sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.
   4  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  16  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  17  *    without specific prior written permission.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  20  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  21  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  22  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  23  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  24  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  25  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  26  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  27  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  28  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  29  * SUCH DAMAGE.
  30  *
  31  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  32  */
  33
  34 /*
  35  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  36  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  37  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  38  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  39  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  40  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  41  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  42  * description.
  43  */
  44
  45 #include <sys/cdefs.h>
  46 __FBSDID("$FreeBSD$");
  47
  48 #include "opt_ddb.h"
  49 #include "opt_kdtrace.h"
  50 #include "opt_vm.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/kdb.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/lock.h>
  57 #include <sys/malloc.h>
  58 #include <sys/mbuf.h>
  59 #include <sys/mutex.h>
  60 #include <sys/vmmeter.h>
  61 #include <sys/proc.h>
  62 #include <sys/sbuf.h>
  63 #include <sys/sysctl.h>
  64 #include <sys/time.h>
  65 #include <sys/vmem.h>
  66
  67 #include <vm/vm.h>
  68 #include <vm/pmap.h>
  69 #include <vm/vm_pageout.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <vm/vm_kern.h>
  72 #include <vm/vm_extern.h>
  73 #include <vm/vm_map.h>
  74 #include <vm/vm_page.h>
  75 #include <vm/uma.h>
  76 #include <vm/uma_int.h>
  77 #include <vm/uma_dbg.h>
  78
  79 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  80 #include <vm/memguard.h>
  81 #endif
  82 #ifdef DEBUG_REDZONE
  83 #include <vm/redzone.h>
  84 #endif
  85
  86 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  87 #include <machine/cpu.h>
  88 #endif
  89
  90 #include <ddb/ddb.h>
  91
  92 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  93 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  94
  95 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  96 #endif
  97
  98 /*
  99  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 100  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 101  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 102  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 103  */
 104 #ifndef REALLOC_FRACTION
 105 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 106 #endif
 107
 108 /*
 109  * Centrally define some common malloc types.
 110  */
 111 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 112 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 113 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 114
 115 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 116 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 117
 118 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 119 static int kmemcount;
 120
 121 #define KMEM_ZSHIFT     4
 122 #define KMEM_ZBASE      16
 123 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 124
 125 #define KMEM_ZMAX       PAGE_SIZE
 126 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 127 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 128
 129 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 130 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 131 #endif
 132 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 133
 134 /*
 135  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 136  * of various sizes.
 137  *
 138  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 139  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 140  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 141  */
 142 struct {
 143         int kz_size;
 144         char *kz_name;
 145         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 146 } kmemzones[] = {
 147         {16, "16", },
 148         {32, "32", },
 149         {64, "64", },
 150         {128, "128", },
 151         {256, "256", },
 152         {512, "512", },
 153         {1024, "1024", },
 154         {2048, "2048", },
 155         {4096, "4096", },
 156 #if PAGE_SIZE > 4096
 157         {8192, "8192", },
 158 #if PAGE_SIZE > 8192
 159         {16384, "16384", },
 160 #if PAGE_SIZE > 16384
 161         {32768, "32768", },
 162 #if PAGE_SIZE > 32768
 163         {65536, "65536", },
 164 #if PAGE_SIZE > 65536
 165 #error  "Unsupported PAGE_SIZE"
 166 #endif  /* 65536 */
 167 #endif  /* 32768 */
 168 #endif  /* 16384 */
 169 #endif  /* 8192 */
 170 #endif  /* 4096 */
 171         {0, NULL},
 172 };
 173
 174 /*
 175  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 176  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 177  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 178  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 179  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 180  * declare malloc types.
