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  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  34  */
  35
  36 /*
  37  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  38  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  39  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  40  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  41  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  42  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  43  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  44  * description.
  45  */
  46
  47 #include <sys/cdefs.h>
  48 __FBSDID("$FreeBSD$");
  49
  50 #include "opt_ddb.h"
  51 #include "opt_vm.h"
  52
  53 #include <sys/param.h>
  54 #include <sys/systm.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/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 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 116 static int kmemcount;
 117
 118 #define KMEM_ZSHIFT     4
 119 #define KMEM_ZBASE      16
 120 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 121
 122 #define KMEM_ZMAX       65536
 123 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 124 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 125
 126 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 127 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 128 #endif
 129 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 130
 131 /*
 132  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 133  * of various sizes.
 134  *
 135  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 136  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 137  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 138  */
 139 struct {
 140         int kz_size;
 141         char *kz_name;
 142         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 143 } kmemzones[] = {
 144         {16, "16", },
 145         {32, "32", },
 146         {64, "64", },
 147         {128, "128", },
 148         {256, "256", },
 149         {512, "512", },
 150         {1024, "1024", },
 151         {2048, "2048", },
 152         {4096, "4096", },
 153         {8192, "8192", },
 154         {16384, "16384", },
 155         {32768, "32768", },
 156         {65536, "65536", },
 157         {0, NULL},
 158 };
 159
 160 /*
 161  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 162  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 163  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 164  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 165  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 166  * declare malloc types.
 167  */
 168 static uma_zone_t mt_zone;
 169
 170 u_long vm_kmem_size;
 171 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 172     "Size of kernel memory");
 173
 174 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 175 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 176     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 177
 178 static u_long vm_kmem_size_min;
 179 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 180     "Minimum size of kernel memory");
 181
 182 static u_long vm_kmem_size_max;
 183 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 184     "Maximum size of kernel memory");
 185
 186 static u_int vm_kmem_size_scale;
 187 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 188     "Scale factor for kernel memory size");
 189
 190 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 191 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 192     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 193     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 194
 195 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 196 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 197     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 198     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 199
 200 /*
 201  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 202  */
 203 struct mtx malloc_mtx;
 204
 205 #ifdef MALLOC_PROFILE
 206 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 207
 208 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 209 #endif
 210
 211 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 212
 213 /*
 214  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 215  */
 216 static time_t t_malloc_fail;
 217
 218 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 219 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 220     "Kernel malloc debugging options");
 221 #endif
 222
 223 /*
 224  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 225  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 226  */
 227 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 228 static int malloc_failure_rate;
 229 static int malloc_nowait_count;
 230 static int malloc_failure_count;
 231 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 232     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 233 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 234     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 235 #endif
 236
 237 static int
 238 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 239 {
 240         u_long size;
 241
 242         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 243         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 244 }
 245
 246 static int
 247 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 248 {
 249         u_long size;
 250
 251         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 252         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 253 }
 254
 255 /*
 256  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 257  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 258  */
 259 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 260 static void
 261 tunable_set_numzones(void)
 262 {
 263
 264         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 265             &numzones);
 266
 267         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 268         if (numzones <= 0)
 269                 numzones = 1;
 270         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 271                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 272 }
 273 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 274 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 275     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 276
 277 /*
 278  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 279  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 280  */
 281 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 282 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 283 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 284     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 285     "Nth character in the malloc type short description.");
 286
 287 static u_int
 288 mtp_get_subzone(const char *desc)
 289 {
 290         size_t len;
 291         u_int val;
 292
 293         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 294                 return (0);
 295         val = desc[zone_offset % len];
 296         return (val % numzones);
 297 }
 298 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 299 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 300 #else
 301 static inline u_int
 302 mtp_get_subzone(const char *desc)
 303 {
 304
 305         return (0);
 306 }
 307 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 308
 309 int
 310 malloc_last_fail(void)
 311 {
 312
 313         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 314 }
 315
 316 /*
 317  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 318  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 319  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 320  * statistics.
