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
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68 #include <vm/vm_param.h>
  69 #include <vm/vm_kern.h>
  70 #include <vm/vm_extern.h>
  71 #include <vm/vm_map.h>
  72 #include <vm/vm_page.h>
  73 #include <vm/uma.h>
  74 #include <vm/uma_int.h>
  75 #include <vm/uma_dbg.h>
  76
  77 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  78 #include <vm/memguard.h>
  79 #endif
  80 #ifdef DEBUG_REDZONE
  81 #include <vm/redzone.h>
  82 #endif
  83
  84 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  85 #include <machine/cpu.h>
  86 #endif
  87
  88 #include <ddb/ddb.h>
  89
  90 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  91 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  92
  93 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  94 #endif
  95
  96 /*
  97  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
  98  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
  99  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 100  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 101  */
 102 #ifndef REALLOC_FRACTION
 103 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 104 #endif
 105
 106 /*
 107  * Centrally define some common malloc types.
 108  */
 109 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 110 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 111 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 112
 113 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 114 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 115
 116 static void kmeminit(void *);
 117 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL);
 118
 119 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 120 static vm_offset_t kmembase;
 121 static vm_offset_t kmemlimit;
 122 static int kmemcount;
 123
 124 #define KMEM_ZSHIFT     4
 125 #define KMEM_ZBASE      16
 126 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 127
 128 #define KMEM_ZMAX       PAGE_SIZE
 129 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 130 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 131
 132 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 133 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 134 #endif
 135 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 136
 137 /*
 138  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 139  * of various sizes.
 140  *
 141  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 142  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 143  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 144  */
 145 struct {
 146         int kz_size;
 147         char *kz_name;
 148         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 149 } kmemzones[] = {
 150         {16, "16", },
 151         {32, "32", },
 152         {64, "64", },
 153         {128, "128", },
 154         {256, "256", },
 155         {512, "512", },
 156         {1024, "1024", },
 157         {2048, "2048", },
 158         {4096, "4096", },
 159 #if PAGE_SIZE > 4096
 160         {8192, "8192", },
 161 #if PAGE_SIZE > 8192
 162         {16384, "16384", },
 163 #if PAGE_SIZE > 16384
 164         {32768, "32768", },
 165 #if PAGE_SIZE > 32768
 166         {65536, "65536", },
 167 #if PAGE_SIZE > 65536
 168 #error  "Unsupported PAGE_SIZE"
 169 #endif  /* 65536 */
 170 #endif  /* 32768 */
 171 #endif  /* 16384 */
 172 #endif  /* 8192 */
 173 #endif  /* 4096 */
 174         {0, NULL},
 175 };
 176
 177 /*
 178  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 179  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 180  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 181  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 182  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 183  * declare malloc types.
 184  */
 185 static uma_zone_t mt_zone;
 186
 187 u_long vm_kmem_size;
 188 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 189     "Size of kernel memory");
 190
 191 static u_long vm_kmem_size_min;
 192 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 193     "Minimum size of kernel memory");
 194
 195 static u_long vm_kmem_size_max;
 196 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 197     "Maximum size of kernel memory");
 198
 199 static u_int vm_kmem_size_scale;
 200 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 201     "Scale factor for kernel memory size");
 202
 203 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 204 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 205     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 206     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem_map allocation size");
 207
 208 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 209 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 210     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 211     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Largest contiguous free range in kmem_map");
 212
 213 /*
 214  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 215  */
 216 struct mtx malloc_mtx;
 217
 218 #ifdef MALLOC_PROFILE
 219 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 220
 221 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 222 #endif
 223
 224 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 225
 226 /*
 227  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 228  */
 229 static time_t t_malloc_fail;
 230
 231 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 232 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 233     "Kernel malloc debugging options");
 234 #endif
 235
 236 /*
 237  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 238  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 239  */
 240 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 241 static int malloc_failure_rate;