 181  */
 182 static uma_zone_t mt_zone;
 183
 184 u_long vm_kmem_size;
 185 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 186     "Size of kernel memory");
 187
 188 static u_long vm_kmem_size_min;
 189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 190     "Minimum size of kernel memory");
 191
 192 static u_long vm_kmem_size_max;
 193 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 194     "Maximum size of kernel memory");
 195
 196 static u_int vm_kmem_size_scale;
 197 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 198     "Scale factor for kernel memory size");
 199
 200 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 201 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 202     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 203     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 204
 205 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 206 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 207     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 208     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 209
 210 /*
 211  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 212  */
 213 struct mtx malloc_mtx;
 214
 215 #ifdef MALLOC_PROFILE
 216 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 217
 218 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 219 #endif
 220
 221 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 222
 223 /*
 224  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 225  */
 226 static time_t t_malloc_fail;
 227
 228 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 229 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 230     "Kernel malloc debugging options");
 231 #endif
 232
 233 /*
 234  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 235  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 236  */
 237 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 238 static int malloc_failure_rate;
 239 static int malloc_nowait_count;
 240 static int malloc_failure_count;
 241 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 242     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 243 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 244 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 245     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 246 #endif
 247
 248 static int
 249 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 250 {
 251         u_long size;
 252
 253         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 254         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 255 }
 256
 257 static int
 258 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 259 {
 260         u_long size;
 261
 262         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 263         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 264 }
 265
 266 /*
 267  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 268  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 269  */
 270 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 271 static void
 272 tunable_set_numzones(void)
 273 {
 274
 275         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 276             &numzones);
 277
 278         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 279         if (numzones <= 0)
 280                 numzones = 1;
 281         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 282                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 283 }
 284 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 285 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 286     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 287
 288 /*
 289  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 290  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 291  */
 292 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 293 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 294 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 295     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 296     "Nth character in the malloc type short description.");
 297
 298 static u_int
 299 mtp_get_subzone(const char *desc)
 300 {
 301         size_t len;
 302         u_int val;
 303
 304         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 305                 return (0);
 306         val = desc[zone_offset % len];
 307         return (val % numzones);
 308 }
 309 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 310 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 311 #else
 312 static inline u_int
 313 mtp_get_subzone(const char *desc)
 314 {
 315
 316         return (0);
 317 }
 318 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 319
 320 int
 321 malloc_last_fail(void)
 322 {
 323
 324         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 325 }
 326
 327 /*
 328  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 329  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 330  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 331  * statistics.
 332  */
 333 static void
 334 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 335     int zindx)
 336 {
 337         struct malloc_type_internal *mtip;
 338         struct malloc_type_stats *mtsp;
 339
 340         critical_enter();
 341         mtip = mtp->ks_handle;
 342         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 343         if (size > 0) {
 344                 mtsp->mts_memalloced += size;
 345                 mtsp->mts_numallocs++;
 346         }
 347         if (zindx != -1)
 348                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 349
 350 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 351         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 352                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 353                 if (probe_id != 0)
 354                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 355                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 356                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 357         }
 358 #endif
 359
 360         critical_exit();
 361 }
 362
 363 void
 364 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 365 {
 366
 367         if (size > 0)
 368                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 369 }
 370
 371 /*
 372  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 373  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 374  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 375  * statistics.
 376  */
 377 void
 378 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 379 {
 380         struct malloc_type_internal *mtip;
 381         struct malloc_type_stats *mtsp;
 382
 383         critical_enter();
 384         mtip = mtp->ks_handle;
 385         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 386         mtsp->mts_memfreed += size;
 387         mtsp->mts_numfrees++;
 388
 389 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 390         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 391                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 392                 if (probe_id != 0)
 393                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 394                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 395                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 396         }
 397 #endif
 398
 399         critical_exit();
 400 }
 401
 402 /*
 403  *      contigmalloc:
 404  *
 405  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 406  *
 407  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 408  *      the allocation fails.
 409  */
 410 void *
 411 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 412     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 413     vm_paddr_t boundary)
 414 {
 415         void *ret;
 416
 417         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 418             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 419         if (ret != NULL)
 420                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 421         return (ret);
 422 }
 423
 424 /*
 425  *      contigfree:
 426  *
 427  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 428  *
 429  *      This routine may not block.
 430  */
 431 void
 432 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 433 {
 434
 435         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 436         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 437 }
 438
 439 /*
 440  *      malloc:
 441  *
 442  *      Allocate a block of memory.
 443  *
 444  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 445  *      the allocation fails.
