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  * Copyright (c) 2008 Otto Moerbeek <otto@drijf.net> (mallocarray)
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  33  */
  34
  35 /*
  36  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  37  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  38  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  39  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  40  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  41  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  42  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  43  * description.
  44  */
  45
  46 #include <sys/cdefs.h>
  47 __FBSDID("$FreeBSD$");
  48
  49 #include "opt_ddb.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/mutex.h>
  59 #include <sys/vmmeter.h>
  60 #include <sys/proc.h>
  61 #include <sys/sbuf.h>
  62 #include <sys/sysctl.h>
  63 #include <sys/time.h>
  64 #include <sys/vmem.h>
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68 #include <vm/vm_pageout.h>
  69 #include <vm/vm_param.h>
  70 #include <vm/vm_kern.h>
  71 #include <vm/vm_extern.h>
  72 #include <vm/vm_map.h>
  73 #include <vm/vm_page.h>
  74 #include <vm/uma.h>
  75 #include <vm/uma_int.h>
  76 #include <vm/uma_dbg.h>
  77
  78 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  79 #include <vm/memguard.h>
  80 #endif
  81 #ifdef DEBUG_REDZONE
  82 #include <vm/redzone.h>
  83 #endif
  84
  85 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  86 #include <machine/cpu.h>
  87 #endif
  88
  89 #include <ddb/ddb.h>
  90
  91 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  92 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  93
  94 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  95 #endif
  96
  97 /*
  98  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
  99  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 100  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 101  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 102  */
 103 #ifndef REALLOC_FRACTION
 104 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 105 #endif
 106
 107 /*
 108  * Centrally define some common malloc types.
 109  */
 110 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 111 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 112 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 113
 114 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 115 static int kmemcount;
 116
 117 #define KMEM_ZSHIFT     4
 118 #define KMEM_ZBASE      16
 119 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 120
 121 #define KMEM_ZMAX       65536
 122 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 123 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 124
 125 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 126 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 127 #endif
 128 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 129
 130 /*
 131  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 132  * of various sizes.
 133  *
 134  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 135  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 136  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 137  */
 138 struct {
 139         int kz_size;
 140         char *kz_name;
 141         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 142 } kmemzones[] = {
 143         {16, "16", },
 144         {32, "32", },
 145         {64, "64", },
 146         {128, "128", },
 147         {256, "256", },
 148         {512, "512", },
 149         {1024, "1024", },
 150         {2048, "2048", },
 151         {4096, "4096", },
 152         {8192, "8192", },
 153         {16384, "16384", },
 154         {32768, "32768", },
 155         {65536, "65536", },
 156         {0, NULL},
 157 };
 158
 159 /*
 160  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 161  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 162  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 163  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 164  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 165  * declare malloc types.
 166  */
 167 static uma_zone_t mt_zone;
 168
 169 u_long vm_kmem_size;
 170 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 171     "Size of kernel memory");
 172
 173 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 174 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 175     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 176
 177 static u_long vm_kmem_size_min;
 178 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 179     "Minimum size of kernel memory");
 180
 181 static u_long vm_kmem_size_max;
 182 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 183     "Maximum size of kernel memory");
 184
 185 static u_int vm_kmem_size_scale;
 186 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 187     "Scale factor for kernel memory size");
 188
 189 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 190 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 191     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 192     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 193
 194 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 195 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 196     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 197     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 198
 199 /*
 200  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 201  */
 202 struct mtx malloc_mtx;
 203
 204 #ifdef MALLOC_PROFILE
 205 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 206
 207 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 208 #endif
 209
 210 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 211
 212 /*
 213  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 214  */
 215 static time_t t_malloc_fail;
 216
 217 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 218 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 219     "Kernel malloc debugging options");
 220 #endif
 221
 222 /*
 223  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 224  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 225  */
 226 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 227 static int malloc_failure_rate;
 228 static int malloc_nowait_count;
 229 static int malloc_failure_count;
 230 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 231     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 232 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 233     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 234 #endif
 235
 236 static int
 237 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 238 {
 239         u_long size;
 240
 241         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 242         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 243 }
 244
 245 static int
 246 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 247 {
 248         u_long size;
 249
 250         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 251         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 252 }
 253
 254 /*
 255  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 256  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 257  */
 258 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 259 static void
 260 tunable_set_numzones(void)
 261 {
 262
 263         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 264             &numzones);
 265
 266         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 267         if (numzones <= 0)
 268                 numzones = 1;
 269         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 270                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 271 }
 272 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 273 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 274     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 275
 276 /*
 277  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 278  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 279  */
 280 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 281 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 282 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 283     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 284     "Nth character in the malloc type short description.");
 285
 286 static u_int
 287 mtp_get_subzone(const char *desc)
 288 {
 289         size_t len;
 290         u_int val;
 291
 292         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 293                 return (0);
 294         val = desc[zone_offset % len];
 295         return (val % numzones);
 296 }
 297 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 298 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 299 #else
 300 static inline u_int
 301 mtp_get_subzone(const char *desc)
 302 {
 303
 304         return (0);
 305 }
 306 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 307
 308 int
 309 malloc_last_fail(void)
 310 {
 311
 312         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 313 }
 314
 315 /*
 316  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 317  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 318  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 319  * statistics.