 242 static int malloc_nowait_count;
 243 static int malloc_failure_count;
 244 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 245     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 246 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 247 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 248     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 249 #endif
 250
 251 static int
 252 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 253 {
 254         u_long size;
 255
 256         size = kmem_map->size;
 257         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 258 }
 259
 260 static int
 261 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 262 {
 263         u_long size;
 264
 265         vm_map_lock_read(kmem_map);
 266         size = kmem_map->root != NULL ? kmem_map->root->max_free :
 267             kmem_map->max_offset - kmem_map->min_offset;
 268         vm_map_unlock_read(kmem_map);
 269         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 270 }
 271
 272 /*
 273  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 274  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 275  */
 276 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 277 static void
 278 tunable_set_numzones(void)
 279 {
 280
 281         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 282             &numzones);
 283
 284         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 285         if (numzones <= 0)
 286                 numzones = 1;
 287         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 288                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 289 }
 290 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 291 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 292     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 293
 294 /*
 295  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 296  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 297  */
 298 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 299 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 300 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 301     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 302     "Nth character in the malloc type short description.");
 303
 304 static u_int
 305 mtp_get_subzone(const char *desc)
 306 {
 307         size_t len;
 308         u_int val;
 309
 310         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 311                 return (0);
 312         val = desc[zone_offset % len];
 313         return (val % numzones);
 314 }
 315 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 316 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 317 #else
 318 static inline u_int
 319 mtp_get_subzone(const char *desc)
 320 {
 321
 322         return (0);
 323 }
 324 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 325
 326 int
 327 malloc_last_fail(void)
 328 {
 329
 330         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 331 }
 332
 333 /*
 334  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 335  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 336  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 337  * statistics.
 338  */
 339 static void
 340 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 341     int zindx)
 342 {
 343         struct malloc_type_internal *mtip;
 344         struct malloc_type_stats *mtsp;
 345
 346         critical_enter();
 347         mtip = mtp->ks_handle;
 348         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 349         if (size > 0) {
 350                 mtsp->mts_memalloced += size;
 351                 mtsp->mts_numallocs++;
 352         }
 353         if (zindx != -1)
 354                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 355
 356 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 357         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 358                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 359                 if (probe_id != 0)
 360                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 361                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 362                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 363         }
 364 #endif
 365
 366         critical_exit();
 367 }
 368
 369 void
 370 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 371 {
 372
 373         if (size > 0)
 374                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 375 }
 376
 377 /*
 378  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 379  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 380  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 381  * statistics.
 382  */
 383 void
 384 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 385 {
 386         struct malloc_type_internal *mtip;
 387         struct malloc_type_stats *mtsp;
 388
 389         critical_enter();
 390         mtip = mtp->ks_handle;
 391         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 392         mtsp->mts_memfreed += size;
 393         mtsp->mts_numfrees++;
 394
 395 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 396         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 397                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 398                 if (probe_id != 0)
 399                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 400                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 401                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 402         }
 403 #endif
 404
 405         critical_exit();
 406 }
 407
 408 /*
 409  *      malloc:
 410  *
 411  *      Allocate a block of memory.
 412  *
 413  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 414  *      the allocation fails.