 321  */
 322 static void
 323 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 324     int zindx)
 325 {
 326         struct malloc_type_internal *mtip;
 327         struct malloc_type_stats *mtsp;
 328
 329         critical_enter();
 330         mtip = mtp->ks_handle;
 331         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 332         if (size > 0) {
 333                 mtsp->mts_memalloced += size;
 334                 mtsp->mts_numallocs++;
 335         }
 336         if (zindx != -1)
 337                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 338
 339 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 340         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 341                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 342                 if (probe_id != 0)
 343                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 344                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 345                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 346         }
 347 #endif
 348
 349         critical_exit();
 350 }
 351
 352 void
 353 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 354 {
 355
 356         if (size > 0)
 357                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 358 }
 359
 360 /*
 361  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 362  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 363  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 364  * statistics.
 365  */
 366 void
 367 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 368 {
 369         struct malloc_type_internal *mtip;
 370         struct malloc_type_stats *mtsp;
 371
 372         critical_enter();
 373         mtip = mtp->ks_handle;
 374         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 375         mtsp->mts_memfreed += size;
 376         mtsp->mts_numfrees++;
 377
 378 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 379         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 380                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 381                 if (probe_id != 0)
 382                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 383                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 384                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 385         }
 386 #endif
 387
 388         critical_exit();
 389 }
 390
 391 /*
 392  *      contigmalloc:
 393  *
 394  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 395  *
 396  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 397  *      the allocation fails.
 398  */
 399 void *
 400 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 401     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 402     vm_paddr_t boundary)
 403 {
 404         void *ret;
 405
 406         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 407             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 408         if (ret != NULL)
 409                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 410         return (ret);
 411 }
 412
 413 /*
 414  *      contigfree:
 415  *
 416  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 417  *
 418  *      This routine may not block.
 419  */
 420 void
 421 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 422 {
 423
 424         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 425         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 426 }
 427
 428 /*
 429  *      malloc:
 430  *
 431  *      Allocate a block of memory.
 432  *
 433  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 434  *      the allocation fails.
 435  */
 436 void *
 437 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 438 {
 439         int indx;
 440         struct malloc_type_internal *mtip;
 441         caddr_t va;
 442         uma_zone_t zone;
 443 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 444         unsigned long osize = size;
 445 #endif
 446
 447 #ifdef INVARIANTS
 448         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 449         /*
 450          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 451          */
 452         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 453         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 454                 static  struct timeval lasterr;
 455                 static  int curerr, once;
 456                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 457                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 458                         kdb_backtrace();
 459                         flags |= M_WAITOK;
 460                         once++;
 461                 }
 462         }
 463 #endif
 464 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 465         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 466                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 467                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 468                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 469                         t_malloc_fail = time_uptime;
 470                         return (NULL);
 471                 }
 472         }
 473 #endif
 474         if (flags & M_WAITOK)
 475                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 476                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 477         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 478             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 479
 480 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 481         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 482                 va = memguard_alloc(size, flags);
 483                 if (va != NULL)
 484                         return (va);
 485                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 486         }
 487 #endif
 488
 489 #ifdef DEBUG_REDZONE
 490         size = redzone_size_ntor(size);
 491 #endif
 492
 493         if (size <= kmem_zmax) {
 494                 mtip = mtp->ks_handle;
 495                 if (size & KMEM_ZMASK)
 496                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 497                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 498                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 499                     ("mti_zone %u out of range %d",
 500                     mtip->mti_zone, numzones));
 501                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 502 #ifdef MALLOC_PROFILE
 503                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 504 #endif
 505                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 506                 if (va != NULL)
 507                         size = zone->uz_size;
 508                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 509         } else {
 510                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 511                 zone = NULL;
 512                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 513                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 514         }
 515         if (flags & M_WAITOK)
 516                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 517         else if (va == NULL)
 518                 t_malloc_fail = time_uptime;
 519 #ifdef DIAGNOSTIC
 520         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 521                 memset(va, 0x70, osize);
 522         }
 523 #endif
 524 #ifdef DEBUG_REDZONE
 525         if (va != NULL)
 526                 va = redzone_setup(va, osize);
 527 #endif
 528         return ((void *) va);
 529 }
 530
 531 /*
 532  *      free:
 533  *
 534  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 535  *
 536  *      This routine may not block.
