REDZONE
1077         uma_zone_t zone;
1078         uma_slab_t slab;
1079 #endif
1080         u_long size;
1081
1082         if (addr == NULL)
1083                 return (0);
1084
1085 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1086         if (is_memguard_addr(__DECONST(void *, addr)))
1087                 return (memguard_get_req_size(addr));
1088 #endif
1089
1090 #ifdef DEBUG_REDZONE
1091         size = redzone_get_size(__DECONST(void *, addr));
1092 #else
1093         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1094         if (slab == NULL)
1095                 panic("malloc_usable_size: address %p(%p) is not allocated.\n",
1096                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
1097
1098         if (!malloc_large_slab(slab))
1099                 size = zone->uz_size;
1100         else
1101                 size = malloc_large_size(slab);
1102 #endif
1103         return (size);
1104 }
1105
1106 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
1107
1108 /*
1109  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
1110  */
1111 void
1112 kmeminit(void)
1113 {
1114         u_long mem_size;
1115         u_long tmp;
1116
1117 #ifdef VM_KMEM_SIZE
1118         if (vm_kmem_size == 0)
1119                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
1120 #endif
1121 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
1122         if (vm_kmem_size_min == 0)
1123                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
1124 #endif
1125 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
1126         if (vm_kmem_size_max == 0)
1127                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
1128 #endif
1129         /*
1130          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
1131          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
1132          * of machines, it is a function of the physical memory size,
1133          * specifically,
1134          *
1135          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
1136          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
1137          *
1138          * Every architecture must define an integral value for
1139          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
1140          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
1141          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
1142          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
1143          * a given architecture.
1144          */
1145         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
1146         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
1147                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
1148
1149         if (vm_kmem_size_scale < 1)
1150                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
1151
1152         /*
1153          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
1154          * variable:
1155          */
1156         if (vm_kmem_size == 0) {
1157                 vm_kmem_size = mem_size / vm_kmem_size_scale;
1158                 vm_kmem_size = vm_kmem_size * PAGE_SIZE < vm_kmem_size ?
1159                     vm_kmem_size_max : vm_kmem_size * PAGE_SIZE;
1160                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
1161                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
1162                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
1163                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
1164         }
1165         if (vm_kmem_size == 0)
1166                 panic("Tune VM_KMEM_SIZE_* for the platform");
1167
1168         /*
1169          * The amount of KVA space that is preallocated to the
1170          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
1171          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
1172          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
1173          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
1174          */
1175         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
1176                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
1177
1178         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
1179
1180 #ifdef KASAN
1181         /*
1182          * With KASAN enabled, dynamically allocated kernel memory is shadowed.
1183          * Account for this when setting the UMA limit.
1184          */
1185         vm_kmem_size = (vm_kmem_size * KASAN_SHADOW_SCALE) /
1186             (KASAN_SHADOW_SCALE + 1);
1187 #endif
1188
1189 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1190         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
1191 #else
1192         tmp = vm_kmem_size;
1193 #endif
1194         uma_set_limit(tmp);
1195
1196 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1197         /*
1198          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
1199          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
1200          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
1201          */
1202         memguard_init(kernel_arena);
1203 #endif
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Initialize the kernel memory allocator
1208  */
1209 /* ARGSUSED*/
1210 static void
1211 mallocinit(void *dummy)
1212 {
1213         int i;
1214         uint8_t indx;
1215
1216         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
1217
1218         kmeminit();
1219
1220         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
1221                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
1222
1223         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
1224                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
1225                 const char *name = kmemzones[indx].kz_name;
1226                 size_t align;
1227                 int subzone;
1228
1229                 align = UMA_ALIGN_PTR;
1230                 if (powerof2(size) && size > sizeof(void *))
1231                         align = MIN(size, PAGE_SIZE) - 1;
1232                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