 446  */
 447 void *
 448 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 449 {
 450         int indx;
 451         struct malloc_type_internal *mtip;
 452         caddr_t va;
 453         uma_zone_t zone;
 454 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 455         unsigned long osize = size;
 456 #endif
 457
 458 #ifdef INVARIANTS
 459         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 460         /*
 461          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 462          */
 463         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 464         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 465                 static  struct timeval lasterr;
 466                 static  int curerr, once;
 467                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 468                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 469                         kdb_backtrace();
 470                         flags |= M_WAITOK;
 471                         once++;
 472                 }
 473         }
 474 #endif
 475 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 476         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 477                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 478                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 479                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 480                         t_malloc_fail = time_uptime;
 481                         return (NULL);
 482                 }
 483         }
 484 #endif
 485         if (flags & M_WAITOK)
 486                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 487                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 488
 489 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 490         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 491                 va = memguard_alloc(size, flags);
 492                 if (va != NULL)
 493                         return (va);
 494                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 495         }
 496 #endif
 497
 498 #ifdef DEBUG_REDZONE
 499         size = redzone_size_ntor(size);
 500 #endif
 501
 502         if (size <= KMEM_ZMAX) {
 503                 mtip = mtp->ks_handle;
 504                 if (size & KMEM_ZMASK)
 505                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 506                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 507                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 508                     ("mti_zone %u out of range %d",
 509                     mtip->mti_zone, numzones));
 510                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 511 #ifdef MALLOC_PROFILE
 512                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 513 #endif
 514                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 515                 if (va != NULL)
 516                         size = zone->uz_size;
 517                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 518         } else {
 519                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 520                 zone = NULL;
 521                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 522                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 523         }
 524         if (flags & M_WAITOK)
 525                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 526         else if (va == NULL)
 527                 t_malloc_fail = time_uptime;
 528 #ifdef DIAGNOSTIC
 529         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 530                 memset(va, 0x70, osize);
 531         }
 532 #endif
 533 #ifdef DEBUG_REDZONE
 534         if (va != NULL)
 535                 va = redzone_setup(va, osize);
 536 #endif
 537         return ((void *) va);
 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
 555         /* free(NULL, ...) does nothing */
 556         if (addr == NULL)
 557                 return;
 558
 559 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 560         if (is_memguard_addr(addr)) {
 561                 memguard_free(addr);
 562                 return;
 563         }
 564 #endif
 565
 566 #ifdef DEBUG_REDZONE
 567         redzone_check(addr);
 568         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 569 #endif
 570
 571         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 572
 573         if (slab == NULL)
 574                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 575                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 576
 577         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 578 #ifdef INVARIANTS
 579                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 580 #endif
 581                 size = slab->us_keg->uk_size;
 582 #ifdef INVARIANTS
 583                 /*
 584                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 585                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 586                  * have stepped on it later.
 587                  *
 588                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 589                  * 64 bit machines
 590                  */
 591                 mtpp = (struct malloc_type **)
 592                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 593                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 594                     sizeof(struct malloc_type *);
 595                 *mtpp = mtp;
 596 #endif
 597                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 598         } else {
 599                 size = slab->us_size;
 600                 uma_large_free(slab);
 601         }
 602         malloc_type_freed(mtp, size);
 603 }
 604
 605 /*
 606  *      realloc: change the size of a memory block
 607  */
 608 void *
 609 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 610 {
 611         uma_slab_t slab;
 612         unsigned long alloc;
 613         void *newaddr;
 614
 615         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 616             ("realloc: bad malloc type magic"));
 617
 618         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 619         if (addr == NULL)
 620                 return (malloc(size, mtp, flags));
 621
 622         /*
 623          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 624          * per-CPU stats.
 625          */
 626
 627 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 628         if (is_memguard_addr(addr))
 629                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 630 #endif
 631
 632 #ifdef DEBUG_REDZONE
 633         slab = NULL;
 634         alloc = redzone_get_size(addr);
 635 #else
 636         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 637
 638         /* Sanity check */
 639         KASSERT(slab != NULL,
 640             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 641
 642         /* Get the size of the original block */
 643         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 644                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 645         else
 646                 alloc = slab->us_size;
 647
 648         /* Reuse the original block if appropriate */
 649         if (size <= alloc
 650             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 651                 return (addr);
 652 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 653
 654         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 655         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 656                 return (NULL);
 657
 658         /* Copy over original contents */
 659         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 660         free(addr, mtp);
 661         return (newaddr);
 662 }
 663
 664 /*
 665  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 666  */
 667 void *
 668 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 669 {
 670         void *mem;
 671
 672         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 673                 free(addr, mtp);
 674         return (mem);
 675 }
 676
 677 /*
 678  * Wake the page daemon when we exhaust KVA.  It will call the lowmem handler
 679  * and uma_reclaim() callbacks in a context that is safe.