 415  */
 416 void *
 417 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 418 {
 419         int indx;
 420         struct malloc_type_internal *mtip;
 421         caddr_t va;
 422         uma_zone_t zone;
 423 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 424         unsigned long osize = size;
 425 #endif
 426
 427 #ifdef INVARIANTS
 428         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 429         /*
 430          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 431          */
 432         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 433         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 434                 static  struct timeval lasterr;
 435                 static  int curerr, once;
 436                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 437                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 438                         kdb_backtrace();
 439                         flags |= M_WAITOK;
 440                         once++;
 441                 }
 442         }
 443 #endif
 444 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 445         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 446                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 447                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 448                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 449                         t_malloc_fail = time_uptime;
 450                         return (NULL);
 451                 }
 452         }
 453 #endif
 454         if (flags & M_WAITOK)
 455                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 456                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 457
 458 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 459         if (memguard_cmp(mtp, size)) {
 460                 va = memguard_alloc(size, flags);
 461                 if (va != NULL)
 462                         return (va);
 463                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 464         }
 465 #endif
 466
 467 #ifdef DEBUG_REDZONE
 468         size = redzone_size_ntor(size);
 469 #endif
 470
 471         if (size <= KMEM_ZMAX) {
 472                 mtip = mtp->ks_handle;
 473                 if (size & KMEM_ZMASK)
 474                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 475                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 476                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 477                     ("mti_zone %u out of range %d",
 478                     mtip->mti_zone, numzones));
 479                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 480 #ifdef MALLOC_PROFILE
 481                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 482 #endif
 483                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 484                 if (va != NULL)
 485                         size = zone->uz_size;
 486                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 487         } else {
 488                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 489                 zone = NULL;
 490                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 491                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 492         }
 493         if (flags & M_WAITOK)
 494                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 495         else if (va == NULL)
 496                 t_malloc_fail = time_uptime;
 497 #ifdef DIAGNOSTIC
 498         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 499                 memset(va, 0x70, osize);
 500         }
 501 #endif
 502 #ifdef DEBUG_REDZONE
 503         if (va != NULL)
 504                 va = redzone_setup(va, osize);
 505 #endif
 506         return ((void *) va);
 507 }
 508
 509 /*
 510  *      free:
 511  *
 512  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 513  *
 514  *      This routine may not block.
 515  */
 516 void
 517 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 518 {
 519         uma_slab_t slab;
 520         u_long size;
 521
 522         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 523
 524         /* free(NULL, ...) does nothing */
 525         if (addr == NULL)
 526                 return;
 527
 528 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 529         if (is_memguard_addr(addr)) {
 530                 memguard_free(addr);
 531                 return;
 532         }
 533 #endif
 534
 535 #ifdef DEBUG_REDZONE
 536         redzone_check(addr);
 537         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 538 #endif
 539
 540         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 541
 542         if (slab == NULL)
 543                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 544                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 545
 546
 547         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 548 #ifdef INVARIANTS
 549                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 550 #endif
 551                 size = slab->us_keg->uk_size;
 552 #ifdef INVARIANTS
 553                 /*
 554                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 555                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 556                  * have stepped on it later.
 557                  *
 558                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 559                  * 64 bit machines
 560                  */
 561                 mtpp = (struct malloc_type **)
 562                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 563                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 564                     sizeof(struct malloc_type *);
 565                 *mtpp = mtp;
 566 #endif
 567                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 568         } else {
 569                 size = slab->us_size;
 570                 uma_large_free(slab);
 571         }
 572         malloc_type_freed(mtp, size);
 573 }
 574
 575 /*
 576  *      realloc: change the size of a memory block
 577  */
 578 void *
 579 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 580 {
 581         uma_slab_t slab;
 582         unsigned long alloc;
 583         void *newaddr;
 584
 585         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 586             ("realloc: bad malloc type magic"));
 587
 588         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 589         if (addr == NULL)
 590                 return (malloc(size, mtp, flags));
 591
 592         /*
 593          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 594          * per-CPU stats.
 595          */
 596
 597 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 598         if (is_memguard_addr(addr))
 599                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 600 #endif
 601
 602 #ifdef DEBUG_REDZONE
 603         slab = NULL;
 604         alloc = redzone_get_size(addr);
 605 #else
 606         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 607
 608         /* Sanity check */
 609         KASSERT(slab != NULL,
 610             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 611
 612         /* Get the size of the original block */
 613         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 614                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 615         else
 616                 alloc = slab->us_size;
 617
 618         /* Reuse the original block if appropriate */
 619         if (size <= alloc
 620             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 621                 return (addr);
 622 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 623
 624         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 625         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 626                 return (NULL);
 627
 628         /* Copy over original contents */
 629         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 630         free(addr, mtp);
 631         return (newaddr);
 632 }
 633
 634 /*
 635  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 636  */
 637 void *
 638 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 639 {
 640         void *mem;
 641
 642         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 643                 free(addr, mtp);
 644         return (mem);
 645 }
 646
 647 /*
 648  * Initialize the kernel memory allocator
 649  */
 650 /* ARGSUSED*/
 651 static void
 652 kmeminit(void *dummy)
 653 {
 654         uint8_t indx;
 655         u_long mem_size, tmp;
 656         int i;
 657
 658         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 659
 660         /*
 661          * Try to auto-tune the kernel memory size, so that it is
 662          * more applicable for a wider range of machine sizes.  The
 663          * VM_KMEM_SIZE_MAX is dependent on the maximum KVA space
 664          * available.