1233                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
1234                             uma_zcreate(name, size,
1235 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
1236                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
1237 #else
1238                             NULL, NULL, NULL, NULL,
1239 #endif
1240                             align, UMA_ZONE_MALLOC);
1241                 }
1242                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
1243                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
1244         }
1245 }
1246 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
1247
1248 void
1249 malloc_init(void *data)
1250 {
1251         struct malloc_type_internal *mtip;
1252         struct malloc_type *mtp;
1253
1254         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
1255
1256         mtp = data;
1257         if (mtp->ks_version != M_VERSION)
1258                 panic("malloc_init: type %s with unsupported version %lu",
1259                     mtp->ks_shortdesc, mtp->ks_version);
1260
1261         mtip = &mtp->ks_mti;
1262         mtip->mti_stats = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_64, M_WAITOK | M_ZERO);
1263         mtp_set_subzone(mtp);
1264
1265         mtx_lock(&malloc_mtx);
1266         mtp->ks_next = kmemstatistics;
1267         kmemstatistics = mtp;
1268         kmemcount++;
1269         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1270 }
1271
1272 void
1273 malloc_uninit(void *data)
1274 {
1275         struct malloc_type_internal *mtip;
1276         struct malloc_type_stats *mtsp;
1277         struct malloc_type *mtp, *temp;
1278         long temp_allocs, temp_bytes;
1279         int i;
1280
1281         mtp = data;
1282         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
1283             ("malloc_uninit: bad malloc type version"));
1284
1285         mtx_lock(&malloc_mtx);
1286         mtip = &mtp->ks_mti;
1287         if (mtp != kmemstatistics) {
1288                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
1289                     temp = temp->ks_next) {
1290                         if (temp->ks_next == mtp) {
1291                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
1292                                 break;
1293                         }
1294                 }
1295                 KASSERT(temp,
1296                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
1297         } else
1298                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
1299         kmemcount--;
1300         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1301
1302         /*
1303          * Look for memory leaks.
1304          */
1305         temp_allocs = temp_bytes = 0;
1306         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1307                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1308                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
1309                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
1310                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
1311                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
1312         }
1313         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
1314                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
1315                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
1316                     temp_allocs, temp_bytes);
1317         }
1318
1319         uma_zfree_pcpu(pcpu_zone_64, mtip->mti_stats);
1320 }
1321
1322 struct malloc_type *
1323 malloc_desc2type(const char *desc)
1324 {
1325         struct malloc_type *mtp;
1326
1327         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1328         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1329                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
1330                         return (mtp);
1331         }
1332         return (NULL);
1333 }
1334
1335 static int
1336 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1337 {
1338         struct malloc_type_stream_header mtsh;
1339         struct malloc_type_internal *mtip;
1340         struct malloc_type_stats *mtsp, zeromts;
1341         struct malloc_type_header mth;
1342         struct malloc_type *mtp;
1343         int error, i;
1344         struct sbuf sbuf;
1345
1346         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1347         if (error != 0)
1348                 return (error);
1349         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1350         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
1351         mtx_lock(&malloc_mtx);
1352
1353         bzero(&zeromts, sizeof(zeromts));
1354
1355         /*
1356          * Insert stream header.
1357          */
1358         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
1359         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
1360         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
1361         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
1362         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
1363
1364         /*
1365          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
1366          */
1367         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1368                 mtip = &mtp->ks_mti;
1369
1370                 /*
1371                  * Insert type header.
1372                  */
1373                 bzero(&mth, sizeof(mth));
1374                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
1375                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
1376
1377                 /*
1378                  * Insert type statistics for each CPU.
1379                  */
1380                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1381                         mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1382                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, mtsp, sizeof(*mtsp));
1383                 }
1384                 /*
1385                  * Fill in the missing CPUs.
