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/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 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 115 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 116
 117 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 118 static int kmemcount;
 119
 120 #define KMEM_ZSHIFT     4
 121 #define KMEM_ZBASE      16
 122 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 123
 124 #define KMEM_ZMAX       PAGE_SIZE
 125 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 126 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 127
 128 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 129 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 130 #endif
 131 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 132
 133 /*
 134  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 135  * of various sizes.
 136  *
 137  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 138  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 139  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 140  */
 141 struct {
 142         int kz_size;
 143         char *kz_name;
 144         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 145 } kmemzones[] = {
 146         {16, "16", },
 147         {32, "32", },
 148         {64, "64", },
 149         {128, "128", },
 150         {256, "256", },
 151         {512, "512", },
 152         {1024, "1024", },
 153         {2048, "2048", },
 154         {4096, "4096", },
 155 #if PAGE_SIZE > 4096
 156         {8192, "8192", },
 157 #if PAGE_SIZE > 8192
 158         {16384, "16384", },
 159 #if PAGE_SIZE > 16384
 160         {32768, "32768", },
 161 #if PAGE_SIZE > 32768
 162         {65536, "65536", },
 163 #if PAGE_SIZE > 65536
 164 #error  "Unsupported PAGE_SIZE"
 165 #endif  /* 65536 */
 166 #endif  /* 32768 */
 167 #endif  /* 16384 */
 168 #endif  /* 8192 */
 169 #endif  /* 4096 */
 170         {0, NULL},
 171 };
 172
 173 /*
 174  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 175  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 176  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 177  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 178  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 179  * declare malloc types.
 180  */
 181 static uma_zone_t mt_zone;
 182
 183 u_long vm_kmem_size;
 184 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 185     "Size of kernel memory");
 186
 187 static u_long vm_kmem_size_min;
 188 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 189     "Minimum size of kernel memory");
 190
 191 static u_long vm_kmem_size_max;
 192 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 193     "Maximum size of kernel memory");
 194
 195 static u_int vm_kmem_size_scale;
 196 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 197     "Scale factor for kernel memory size");
 198
 199 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 200 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 201     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 202     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 203
 204 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 205 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 206     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 207     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 208
 209 /*
 210  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 211  */
 212 struct mtx malloc_mtx;
 213
 214 #ifdef MALLOC_PROFILE
 215 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 216
 217 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 218 #endif
 219
 220 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 221
 222 /*
 223  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 224  */
 225 static time_t t_malloc_fail;
 226
 227 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 228 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 229     "Kernel malloc debugging options");
 230 #endif
 231
 232 /*
 233  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 234  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 235  */
 236 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 237 static int malloc_failure_rate;
 238 static int malloc_nowait_count;
 239 static int malloc_failure_count;
 240 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 241     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 242 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 243 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 244     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 245 #endif
 246
 247 static int
 248 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 249 {
 250         u_long size;
 251
 252         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 253         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 254 }
 255
 256 static int
 257 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 258 {
 259         u_long size;
 260
 261         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 262         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 263 }
 264
 265 /*
 266  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 267  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 268  */
 269 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 270 static void
 271 tunable_set_numzones(void)
 272 {
 273
 274         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 275             &numzones);
 276
 277         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 278         if (numzones <= 0)
 279                 numzones = 1;
 280         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 281                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 282 }
 283 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 284 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 285     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 286
 287 /*
 288  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 289  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 290  */
 291 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 292 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 293 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 294     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 295     "Nth character in the malloc type short description.");
 296
 297 static u_int
 298 mtp_get_subzone(const char *desc)
 299 {
 300         size_t len;
 301         u_int val;
 302
 303         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 304                 return (0);
 305         val = desc[zone_offset % len];
 306         return (val % numzones);
 307 }
 308 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 309 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 310 #else
 311 static inline u_int
 312 mtp_get_subzone(const char *desc)
 313 {
 314
 315         return (0);
 316 }
 317 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 318
 319 int
 320 malloc_last_fail(void)
 321 {
 322
 323         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 324 }
 325
 326 /*
 327  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 328  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 329  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 330  * statistics.
 331  */
 332 static void
 333 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 334     int zindx)
 335 {
 336         struct malloc_type_internal *mtip;
 337         struct malloc_type_stats *mtsp;
 338
 339         critical_enter();
 340         mtip = mtp->ks_handle;
 341         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 342         if (size > 0) {
 343                 mtsp->mts_memalloced += size;
 344                 mtsp->mts_numallocs++;
 345         }
 346         if (zindx != -1)
 347                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 348
 349 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 350         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 351                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 352                 if (probe_id != 0)
 353                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 354                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 355                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 356         }
 357 #endif
 358
 359         critical_exit();
 360 }
 361
 362 void
 363 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 364 {
 365
 366         if (size > 0)
 367                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 368 }
 369
 370 /*
 371  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 372  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 373  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 374  * statistics.
