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_vm.h"
  50
  51 #include <sys/param.h>
  52 #include <sys/systm.h>
  53 #include <sys/kdb.h>
  54 #include <sys/kernel.h>
  55 #include <sys/lock.h>
  56 #include <sys/malloc.h>
  57 #include <sys/mutex.h>
  58 #include <sys/vmmeter.h>
  59 #include <sys/proc.h>
  60 #include <sys/sbuf.h>
  61 #include <sys/sysctl.h>
  62 #include <sys/time.h>
  63 #include <sys/vmem.h>
  64
  65 #include <vm/vm.h>
  66 #include <vm/pmap.h>
  67 #include <vm/vm_pageout.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 struct malloc_type *kmemstatistics;
 117 static int kmemcount;
 118
 119 #define KMEM_ZSHIFT     4
 120 #define KMEM_ZBASE      16
 121 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 122
 123 #define KMEM_ZMAX       65536
 124 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 125 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 126
 127 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 128 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 129 #endif
 130 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 131
 132 /*
 133  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 134  * of various sizes.
 135  *
 136  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 137  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 138  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 139  */
 140 struct {
 141         int kz_size;
 142         char *kz_name;
 143         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 144 } kmemzones[] = {
 145         {16, "16", },
 146         {32, "32", },
 147         {64, "64", },
 148         {128, "128", },
 149         {256, "256", },
 150         {512, "512", },
 151         {1024, "1024", },
 152         {2048, "2048", },
 153         {4096, "4096", },
 154         {8192, "8192", },
 155         {16384, "16384", },
 156         {32768, "32768", },
 157         {65536, "65536", },
 158         {0, NULL},
 159 };
 160
 161 /*
 162  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 163  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 164  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 165  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 166  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 167  * declare malloc types.
 168  */
 169 static uma_zone_t mt_zone;
 170
 171 u_long vm_kmem_size;
 172 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 173     "Size of kernel memory");
 174
 175 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 176 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 177     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 178
 179 static u_long vm_kmem_size_min;
 180 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 181     "Minimum size of kernel memory");
 182
 183 static u_long vm_kmem_size_max;
 184 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 185     "Maximum size of kernel memory");
 186
 187 static u_int vm_kmem_size_scale;
 188 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 189     "Scale factor for kernel memory size");
 190
 191 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 192 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 193     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 194     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 195
 196 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 197 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 198     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 199     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 200
 201 /*
 202  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 203  */
 204 struct mtx malloc_mtx;
 205
 206 #ifdef MALLOC_PROFILE
 207 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 208
 209 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 210 #endif
 211
 212 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 213
 214 /*
 215  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 216  */
 217 static time_t t_malloc_fail;
 218
 219 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 220 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 221     "Kernel malloc debugging options");
 222 #endif
 223
 224 /*
 225  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 226  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 227  */
 228 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 229 static int malloc_failure_rate;
 230 static int malloc_nowait_count;
 231 static int malloc_failure_count;
 232 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 233     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 234 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 235     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 236 #endif
 237
 238 static int
 239 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 240 {
 241         u_long size;
 242
 243         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 244         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 245 }
 246
 247 static int
 248 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 249 {
 250         u_long size;
 251
 252         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 253         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 254 }
 255
 256 /*
 257  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 258  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 259  */
 260 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 261 static void
 262 tunable_set_numzones(void)
 263 {
 264
 265         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 266             &numzones);
 267
 268         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 269         if (numzones <= 0)
 270                 numzones = 1;
 271         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 272                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 273 }
 274 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 275 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 276     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 277
 278 /*
 279  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 280  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 281  */
 282 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 283 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 284 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 285     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 286     "Nth character in the malloc type short description.");
 287
 288 static u_int
 289 mtp_get_subzone(const char *desc)
 290 {
 291         size_t len;
 292         u_int val;
 293
 294         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 295                 return (0);
 296         val = desc[zone_offset % len];
 297         return (val % numzones);
 298 }
 299 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 300 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 301 #else
 302 static inline u_int
 303 mtp_get_subzone(const char *desc)
 304 {
 305
 306         return (0);
 307 }
 308 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 309
 310 int
 311 malloc_last_fail(void)
 312 {
 313
 314         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 315 }
 316
 317 /*
 318  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 319  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 320  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 321  * statistics.