1386                  */
1387                 for (; i < MAXCPU; i++) {
1388                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &zeromts, sizeof(zeromts));
1389                 }
1390         }
1391         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1392         error = sbuf_finish(&sbuf);
1393         sbuf_delete(&sbuf);
1394         return (error);
1395 }
1396
1397 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats,
1398     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRUCT | CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0,
1399     sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
1400     "Return malloc types");
1401
1402 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
1403     "Count of kernel malloc types");
1404
1405 void
1406 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
1407 {
1408         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
1409         int count, i;
1410         size_t buflen;
1411
1412         mtx_lock(&malloc_mtx);
1413 restart:
1414         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1415         count = kmemcount;
1416         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1417
1418         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
1419         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
1420
1421         mtx_lock(&malloc_mtx);
1422
1423         if (count < kmemcount) {
1424                 free(bufmtp, M_TEMP);
1425                 goto restart;
1426         }
1427
1428         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
1429                 bufmtp[i] = mtp;
1430
1431         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1432
1433         for (i = 0; i < count; i++)
1434                 (func)(bufmtp[i], arg);
1435
1436         free(bufmtp, M_TEMP);
1437 }
1438
1439 #ifdef DDB
1440 static int64_t
1441 get_malloc_stats(const struct malloc_type_internal *mtip, uint64_t *allocs,
1442     uint64_t *inuse)
1443 {
1444         const struct malloc_type_stats *mtsp;
1445         uint64_t frees, alloced, freed;
1446         int i;
1447
1448         *allocs = 0;
1449         frees = 0;
1450         alloced = 0;
1451         freed = 0;
1452         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1453                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1454
1455                 *allocs += mtsp->mts_numallocs;
1456                 frees += mtsp->mts_numfrees;
1457                 alloced += mtsp->mts_memalloced;
1458                 freed += mtsp->mts_memfreed;
1459         }
1460         *inuse = *allocs - frees;
1461         return (alloced - freed);
1462 }
1463
1464 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1465 {
1466         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
1467         struct malloc_type *mtp;
1468         uint64_t allocs, inuse;
1469         int64_t size;
1470         /* variables for sorting */
1471         struct malloc_type *last_mtype, *cur_mtype;
1472         int64_t cur_size, last_size;
1473         int ties;
1474
1475         if (modif[0] == 'i') {
1476                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s\n";
1477                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jdK,%ju\n";
1478         } else {
1479                 fmt_hdr = "%18s %12s  %12s %12s\n";
1480                 fmt_entry = "%18s %12ju %12jdK %12ju\n";
1481         }
1482
1483         db_printf(fmt_hdr, "Type", "InUse", "MemUse", "Requests");
1484
1485         /* Select sort, largest size first. */
1486         last_mtype = NULL;
1487         last_size = INT64_MAX;
1488         for (;;) {
1489                 cur_mtype = NULL;
1490                 cur_size = -1;
1491                 ties = 0;
1492
1493                 for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1494                         /*
1495                          * In the case of size ties, print out mtypes
1496                          * in the order they are encountered.  That is,
1497                          * when we encounter the most recently output
1498                          * mtype, we have already printed all preceding
1499                          * ties, and we must print all following ties.
1500                          */
1501                         if (mtp == last_mtype) {
1502                                 ties = 1;
1503                                 continue;
1504                         }
1505                         size = get_malloc_stats(&mtp->ks_mti, &allocs,
1506                             &inuse);
1507                         if (size > cur_size && size < last_size + ties) {
1508                                 cur_size = size;
1509                                 cur_mtype = mtp;
1510                         }
1511                 }
1512                 if (cur_mtype == NULL)
1513                         break;
1514
1515                 size = get_malloc_stats(&cur_mtype->ks_mti, &allocs, &inuse);
1516                 db_printf(fmt_entry, cur_mtype->ks_shortdesc, inuse,
1517                     howmany(size, 1024), allocs);
1518
1519                 if (db_pager_quit)
1520                         break;
1521
1522                 last_mtype = cur_mtype;
1523                 last_size = cur_size;
1524         }
1525 }
1526
1527 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1528 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1529 {
1530         struct malloc_type_internal *mtip;
1531         struct malloc_type *mtp;
1532         u_int subzone;
1533
1534         if (!have_addr) {
1535                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1536                 return;
1537         }
1538         mtp = (void *)addr;
1539         if (mtp->ks_version != M_VERSION) {
1540                 db_printf("Version %lx does not match expected %x\n",
1541                     mtp->ks_version, M_VERSION);
1542                 return;
1543         }
1544
1545         mtip = &mtp->ks_mti;
1546         subzone = mtip->mti_zone;
1547
1548         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1549                 mtip = &mtp->ks_mti;
1550                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1551                         continue;
1552                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1553                 if (db_pager_quit)
1554                         break;
1555         }
1556 }
1557 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1558 #endif /* DDB */