 680  */
 681 static void
 682 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 683 {
 684
 685         pagedaemon_wakeup();
 686 }
 687
 688 /*
 689  * Initialize the kernel memory arena.
 690  */
 691 void
 692 kmeminit(void)
 693 {
 694         u_long mem_size, tmp;
 695
 696         /*
 697          * Try to auto-tune the kernel memory size, so that it is
 698          * more applicable for a wider range of machine sizes.  The
 699          * VM_KMEM_SIZE_MAX is dependent on the maximum KVA space
 700          * available.
 701          *
 702          * Note that the kmem_map is also used by the zone allocator,
 703          * so make sure that there is enough space.
 704          */
 705         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE + nmbclusters * PAGE_SIZE;
 706         mem_size = cnt.v_page_count;
 707
 708 #if defined(VM_KMEM_SIZE_SCALE)
 709         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 710 #endif
 711         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 712         if (vm_kmem_size_scale > 0 &&
 713             (mem_size / vm_kmem_size_scale) > (vm_kmem_size / PAGE_SIZE))
 714                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 715
 716 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 717         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 718 #endif
 719         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 720         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min) {
 721                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 722         }
 723
 724 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 725         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 726 #endif
 727         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 728         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 729                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 730
 731         /* Allow final override from the kernel environment */
 732         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 733
 734         /*
 735          * Limit kmem virtual size to twice the physical memory.
 736          * This allows for kmem map sparseness, but limits the size
 737          * to something sane.  Be careful to not overflow the 32bit
 738          * ints while doing the check or the adjustment.
 739          */
 740         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 741                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 742
 743         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 744 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 745         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 746 #else
 747         tmp = vm_kmem_size;
 748 #endif
 749         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 750             0, 0);
 751         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 752
 753 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 754         /*
 755          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 756          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 757          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 758          */
 759         memguard_init(kmem_arena);
 760 #endif
 761 }
 762
 763 /*
 764  * Initialize the kernel memory allocator
 765  */
 766 /* ARGSUSED*/
 767 static void
 768 mallocinit(void *dummy)
 769 {
 770         int i;
 771         uint8_t indx;
 772
 773         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 774
 775         kmeminit();
 776
 777         uma_startup2();
 778
 779         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 780 #ifdef INVARIANTS
 781             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 782 #else
 783             NULL, NULL, NULL, NULL,
 784 #endif
 785             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 786         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 787                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 788                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 789                 int subzone;
 790
 791                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 792                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 793                             uma_zcreate(name, size,
 794 #ifdef INVARIANTS
 795                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 796 #else
 797                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 798 #endif
 799                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 800                 }
 801                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 802                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 803
 804         }
 805 }
 806 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, mallocinit, NULL);
 807
 808 void
 809 malloc_init(void *data)
 810 {
 811         struct malloc_type_internal *mtip;
 812         struct malloc_type *mtp;
 813
 814         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 815
 816         mtp = data;
 817         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 818                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 819
 820         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 821         mtp->ks_handle = mtip;
 822         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 823
 824         mtx_lock(&malloc_mtx);
 825         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 826         kmemstatistics = mtp;
 827         kmemcount++;
 828         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 829 }
 830
 831 void
 832 malloc_uninit(void *data)
 833 {
 834         struct malloc_type_internal *mtip;
 835         struct malloc_type_stats *mtsp;
 836         struct malloc_type *mtp, *temp;
 837         uma_slab_t slab;
 838         long temp_allocs, temp_bytes;
 839         int i;
 840
 841         mtp = data;
 842         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 843             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 844         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 845
 846         mtx_lock(&malloc_mtx);
 847         mtip = mtp->ks_handle;
 848         mtp->ks_handle = NULL;
 849         if (mtp != kmemstatistics) {
 850                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 851                     temp = temp->ks_next) {
 852                         if (temp->ks_next == mtp) {
 853                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 854                                 break;
 855                         }
 856                 }
 857                 KASSERT(temp,
 858                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 859         } else
 860                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 861         kmemcount--;
 862         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 863
 864         /*
 865          * Look for memory leaks.