 665          *
 666          * Note that the kmem_map is also used by the zone allocator,
 667          * so make sure that there is enough space.
 668          */
 669         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE + nmbclusters * PAGE_SIZE;
 670         mem_size = cnt.v_page_count;
 671
 672 #if defined(VM_KMEM_SIZE_SCALE)
 673         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 674 #endif
 675         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 676         if (vm_kmem_size_scale > 0 &&
 677             (mem_size / vm_kmem_size_scale) > (vm_kmem_size / PAGE_SIZE))
 678                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 679
 680 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 681         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 682 #endif
 683         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 684         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min) {
 685                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 686         }
 687
 688 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 689         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 690 #endif
 691         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 692         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 693                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 694
 695         /* Allow final override from the kernel environment */
 696         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 697
 698         /*
 699          * Limit kmem virtual size to twice the physical memory.
 700          * This allows for kmem map sparseness, but limits the size
 701          * to something sane.  Be careful to not overflow the 32bit
 702          * ints while doing the check or the adjustment.
 703          */
 704         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 705                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 706
 707 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 708         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 709 #else
 710         tmp = vm_kmem_size;
 711 #endif
 712         kmem_map = kmem_suballoc(kernel_map, &kmembase, &kmemlimit,
 713             tmp, TRUE);
 714         kmem_map->system_map = 1;
 715
 716 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 717         /*
 718          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 719          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 720          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 721          */
 722         memguard_init(kmem_map);
 723 #endif
 724
 725         uma_startup2();
 726
 727         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 728 #ifdef INVARIANTS
 729             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 730 #else
 731             NULL, NULL, NULL, NULL,
 732 #endif
 733             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 734         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 735                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 736                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 737                 int subzone;
 738
 739                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 740                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 741                             uma_zcreate(name, size,
 742 #ifdef INVARIANTS
 743                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 744 #else
 745                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 746 #endif
 747                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 748                 }
 749                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 750                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 751
 752         }
 753 }
 754
 755 void
 756 malloc_init(void *data)
 757 {
 758         struct malloc_type_internal *mtip;
 759         struct malloc_type *mtp;
 760
 761         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 762
 763         mtp = data;
 764         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 765                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 766
 767         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 768         mtp->ks_handle = mtip;
 769         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 770
 771         mtx_lock(&malloc_mtx);
 772         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 773         kmemstatistics = mtp;
 774         kmemcount++;
 775         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 776 }
 777
 778 void
 779 malloc_uninit(void *data)
 780 {
 781         struct malloc_type_internal *mtip;
 782         struct malloc_type_stats *mtsp;
 783         struct malloc_type *mtp, *temp;
 784         uma_slab_t slab;
 785         long temp_allocs, temp_bytes;
 786         int i;
 787
 788         mtp = data;
 789         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 790             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 791         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 792
 793         mtx_lock(&malloc_mtx);
 794         mtip = mtp->ks_handle;
 795         mtp->ks_handle = NULL;
 796         if (mtp != kmemstatistics) {
 797                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 798                     temp = temp->ks_next) {
 799                         if (temp->ks_next == mtp) {
 800                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 801                                 break;
 802                         }
 803                 }
 804                 KASSERT(temp,
 805                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 806         } else
 807                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 808         kmemcount--;
 809         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 810
 811         /*
 812          * Look for memory leaks.
 813          */
 814         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 815         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 816                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 817                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 818                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 819                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 820                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 821         }
 822         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 823                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 824                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 825                     temp_allocs, temp_bytes);
 826         }
 827
 828         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 829         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 830 }
 831
 832 struct malloc_type *
 833 malloc_desc2type(const char *desc)
 834 {
 835         struct malloc_type *mtp;
 836
 837         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 838         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 839                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 840                         return (mtp);
 841         }
 842         return (NULL);
 843 }
 844
 845 static int
 846 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 847 {
 848         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 849         struct malloc_type_internal *mtip;
 850         struct malloc_type_header mth;
 851         struct malloc_type *mtp;
 852         int error, i;
 853         struct sbuf sbuf;
 854
 855         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 856         if (error != 0)
 857                 return (error);
 858         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 859         mtx_lock(&malloc_mtx);
 860
 861         /*
 862          * Insert stream header.