 375  */
 376 void
 377 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 378 {
 379         struct malloc_type_internal *mtip;
 380         struct malloc_type_stats *mtsp;
 381
 382         critical_enter();
 383         mtip = mtp->ks_handle;
 384         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 385         mtsp->mts_memfreed += size;
 386         mtsp->mts_numfrees++;
 387
 388 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 389         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 390                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 391                 if (probe_id != 0)
 392                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 393                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 394                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 395         }
 396 #endif
 397
 398         critical_exit();
 399 }
 400
 401 /*
 402  *      contigmalloc:
 403  *
 404  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 405  *
 406  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 407  *      the allocation fails.
 408  */
 409 void *
 410 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 411     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 412     vm_paddr_t boundary)
 413 {
 414         void *ret;
 415
 416         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 417             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 418         if (ret != NULL)
 419                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 420         return (ret);
 421 }
 422
 423 /*
 424  *      contigfree:
 425  *
 426  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 427  *
 428  *      This routine may not block.
 429  */
 430 void
 431 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 432 {
 433
 434         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 435         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 436 }
 437
 438 /*
 439  *      malloc:
 440  *
 441  *      Allocate a block of memory.
 442  *
 443  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 444  *      the allocation fails.
 445  */
 446 void *
 447 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 448 {
 449         int indx;
 450         struct malloc_type_internal *mtip;
 451         caddr_t va;
 452         uma_zone_t zone;
 453 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 454         unsigned long osize = size;
 455 #endif
 456
 457 #ifdef INVARIANTS
 458         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 459         /*
 460          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 461          */
 462         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 463         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 464                 static  struct timeval lasterr;
 465                 static  int curerr, once;
 466                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 467                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 468                         kdb_backtrace();
 469                         flags |= M_WAITOK;
 470                         once++;
 471                 }
 472         }
 473 #endif
 474 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 475         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 476                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 477                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 478                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 479                         t_malloc_fail = time_uptime;
 480                         return (NULL);
 481                 }
 482         }
 483 #endif
 484         if (flags & M_WAITOK)
 485                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 486                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 487
 488 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 489         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 490                 va = memguard_alloc(size, flags);
 491                 if (va != NULL)
 492                         return (va);
 493                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 494         }
 495 #endif
 496
 497 #ifdef DEBUG_REDZONE
 498         size = redzone_size_ntor(size);
 499 #endif
 500
 501         if (size <= KMEM_ZMAX) {
 502                 mtip = mtp->ks_handle;
 503                 if (size & KMEM_ZMASK)
 504                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 505                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 506                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 507                     ("mti_zone %u out of range %d",
 508                     mtip->mti_zone, numzones));
 509                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 510 #ifdef MALLOC_PROFILE
 511                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 512 #endif
 513                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 514                 if (va != NULL)
 515                         size = zone->uz_size;
 516                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 517         } else {
 518                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 519                 zone = NULL;
 520                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 521                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 522         }
 523         if (flags & M_WAITOK)
 524                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 525         else if (va == NULL)
 526                 t_malloc_fail = time_uptime;
 527 #ifdef DIAGNOSTIC
 528         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 529                 memset(va, 0x70, osize);
 530         }
 531 #endif
 532 #ifdef DEBUG_REDZONE
 533         if (va != NULL)
 534                 va = redzone_setup(va, osize);
 535 #endif
 536         return ((void *) va);
 537 }
 538
 539 /*
 540  *      free:
 541  *
 542  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 543  *
 544  *      This routine may not block.
 545  */
 546 void
 547 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 548 {
 549         uma_slab_t slab;
 550         u_long size;
 551
 552         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 553
 554         /* free(NULL, ...) does nothing */
 555         if (addr == NULL)
 556                 return;
 557
 558 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 559         if (is_memguard_addr(addr)) {
 560                 memguard_free(addr);
 561                 return;
 562         }
 563 #endif
 564
 565 #ifdef DEBUG_REDZONE
 566         redzone_check(addr);
 567         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 568 #endif
 569
 570         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 571
 572         if (slab == NULL)
 573                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 574                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 575
 576         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 577 #ifdef INVARIANTS
 578                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 579 #endif
 580                 size = slab->us_keg->uk_size;
 581 #ifdef INVARIANTS
 582                 /*
 583                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 584                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 585                  * have stepped on it later.