 866          */
 867         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 868         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 869                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 870                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 871                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 872                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 873                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 874         }
 875         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 876                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 877                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 878                     temp_allocs, temp_bytes);
 879         }
 880
 881         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 882         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 883 }
 884
 885 struct malloc_type *
 886 malloc_desc2type(const char *desc)
 887 {
 888         struct malloc_type *mtp;
 889
 890         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 891         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 892                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 893                         return (mtp);
 894         }
 895         return (NULL);
 896 }
 897
 898 static int
 899 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 900 {
 901         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 902         struct malloc_type_internal *mtip;
 903         struct malloc_type_header mth;
 904         struct malloc_type *mtp;
 905         int error, i;
 906         struct sbuf sbuf;
 907
 908         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 909         if (error != 0)
 910                 return (error);
 911         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 912         mtx_lock(&malloc_mtx);
 913
 914         /*
 915          * Insert stream header.
 916          */
 917         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 918         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 919         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 920         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 921         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 922
 923         /*
 924          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 925          */
 926         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 927                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 928
 929                 /*
 930                  * Insert type header.
 931                  */
 932                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 933                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 934                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 935
 936                 /*
 937                  * Insert type statistics for each CPU.
 938                  */
 939                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 940                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 941                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 942                 }
 943         }
 944         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 945         error = sbuf_finish(&sbuf);
 946         sbuf_delete(&sbuf);
 947         return (error);
 948 }
 949
 950 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 951     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 952     "Return malloc types");
 953
 954 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 955     "Count of kernel malloc types");
 956
 957 void
 958 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 959 {
 960         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 961         int count, i;
 962         size_t buflen;
 963
 964         mtx_lock(&malloc_mtx);
 965 restart:
 966         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 967         count = kmemcount;
 968         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 969
 970         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 971         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 972
 973         mtx_lock(&malloc_mtx);
 974
 975         if (count < kmemcount) {
 976                 free(bufmtp, M_TEMP);
 977                 goto restart;
 978         }
 979
 980         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 981                 bufmtp[i] = mtp;
 982
 983         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 984
 985         for (i = 0; i < count; i++)
 986                 (func)(bufmtp[i], arg);
 987
 988         free(bufmtp, M_TEMP);
 989 }
 990
 991 #ifdef DDB
 992 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
 993 {
 994         struct malloc_type_internal *mtip;
 995         struct malloc_type *mtp;
 996         uint64_t allocs, frees;
 997         uint64_t alloced, freed;
 998         int i;
 999
1000         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1001             "Requests");
1002         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1003                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1004                 allocs = 0;
1005                 frees = 0;
1006                 alloced = 0;
1007                 freed = 0;
1008                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1009                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1010                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1011                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1012                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1013                 }
1014                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1015                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1016                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1017                 if (db_pager_quit)
1018                         break;
1019         }
1020 }
1021
1022 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1023 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1024 {
1025         struct malloc_type_internal *mtip;
1026         struct malloc_type *mtp;
1027         u_int subzone;
1028
1029         if (!have_addr) {
1030                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1031                 return;
1032         }
1033         mtp = (void *)addr;
1034         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1035                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1036                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1037                 return;
1038         }
1039
1040         mtip = mtp->ks_handle;
1041         subzone = mtip->mti_zone;
1042
1043         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1044                 mtip = mtp->ks_handle;
1045                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1046                         continue;
1047                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1048                 if (db_pager_quit)
1049                         break;
1050         }
1051 }
1052 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1053 #endif /* DDB */
1054
1055 #ifdef MALLOC_PROFILE
1056
1057 static int
1058 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1059 {
1060         struct sbuf sbuf;
1061         uint64_t count;
1062         uint64_t waste;
1063         uint64_t mem;
1064         int error;
1065         int rsize;
1066         int size;
1067         int i;
1068
1069         waste = 0;
1070         mem = 0;
1071
1072         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1073         if (error != 0)
1074                 return (error);
1075         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1076         sbuf_printf(&sbuf,
1077             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1078         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1079                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1080                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1081                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1082
1083                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1084                     (unsigned long long)count, rsize);
1085
1086                 if ((rsize * count) > (size * count))
1087                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1088                 mem += (rsize * count);
1089         }
1090         sbuf_printf(&sbuf,
1091             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1092             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1093         error = sbuf_finish(&sbuf);
1094         sbuf_delete(&sbuf);
1095         return (error);
1096 }
1097
1098 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1099     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1100 #endif /* MALLOC_PROFILE */