 537  */
 538 void
 539 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 540 {
 541         uma_slab_t slab;
 542         u_long size;
 543
 544         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 545         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 546             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 547
 548         /* free(NULL, ...) does nothing */
 549         if (addr == NULL)
 550                 return;
 551
 552 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 553         if (is_memguard_addr(addr)) {
 554                 memguard_free(addr);
 555                 return;
 556         }
 557 #endif
 558
 559 #ifdef DEBUG_REDZONE
 560         redzone_check(addr);
 561         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 562 #endif
 563
 564         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 565
 566         if (slab == NULL)
 567                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 568                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 569
 570         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 571 #ifdef INVARIANTS
 572                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 573 #endif
 574                 size = slab->us_keg->uk_size;
 575 #ifdef INVARIANTS
 576                 /*
 577                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 578                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 579                  * have stepped on it later.
 580                  *
 581                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 582                  * 64 bit machines
 583                  */
 584                 mtpp = (struct malloc_type **)
 585                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 586                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 587                     sizeof(struct malloc_type *);
 588                 *mtpp = mtp;
 589 #endif
 590                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 591         } else {
 592                 size = slab->us_size;
 593                 uma_large_free(slab);
 594         }
 595         malloc_type_freed(mtp, size);
 596 }
 597
 598 /*
 599  *      realloc: change the size of a memory block
 600  */
 601 void *
 602 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 603 {
 604         uma_slab_t slab;
 605         unsigned long alloc;
 606         void *newaddr;
 607
 608         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 609             ("realloc: bad malloc type magic"));
 610         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 611             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 612
 613         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 614         if (addr == NULL)
 615                 return (malloc(size, mtp, flags));
 616
 617         /*
 618          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 619          * per-CPU stats.
 620          */
 621
 622 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 623         if (is_memguard_addr(addr))
 624                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 625 #endif
 626
 627 #ifdef DEBUG_REDZONE
 628         slab = NULL;
 629         alloc = redzone_get_size(addr);
 630 #else
 631         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 632
 633         /* Sanity check */
 634         KASSERT(slab != NULL,
 635             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 636
 637         /* Get the size of the original block */
 638         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 639                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 640         else
 641                 alloc = slab->us_size;
 642
 643         /* Reuse the original block if appropriate */
 644         if (size <= alloc
 645             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 646                 return (addr);
 647 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 648
 649         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 650         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 651                 return (NULL);
 652
 653         /* Copy over original contents */
 654         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 655         free(addr, mtp);
 656         return (newaddr);
 657 }
 658
 659 /*
 660  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 661  */
 662 void *
 663 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 664 {
 665         void *mem;
 666
 667         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 668                 free(addr, mtp);
 669         return (mem);
 670 }
 671
 672 /*
 673  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 674  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 675  * context that is safe.
 676  */
 677 static void
 678 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 679 {
 680
 681         uma_reclaim_wakeup();
 682         pagedaemon_wakeup();
 683 }
 684
 685 #ifndef __sparc64__
 686 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 687 #endif
 688
 689 /*
 690  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 691  */
 692 void
 693 kmeminit(void)
 694 {
 695         u_long mem_size;
 696         u_long tmp;
 697
 698 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 699         if (vm_kmem_size == 0)
 700                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 701 #endif
 702 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 703         if (vm_kmem_size_min == 0)
 704                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 705 #endif
 706 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 707         if (vm_kmem_size_max == 0)
 708                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 709 #endif
 710         /*
 711          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 712          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 713          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 714          * specifically,
 715          *
 716          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 717          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 718          *
 719          * Every architecture must define an integral value for
 720          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 721          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 722          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 723          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 724          * a given architecture.