 320  */
 321 static void
 322 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 323     int zindx)
 324 {
 325         struct malloc_type_internal *mtip;
 326         struct malloc_type_stats *mtsp;
 327
 328         critical_enter();
 329         mtip = mtp->ks_handle;
 330         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 331         if (size > 0) {
 332                 mtsp->mts_memalloced += size;
 333                 mtsp->mts_numallocs++;
 334         }
 335         if (zindx != -1)
 336                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 337
 338 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 339         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 340                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 341                 if (probe_id != 0)
 342                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 343                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 344                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 345         }
 346 #endif
 347
 348         critical_exit();
 349 }
 350
 351 void
 352 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 353 {
 354
 355         if (size > 0)
 356                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 357 }
 358
 359 /*
 360  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 361  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 362  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 363  * statistics.
 364  */
 365 void
 366 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 367 {
 368         struct malloc_type_internal *mtip;
 369         struct malloc_type_stats *mtsp;
 370
 371         critical_enter();
 372         mtip = mtp->ks_handle;
 373         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 374         mtsp->mts_memfreed += size;
 375         mtsp->mts_numfrees++;
 376
 377 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 378         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 379                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 380                 if (probe_id != 0)
 381                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 382                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 383                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 384         }
 385 #endif
 386
 387         critical_exit();
 388 }
 389
 390 /*
 391  *      contigmalloc:
 392  *
 393  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 394  *
 395  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 396  *      the allocation fails.
 397  */
 398 void *
 399 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 400     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 401     vm_paddr_t boundary)
 402 {
 403         void *ret;
 404
 405         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 406             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 407         if (ret != NULL)
 408                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 409         return (ret);
 410 }
 411
 412 /*
 413  *      contigfree:
 414  *
 415  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 416  *
 417  *      This routine may not block.
 418  */
 419 void
 420 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 421 {
 422
 423         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 424         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 425 }
 426
 427 /*
 428  *      malloc:
 429  *
 430  *      Allocate a block of memory.
 431  *
 432  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 433  *      the allocation fails.