 586                  *
 587                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 588                  * 64 bit machines
 589                  */
 590                 mtpp = (struct malloc_type **)
 591                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 592                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 593                     sizeof(struct malloc_type *);
 594                 *mtpp = mtp;
 595 #endif
 596                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 597         } else {
 598                 size = slab->us_size;
 599                 uma_large_free(slab);
 600         }
 601         malloc_type_freed(mtp, size);
 602 }
 603
 604 /*
 605  *      realloc: change the size of a memory block
 606  */
 607 void *
 608 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 609 {
 610         uma_slab_t slab;
 611         unsigned long alloc;
 612         void *newaddr;
 613
 614         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 615             ("realloc: bad malloc type magic"));
 616
 617         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 618         if (addr == NULL)
 619                 return (malloc(size, mtp, flags));
 620
 621         /*
 622          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 623          * per-CPU stats.
 624          */
 625
 626 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 627         if (is_memguard_addr(addr))
 628                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 629 #endif
 630
 631 #ifdef DEBUG_REDZONE
 632         slab = NULL;
 633         alloc = redzone_get_size(addr);
 634 #else
 635         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 636
 637         /* Sanity check */
 638         KASSERT(slab != NULL,
 639             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 640
 641         /* Get the size of the original block */
 642         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 643                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 644         else
 645                 alloc = slab->us_size;
 646
 647         /* Reuse the original block if appropriate */
 648         if (size <= alloc
 649             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 650                 return (addr);
 651 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 652
 653         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 654         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 655                 return (NULL);
 656
 657         /* Copy over original contents */
 658         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 659         free(addr, mtp);
 660         return (newaddr);
 661 }
 662
 663 /*
 664  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 665  */
 666 void *
 667 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 668 {
 669         void *mem;
 670
 671         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 672                 free(addr, mtp);
 673         return (mem);
 674 }
 675
 676 /*
 677  * Wake the page daemon when we exhaust KVA.  It will call the lowmem handler
 678  * and uma_reclaim() callbacks in a context that is safe.
 679  */
 680 static void
 681 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 682 {
 683
 684         pagedaemon_wakeup();
 685 }
 686
 687 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 688
 689 /*
 690  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 691  */
 692 void
 693 kmeminit(void)
 694 {
 695         u_long mem_size, tmp;
 696
 697         /*
 698          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 699          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 700          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 701          * specifically,
 702          *
 703          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 704          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 705          *
 706          * Every architecture must define an integral value for
 707          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 708          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 709          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 710          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 711          * a given architecture.
 712          */
 713         mem_size = cnt.v_page_count;
 714
 715         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 716         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 717         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 718                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 719
 720         vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 721
 722 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 723         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 724 #endif
 725         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 726         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 727                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 728
 729 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 730         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 731 #endif
 732         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 733         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 734                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 735
 736         /*
 737          * Alternatively, the amount of KVA space that is preallocated to the
 738          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 739          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 740          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 741          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 742          */
 743 #if defined(VM_KMEM_SIZE)
 744         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 745 #endif
 746         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 747         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 748                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 749
 750         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 751 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 752         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 753 #else
 754         tmp = vm_kmem_size;
 755 #endif
 756         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 757             0, 0);
 758         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 759
 760 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 761         /*
 762          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 763          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 764          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 765          */
 766         memguard_init(kmem_arena);
 767 #endif
 768 }
 769
 770 /*
 771  * Initialize the kernel memory allocator
 772  */
 773 /* ARGSUSED*/
 774 static void
 775 mallocinit(void *dummy)
 776 {
 777         int i;
 778         uint8_t indx;
 779
 780         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 781
 782         kmeminit();
 783
 784         uma_startup2();
 785
 786         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 787 #ifdef INVARIANTS
 788             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 789 #else
 790             NULL, NULL, NULL, NULL,
 791 #endif
 792             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 793         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 794                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 795                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 796                 int subzone;
 797
 798                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 799                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 800                             uma_zcreate(name, size,
 801 #ifdef INVARIANTS
 802                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 803 #else
 804                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 805 #endif
 806                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 807                 }
 808                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 809                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 810
 811         }
 812 }
 813 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, mallocinit, NULL);
 814
 815 void
 816 malloc_init(void *data)
 817 {
 818         struct malloc_type_internal *mtip;
 819         struct malloc_type *mtp;
 820
 821         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 822
 823         mtp = data;
 824         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 825                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 826
 827         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 828         mtp->ks_handle = mtip;
 829         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 830
 831         mtx_lock(&malloc_mtx);
 832         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 833         kmemstatistics = mtp;
 834         kmemcount++;
 835         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 836 }
 837
 838 void
 839 malloc_uninit(void *data)
 840 {
 841         struct malloc_type_internal *mtip;
 842         struct malloc_type_stats *mtsp;
 843         struct malloc_type *mtp, *temp;
 844         uma_slab_t slab;
 845         long temp_allocs, temp_bytes;
 846         int i;
 847
 848         mtp = data;
 849         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 850             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 851         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 852
 853         mtx_lock(&malloc_mtx);
 854         mtip = mtp->ks_handle;
 855         mtp->ks_handle = NULL;
 856         if (mtp != kmemstatistics) {
 857                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 858                     temp = temp->ks_next) {
 859                         if (temp->ks_next == mtp) {
 860                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 861                                 break;
 862                         }
 863                 }
 864                 KASSERT(temp,
 865                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 866         } else
 867                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 868         kmemcount--;
 869         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 870
 871         /*
 872          * Look for memory leaks.