 725          */
 726         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 727         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 728                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 729
 730         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 731                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 732
 733         /*
 734          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 735          * variable:
 736          */
 737         if (vm_kmem_size == 0) {
 738                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 739
 740                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 741                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 742                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 743                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 744         }
 745
 746         /*
 747          * The amount of KVA space that is preallocated to the
 748          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 749          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 750          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 751          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 752          */
 753         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 754                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 755
 756         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 757 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 758         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 759 #else
 760         tmp = vm_kmem_size;
 761 #endif
 762         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 763             0, 0);
 764         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 765
 766 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 767         /*
 768          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 769          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 770          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 771          */
 772         memguard_init(kmem_arena);
 773 #endif
 774 }
 775
 776 /*
 777  * Initialize the kernel memory allocator
 778  */
 779 /* ARGSUSED*/
 780 static void
 781 mallocinit(void *dummy)
 782 {
 783         int i;
 784         uint8_t indx;
 785
 786         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 787
 788         kmeminit();
 789
 790         uma_startup2();
 791
 792         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 793                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 794
 795         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 796 #ifdef INVARIANTS
 797             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 798 #else
 799             NULL, NULL, NULL, NULL,
 800 #endif
 801             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 802         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 803                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 804                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 805                 int subzone;
 806
 807                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 808                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 809                             uma_zcreate(name, size,
 810 #ifdef INVARIANTS
 811                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 812 #else
 813                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 814 #endif
 815                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 816                 }
 817                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 818                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 819
 820         }
 821 }
 822 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
 823
 824 void
 825 malloc_init(void *data)
 826 {
 827         struct malloc_type_internal *mtip;
 828         struct malloc_type *mtp;
 829
 830         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 831
 832         mtp = data;
 833         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 834                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 835
 836         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 837         mtp->ks_handle = mtip;
 838         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 839
 840         mtx_lock(&malloc_mtx);
 841         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 842         kmemstatistics = mtp;
 843         kmemcount++;
 844         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 845 }
 846
 847 void
 848 malloc_uninit(void *data)
 849 {
 850         struct malloc_type_internal *mtip;
 851         struct malloc_type_stats *mtsp;
 852         struct malloc_type *mtp, *temp;
 853         uma_slab_t slab;
 854         long temp_allocs, temp_bytes;
 855         int i;
 856
 857         mtp = data;
 858         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 859             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 860         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 861
 862         mtx_lock(&malloc_mtx);
 863         mtip = mtp->ks_handle;
 864         mtp->ks_handle = NULL;
 865         if (mtp != kmemstatistics) {
 866                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 867                     temp = temp->ks_next) {
 868                         if (temp->ks_next == mtp) {
 869                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 870                                 break;
 871                         }
 872                 }
 873                 KASSERT(temp,
 874                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 875         } else
 876                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 877         kmemcount--;
 878         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 879
 880         /*
 881          * Look for memory leaks.
 882          */
 883         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 884         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 885                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 886                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 887                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 888                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 889                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 890         }
 891         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 892                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 893                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 894                     temp_allocs, temp_bytes);
 895         }
 896
 897         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 898         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 899 }
 900
 901 struct malloc_type *
 902 malloc_desc2type(const char *desc)
 903 {
 904         struct malloc_type *mtp;
 905
 906         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 907         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 908                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 909                         return (mtp);
 910         }
 911         return (NULL);
 912 }
 913
 914 static int
 915 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 916 {
 917         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 918         struct malloc_type_internal *mtip;
 919         struct malloc_type_header mth;
 920         struct malloc_type *mtp;
 921         int error, i;
 922         struct sbuf sbuf;
 923
 924         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 925         if (error != 0)
 926                 return (error);
 927         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 928         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
 929         mtx_lock(&malloc_mtx);
 930
 931         /*
 932          * Insert stream header.