 434  */
 435 void *
 436 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 437 {
 438         int indx;
 439         struct malloc_type_internal *mtip;
 440         caddr_t va;
 441         uma_zone_t zone;
 442 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 443         unsigned long osize = size;
 444 #endif
 445
 446 #ifdef INVARIANTS
 447         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 448         /*
 449          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 450          */
 451         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 452         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 453                 static  struct timeval lasterr;
 454                 static  int curerr, once;
 455                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 456                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 457                         kdb_backtrace();
 458                         flags |= M_WAITOK;
 459                         once++;
 460                 }
 461         }
 462 #endif
 463 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 464         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 465                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 466                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 467                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 468                         t_malloc_fail = time_uptime;
 469                         return (NULL);
 470                 }
 471         }
 472 #endif
 473         if (flags & M_WAITOK)
 474                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 475                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 476         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 477             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 478
 479 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 480         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 481                 va = memguard_alloc(size, flags);
 482                 if (va != NULL)
 483                         return (va);
 484                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 485         }
 486 #endif
 487
 488 #ifdef DEBUG_REDZONE
 489         size = redzone_size_ntor(size);
 490 #endif
 491
 492         if (size <= kmem_zmax) {
 493                 mtip = mtp->ks_handle;
 494                 if (size & KMEM_ZMASK)
 495                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 496                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 497                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 498                     ("mti_zone %u out of range %d",
 499                     mtip->mti_zone, numzones));
 500                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 501 #ifdef MALLOC_PROFILE
 502                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 503 #endif
 504                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 505                 if (va != NULL)
 506                         size = zone->uz_size;
 507                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 508         } else {
 509                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 510                 zone = NULL;
 511                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 512                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 513         }
 514         if (flags & M_WAITOK)
 515                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 516         else if (va == NULL)
 517                 t_malloc_fail = time_uptime;
 518 #ifdef DIAGNOSTIC
 519         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 520                 memset(va, 0x70, osize);
 521         }
 522 #endif
 523 #ifdef DEBUG_REDZONE
 524         if (va != NULL)
 525                 va = redzone_setup(va, osize);
 526 #endif
 527         return ((void *) va);
 528 }
 529
 530 void *
 531 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 532 {
 533
 534         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 535                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 536
 537         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 538 }
 539
 540 /*
 541  *      free:
 542  *
 543  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 544  *
 545  *      This routine may not block.
 546  */
 547 void
 548 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 549 {
 550         uma_slab_t slab;
 551         u_long size;
 552
 553         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 554         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 555             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 556
 557         /* free(NULL, ...) does nothing */
 558         if (addr == NULL)
 559                 return;
 560
 561 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 562         if (is_memguard_addr(addr)) {
 563                 memguard_free(addr);
 564                 return;
 565         }
 566 #endif
 567
 568 #ifdef DEBUG_REDZONE
 569         redzone_check(addr);
 570         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 571 #endif
 572
 573         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 574
 575         if (slab == NULL)
 576                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 577                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 578
 579         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 580 #ifdef INVARIANTS
 581                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 582 #endif
 583                 size = slab->us_keg->uk_size;
 584 #ifdef INVARIANTS
 585                 /*
 586                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 587                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 588                  * have stepped on it later.
 589                  *
 590                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 591                  * 64 bit machines
 592                  */
 593                 mtpp = (struct malloc_type **)
 594                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 595                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 596                     sizeof(struct malloc_type *);
 597                 *mtpp = mtp;
 598 #endif
 599                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 600         } else {
 601                 size = slab->us_size;
 602                 uma_large_free(slab);
 603         }
 604         malloc_type_freed(mtp, size);
 605 }
 606
 607 /*
 608  *      realloc: change the size of a memory block
 609  */
 610 void *
 611 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 612 {
 613         uma_slab_t slab;
 614         unsigned long alloc;
 615         void *newaddr;
 616
 617         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 618             ("realloc: bad malloc type magic"));
 619         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 620             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 621
 622         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 623         if (addr == NULL)
 624                 return (malloc(size, mtp, flags));
 625
 626         /*
 627          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 628          * per-CPU stats.
 629          */
 630
 631 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 632         if (is_memguard_addr(addr))
 633                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 634 #endif
 635
 636 #ifdef DEBUG_REDZONE
 637         slab = NULL;
 638         alloc = redzone_get_size(addr);
 639 #else
 640         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 641
 642         /* Sanity check */
 643         KASSERT(slab != NULL,
 644             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 645
 646         /* Get the size of the original block */
 647         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 648                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 649         else
 650                 alloc = slab->us_size;
 651
 652         /* Reuse the original block if appropriate */
 653         if (size <= alloc
 654             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 655                 return (addr);
 656 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 657
 658         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 659         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 660                 return (NULL);
 661
 662         /* Copy over original contents */
 663         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 664         free(addr, mtp);
 665         return (newaddr);
 666 }
 667
 668 /*
 669  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 670  */
 671 void *
 672 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 673 {
 674         void *mem;
 675
 676         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 677                 free(addr, mtp);
 678         return (mem);
 679 }
 680
 681 /*
 682  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 683  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 684  * context that is safe.