 873          */
 874         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 875         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 876                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 877                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 878                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 879                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 880                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 881         }
 882         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 883                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 884                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 885                     temp_allocs, temp_bytes);
 886         }
 887
 888         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 889         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 890 }
 891
 892 struct malloc_type *
 893 malloc_desc2type(const char *desc)
 894 {
 895         struct malloc_type *mtp;
 896
 897         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 898         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 899                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 900                         return (mtp);
 901         }
 902         return (NULL);
 903 }
 904
 905 static int
 906 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 907 {
 908         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 909         struct malloc_type_internal *mtip;
 910         struct malloc_type_header mth;
 911         struct malloc_type *mtp;
 912         int error, i;
 913         struct sbuf sbuf;
 914
 915         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 916         if (error != 0)
 917                 return (error);
 918         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 919         mtx_lock(&malloc_mtx);
 920
 921         /*
 922          * Insert stream header.
 923          */
 924         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 925         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 926         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 927         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 928         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 929
 930         /*
 931          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 932          */
 933         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 934                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 935
 936                 /*
 937                  * Insert type header.
 938                  */
 939                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 940                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 941                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 942
 943                 /*
 944                  * Insert type statistics for each CPU.
 945                  */
 946                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 947                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 948                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 949                 }
 950         }
 951         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 952         error = sbuf_finish(&sbuf);
 953         sbuf_delete(&sbuf);
 954         return (error);
 955 }
 956
 957 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 958     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 959     "Return malloc types");
 960
 961 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 962     "Count of kernel malloc types");
 963
 964 void
 965 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 966 {
 967         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 968         int count, i;
 969         size_t buflen;
 970
 971         mtx_lock(&malloc_mtx);
 972 restart:
 973         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 974         count = kmemcount;
 975         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 976
 977         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 978         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 979
 980         mtx_lock(&malloc_mtx);
 981
 982         if (count < kmemcount) {
 983                 free(bufmtp, M_TEMP);
 984                 goto restart;
 985         }
 986
 987         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 988                 bufmtp[i] = mtp;
 989
 990         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 991
 992         for (i = 0; i < count; i++)
 993                 (func)(bufmtp[i], arg);
 994
 995         free(bufmtp, M_TEMP);
 996 }
 997
 998 #ifdef DDB
 999 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1000 {
1001         struct malloc_type_internal *mtip;
1002         struct malloc_type *mtp;
1003         uint64_t allocs, frees;
1004         uint64_t alloced, freed;
1005         int i;
1006
1007         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1008             "Requests");
1009         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1010                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1011                 allocs = 0;
1012                 frees = 0;
1013                 alloced = 0;
1014                 freed = 0;
1015                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1016                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1017                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1018                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1019                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1020                 }
1021                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1022                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1023                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1024                 if (db_pager_quit)
1025                         break;
1026         }
1027 }
1028
1029 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1030 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1031 {
1032         struct malloc_type_internal *mtip;
1033         struct malloc_type *mtp;
1034         u_int subzone;
1035
1036         if (!have_addr) {
1037                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1038                 return;
1039         }
1040         mtp = (void *)addr;
1041         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1042                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1043                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1044                 return;
1045         }
1046
1047         mtip = mtp->ks_handle;
1048         subzone = mtip->mti_zone;
1049
1050         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1051                 mtip = mtp->ks_handle;
1052                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1053                         continue;
1054                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1055                 if (db_pager_quit)
1056                         break;
1057         }
1058 }
1059 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1060 #endif /* DDB */
1061
1062 #ifdef MALLOC_PROFILE
1063
1064 static int
1065 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1066 {
1067         struct sbuf sbuf;
1068         uint64_t count;
1069         uint64_t waste;
1070         uint64_t mem;
1071         int error;
1072         int rsize;
1073         int size;
1074         int i;
1075
1076         waste = 0;
1077         mem = 0;
1078
1079         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1080         if (error != 0)
1081                 return (error);
1082         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1083         sbuf_printf(&sbuf,
1084             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1085         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1086                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1087                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1088                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1089
1090                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1091                     (unsigned long long)count, rsize);
1092
1093                 if ((rsize * count) > (size * count))
1094                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1095                 mem += (rsize * count);
1096         }
1097         sbuf_printf(&sbuf,
1098             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1099             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1100         error = sbuf_finish(&sbuf);
1101         sbuf_delete(&sbuf);
1102         return (error);
1103 }
1104
1105 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1106     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1107 #endif /* MALLOC_PROFILE */