 863          */
 864         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 865         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 866         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 867         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 868         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 869
 870         /*
 871          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 872          */
 873         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 874                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 875
 876                 /*
 877                  * Insert type header.
 878                  */
 879                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 880                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 881                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 882
 883                 /*
 884                  * Insert type statistics for each CPU.
 885                  */
 886                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 887                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 888                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 889                 }
 890         }
 891         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 892         error = sbuf_finish(&sbuf);
 893         sbuf_delete(&sbuf);
 894         return (error);
 895 }
 896
 897 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 898     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 899     "Return malloc types");
 900
 901 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 902     "Count of kernel malloc types");
 903
 904 void
 905 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 906 {
 907         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 908         int count, i;
 909         size_t buflen;
 910
 911         mtx_lock(&malloc_mtx);
 912 restart:
 913         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 914         count = kmemcount;
 915         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 916
 917         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 918         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 919
 920         mtx_lock(&malloc_mtx);
 921
 922         if (count < kmemcount) {
 923                 free(bufmtp, M_TEMP);
 924                 goto restart;
 925         }
 926
 927         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 928                 bufmtp[i] = mtp;
 929
 930         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 931
 932         for (i = 0; i < count; i++)
 933                 (func)(bufmtp[i], arg);
 934
 935         free(bufmtp, M_TEMP);
 936 }
 937
 938 #ifdef DDB
 939 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
 940 {
 941         struct malloc_type_internal *mtip;
 942         struct malloc_type *mtp;
 943         uint64_t allocs, frees;
 944         uint64_t alloced, freed;
 945         int i;
 946
 947         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
 948             "Requests");
 949         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 950                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 951                 allocs = 0;
 952                 frees = 0;
 953                 alloced = 0;
 954                 freed = 0;
 955                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 956                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
 957                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
 958                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
 959                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
 960                 }
 961                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
 962                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
 963                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
 964                 if (db_pager_quit)
 965                         break;
 966         }
 967 }
 968
 969 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 970 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
 971 {
 972         struct malloc_type_internal *mtip;
 973         struct malloc_type *mtp;
 974         u_int subzone;
 975
 976         if (!have_addr) {
 977                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
 978                 return;
 979         }
 980         mtp = (void *)addr;
 981         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
 982                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
 983                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
 984                 return;
 985         }
 986
 987         mtip = mtp->ks_handle;
 988         subzone = mtip->mti_zone;
 989
 990         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 991                 mtip = mtp->ks_handle;
 992                 if (mtip->mti_zone != subzone)
 993                         continue;
 994                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
 995                 if (db_pager_quit)
 996                         break;
 997         }
 998 }
 999 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1000 #endif /* DDB */
1001
1002 #ifdef MALLOC_PROFILE
1003
1004 static int
1005 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1006 {
1007         struct sbuf sbuf;
1008         uint64_t count;
1009         uint64_t waste;
1010         uint64_t mem;
1011         int error;
1012         int rsize;
1013         int size;
1014         int i;
1015
1016         waste = 0;
1017         mem = 0;
1018
1019         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1020         if (error != 0)
1021                 return (error);
1022         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1023         sbuf_printf(&sbuf,
1024             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1025         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1026                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1027                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1028                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1029
1030                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1031                     (unsigned long long)count, rsize);
1032
1033                 if ((rsize * count) > (size * count))
1034                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1035                 mem += (rsize * count);
1036         }
1037         sbuf_printf(&sbuf,
1038             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1039             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1040         error = sbuf_finish(&sbuf);
1041         sbuf_delete(&sbuf);
1042         return (error);
1043 }
1044
1045 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1046     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1047 #endif /* MALLOC_PROFILE */