 685  */
 686 static void
 687 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 688 {
 689
 690         uma_reclaim_wakeup();
 691         pagedaemon_wakeup();
 692 }
 693
 694 #ifndef __sparc64__
 695 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 696 #endif
 697
 698 /*
 699  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 700  */
 701 void
 702 kmeminit(void)
 703 {
 704         u_long mem_size;
 705         u_long tmp;
 706
 707 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 708         if (vm_kmem_size == 0)
 709                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 710 #endif
 711 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 712         if (vm_kmem_size_min == 0)
 713                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 714 #endif
 715 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 716         if (vm_kmem_size_max == 0)
 717                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 718 #endif
 719         /*
 720          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 721          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 722          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 723          * specifically,
 724          *
 725          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 726          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 727          *
 728          * Every architecture must define an integral value for
 729          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 730          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 731          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 732          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 733          * a given architecture.
 734          */
 735         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 736         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 737                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 738
 739         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 740                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 741
 742         /*
 743          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 744          * variable:
 745          */
 746         if (vm_kmem_size == 0) {
 747                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 748
 749                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 750                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 751                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 752                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 753         }
 754
 755         /*
 756          * The amount of KVA space that is preallocated to the
 757          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 758          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 759          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 760          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 761          */
 762         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 763                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 764
 765         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 766 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 767         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 768 #else
 769         tmp = vm_kmem_size;
 770 #endif
 771         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 772             0, 0);
 773         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 774
 775 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 776         /*
 777          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 778          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 779          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 780          */
 781         memguard_init(kmem_arena);
 782 #endif
 783 }
 784
 785 /*
 786  * Initialize the kernel memory allocator
 787  */
 788 /* ARGSUSED*/
 789 static void
 790 mallocinit(void *dummy)
 791 {
 792         int i;
 793         uint8_t indx;
 794
 795         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 796
 797         kmeminit();
 798
 799         uma_startup2();
 800
 801         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 802                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 803
 804         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 805 #ifdef INVARIANTS
 806             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 807 #else
 808             NULL, NULL, NULL, NULL,
 809 #endif
 810             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 811         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 812                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 813                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 814                 int subzone;
 815
 816                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 817                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 818                             uma_zcreate(name, size,
 819 #ifdef INVARIANTS
 820                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 821 #else
 822                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 823 #endif
 824                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 825                 }
 826                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 827                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 828
 829         }
 830 }
 831 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
 832
 833 void
 834 malloc_init(void *data)
 835 {
 836         struct malloc_type_internal *mtip;
 837         struct malloc_type *mtp;
 838
 839         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 840
 841         mtp = data;
 842         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 843                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 844
 845         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 846         mtp->ks_handle = mtip;
 847         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 848
 849         mtx_lock(&malloc_mtx);
 850         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 851         kmemstatistics = mtp;
 852         kmemcount++;
 853         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 854 }
 855
 856 void
 857 malloc_uninit(void *data)
 858 {
 859         struct malloc_type_internal *mtip;
 860         struct malloc_type_stats *mtsp;
 861         struct malloc_type *mtp, *temp;
 862         uma_slab_t slab;
 863         long temp_allocs, temp_bytes;
 864         int i;
 865
 866         mtp = data;
 867         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 868             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 869         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 870
 871         mtx_lock(&malloc_mtx);
 872         mtip = mtp->ks_handle;
 873         mtp->ks_handle = NULL;
 874         if (mtp != kmemstatistics) {
 875                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 876                     temp = temp->ks_next) {
 877                         if (temp->ks_next == mtp) {
 878                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 879                                 break;
 880                         }
 881                 }
 882                 KASSERT(temp,
 883                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 884         } else
 885                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 886         kmemcount--;
 887         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 888
 889         /*
 890          * Look for memory leaks.