 933          */
 934         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 935         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 936         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 937         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 938         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 939
 940         /*
 941          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 942          */
 943         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 944                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 945
 946                 /*
 947                  * Insert type header.
 948                  */
 949                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 950                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 951                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 952
 953                 /*
 954                  * Insert type statistics for each CPU.
 955                  */
 956                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 957                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 958                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 959                 }
 960         }
 961         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 962         error = sbuf_finish(&sbuf);
 963         sbuf_delete(&sbuf);
 964         return (error);
 965 }
 966
 967 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 968     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 969     "Return malloc types");
 970
 971 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 972     "Count of kernel malloc types");
 973
 974 void
 975 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 976 {
 977         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 978         int count, i;
 979         size_t buflen;
 980
 981         mtx_lock(&malloc_mtx);
 982 restart:
 983         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 984         count = kmemcount;
 985         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 986
 987         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 988         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 989
 990         mtx_lock(&malloc_mtx);
 991
 992         if (count < kmemcount) {
 993                 free(bufmtp, M_TEMP);
 994                 goto restart;
 995         }
 996
 997         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 998                 bufmtp[i] = mtp;
 999
1000         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1001
1002         for (i = 0; i < count; i++)
1003                 (func)(bufmtp[i], arg);
1004
1005         free(bufmtp, M_TEMP);
1006 }
1007
1008 #ifdef DDB
1009 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1010 {
1011         struct malloc_type_internal *mtip;
1012         struct malloc_type *mtp;
1013         uint64_t allocs, frees;
1014         uint64_t alloced, freed;
1015         int i;
1016
1017         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1018             "Requests");
1019         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1020                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1021                 allocs = 0;
1022                 frees = 0;
1023                 alloced = 0;
1024                 freed = 0;
1025                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1026                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1027                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1028                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1029                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1030                 }
1031                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1032                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1033                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1034                 if (db_pager_quit)
1035                         break;
1036         }
1037 }
1038
1039 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1040 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1041 {
1042         struct malloc_type_internal *mtip;
1043         struct malloc_type *mtp;
1044         u_int subzone;
1045
1046         if (!have_addr) {
1047                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1048                 return;
1049         }
1050         mtp = (void *)addr;
1051         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1052                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1053                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1054                 return;
1055         }
1056
1057         mtip = mtp->ks_handle;
1058         subzone = mtip->mti_zone;
1059
1060         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1061                 mtip = mtp->ks_handle;
1062                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1063                         continue;
1064                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1065                 if (db_pager_quit)
1066                         break;
1067         }
1068 }
1069 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1070 #endif /* DDB */
1071
1072 #ifdef MALLOC_PROFILE
1073
1074 static int
1075 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1076 {
1077         struct sbuf sbuf;
1078         uint64_t count;
1079         uint64_t waste;
1080         uint64_t mem;
1081         int error;
1082         int rsize;
1083         int size;
1084         int i;
1085
1086         waste = 0;
1087         mem = 0;
1088
1089         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1090         if (error != 0)
1091                 return (error);
1092         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1093         sbuf_printf(&sbuf,
1094             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1095         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1096                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1097                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1098                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1099
1100                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1101                     (unsigned long long)count, rsize);
1102
1103                 if ((rsize * count) > (size * count))
1104                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1105                 mem += (rsize * count);
1106         }
1107         sbuf_printf(&sbuf,
1108             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1109             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1110         error = sbuf_finish(&sbuf);
1111         sbuf_delete(&sbuf);
1112         return (error);
1113 }
1114
1115 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1116     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1117 #endif /* MALLOC_PROFILE */