 891          */
 892         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 893         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 894                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 895                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 896                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 897                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 898                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 899         }
 900         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 901                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 902                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 903                     temp_allocs, temp_bytes);
 904         }
 905
 906         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 907         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 908 }
 909
 910 struct malloc_type *
 911 malloc_desc2type(const char *desc)
 912 {
 913         struct malloc_type *mtp;
 914
 915         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 916         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 917                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 918                         return (mtp);
 919         }
 920         return (NULL);
 921 }
 922
 923 static int
 924 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 925 {
 926         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 927         struct malloc_type_internal *mtip;
 928         struct malloc_type_header mth;
 929         struct malloc_type *mtp;
 930         int error, i;
 931         struct sbuf sbuf;
 932
 933         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 934         if (error != 0)
 935                 return (error);
 936         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 937         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
 938         mtx_lock(&malloc_mtx);
 939
 940         /*
 941          * Insert stream header.
 942          */
 943         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 944         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 945         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 946         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 947         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 948
 949         /*
 950          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 951          */
 952         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 953                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 954
 955                 /*
 956                  * Insert type header.
 957                  */
 958                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 959                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 960                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 961
 962                 /*
 963                  * Insert type statistics for each CPU.
 964                  */
 965                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 966                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 967                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 968                 }
 969         }
 970         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 971         error = sbuf_finish(&sbuf);
 972         sbuf_delete(&sbuf);
 973         return (error);
 974 }
 975
 976 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 977     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 978     "Return malloc types");
 979
 980 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 981     "Count of kernel malloc types");
 982
 983 void
 984 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 985 {
 986         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 987         int count, i;
 988         size_t buflen;
 989
 990         mtx_lock(&malloc_mtx);
 991 restart:
 992         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 993         count = kmemcount;
 994         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 995
 996         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 997         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 998
 999         mtx_lock(&malloc_mtx);
1000
1001         if (count < kmemcount) {
1002                 free(bufmtp, M_TEMP);
1003                 goto restart;
1004         }
1005
1006         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
1007                 bufmtp[i] = mtp;
1008
1009         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1010
1011         for (i = 0; i < count; i++)
1012                 (func)(bufmtp[i], arg);
1013
1014         free(bufmtp, M_TEMP);
1015 }
1016
1017 #ifdef DDB
1018 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1019 {
1020         struct malloc_type_internal *mtip;
1021         struct malloc_type *mtp;
1022         uint64_t allocs, frees;
1023         uint64_t alloced, freed;
1024         int i;
1025
1026         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1027             "Requests");
1028         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1029                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1030                 allocs = 0;
1031                 frees = 0;
1032                 alloced = 0;
1033                 freed = 0;
1034                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1035                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1036                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1037                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1038                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1039                 }
1040                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1041                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1042                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1043                 if (db_pager_quit)
1044                         break;
1045         }
1046 }
1047
1048 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1049 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1050 {
1051         struct malloc_type_internal *mtip;
1052         struct malloc_type *mtp;
1053         u_int subzone;
1054
1055         if (!have_addr) {
1056                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1057                 return;
1058         }
1059         mtp = (void *)addr;
1060         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1061                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1062                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1063                 return;
1064         }
1065
1066         mtip = mtp->ks_handle;
1067         subzone = mtip->mti_zone;
1068
1069         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1070                 mtip = mtp->ks_handle;
1071                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1072                         continue;
1073                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1074                 if (db_pager_quit)
1075                         break;
1076         }
1077 }
1078 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1079 #endif /* DDB */
1080
1081 #ifdef MALLOC_PROFILE
1082
1083 static int
1084 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1085 {
1086         struct sbuf sbuf;
1087         uint64_t count;
1088         uint64_t waste;
1089         uint64_t mem;
1090         int error;
1091         int rsize;
1092         int size;
1093         int i;
1094
1095         waste = 0;
1096         mem = 0;
1097
1098         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1099         if (error != 0)
1100                 return (error);
1101         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1102         sbuf_printf(&sbuf,
1103             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1104         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1105                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1106                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1107                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1108
1109                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1110                     (unsigned long long)count, rsize);
1111
1112                 if ((rsize * count) > (size * count))
1113                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1114                 mem += (rsize * count);
1115         }
1116         sbuf_printf(&sbuf,
1117             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1118             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1119         error = sbuf_finish(&sbuf);
1120         sbuf_delete(&sbuf);
1121         return (error);
1122 }
1123
1124 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1125     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1126 #endif /* MALLOC_PROFILE */