 322  */
 323 static void
 324 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 325     int zindx)
 326 {
 327         struct malloc_type_internal *mtip;
 328         struct malloc_type_stats *mtsp;
 329
 330         critical_enter();
 331         mtip = mtp->ks_handle;
 332         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 333         if (size > 0) {
 334                 mtsp->mts_memalloced += size;
 335                 mtsp->mts_numallocs++;
 336         }
 337         if (zindx != -1)
 338                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 339
 340 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 341         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 342                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 343                 if (probe_id != 0)
 344                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 345                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 346                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 347         }
 348 #endif
 349
 350         critical_exit();
 351 }
 352
 353 void
 354 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 355 {
 356
 357         if (size > 0)
 358                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 363  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 364  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 365  * statistics.
 366  */
 367 void
 368 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 369 {
 370         struct malloc_type_internal *mtip;
 371         struct malloc_type_stats *mtsp;
 372
 373         critical_enter();
 374         mtip = mtp->ks_handle;
 375         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 376         mtsp->mts_memfreed += size;
 377         mtsp->mts_numfrees++;
 378
 379 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 380         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 381                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 382                 if (probe_id != 0)
 383                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 384                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 385                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 386         }
 387 #endif
 388
 389         critical_exit();
 390 }
 391
 392 /*
 393  *      contigmalloc:
 394  *
 395  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 396  *
 397  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 398  *      the allocation fails.
 399  */
 400 void *
 401 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 402     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 403     vm_paddr_t boundary)
 404 {
 405         void *ret;
 406
 407         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 408             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 409         if (ret != NULL)
 410                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 411         return (ret);
 412 }
 413
 414 /*
 415  *      contigfree:
 416  *
 417  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 418  *
 419  *      This routine may not block.
 420  */
 421 void
 422 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 423 {
 424
 425         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 426         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 427 }
 428
 429 /*
 430  *      malloc:
 431  *
 432  *      Allocate a block of memory.
 433  *
 434  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 435  *      the allocation fails.
 436  */
 437 void *
 438 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 439 {
 440         int indx;
 441         struct malloc_type_internal *mtip;
 442         caddr_t va;
 443         uma_zone_t zone;
 444 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 445         unsigned long osize = size;
 446 #endif
 447
 448 #ifdef INVARIANTS
 449         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 450         /*
 451          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 452          */
 453         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 454         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 455                 static  struct timeval lasterr;
 456                 static  int curerr, once;
 457                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 458                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 459                         kdb_backtrace();
 460                         flags |= M_WAITOK;
 461                         once++;
 462                 }
 463         }
 464 #endif
 465 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 466         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 467                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 468                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 469                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 470                         t_malloc_fail = time_uptime;
 471                         return (NULL);
 472                 }
 473         }
 474 #endif
 475         if (flags & M_WAITOK)
 476                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 477                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 478         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 479             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 480
 481 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 482         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 483                 va = memguard_alloc(size, flags);
 484                 if (va != NULL)
 485                         return (va);
 486                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 487         }
 488 #endif
 489
 490 #ifdef DEBUG_REDZONE
 491         size = redzone_size_ntor(size);
 492 #endif
 493
 494         if (size <= kmem_zmax) {
 495                 mtip = mtp->ks_handle;
 496                 if (size & KMEM_ZMASK)
 497                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 498                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 499                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 500                     ("mti_zone %u out of range %d",
 501                     mtip->mti_zone, numzones));
 502                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 503 #ifdef MALLOC_PROFILE
 504                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 505 #endif
 506                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 507                 if (va != NULL)
 508                         size = zone->uz_size;
 509                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 510         } else {
 511                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 512                 zone = NULL;
 513                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 514                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 515         }
 516         if (flags & M_WAITOK)
 517                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 518         else if (va == NULL)
 519                 t_malloc_fail = time_uptime;
 520 #ifdef DIAGNOSTIC
 521         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 522                 memset(va, 0x70, osize);
 523         }
 524 #endif
 525 #ifdef DEBUG_REDZONE
 526         if (va != NULL)
 527                 va = redzone_setup(va, osize);
 528 #endif
 529         return ((void *) va);
 530 }
 531
 532 /*
 533  *      free:
 534  *
 535  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 536  *
 537  *      This routine may not block.
 538  */
 539 void
 540 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 541 {
 542         uma_slab_t slab;
 543         u_long size;
 544
 545         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 546         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 547             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 548
 549         /* free(NULL, ...) does nothing */
 550         if (addr == NULL)
 551                 return;
 552
 553 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 554         if (is_memguard_addr(addr)) {
 555                 memguard_free(addr);
 556                 return;
 557         }
 558 #endif
 559
 560 #ifdef DEBUG_REDZONE
 561         redzone_check(addr);
 562         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 563 #endif
 564
 565         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 566
 567         if (slab == NULL)
 568                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 569                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 570
 571         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 572 #ifdef INVARIANTS
 573                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 574 #endif
 575                 size = slab->us_keg->uk_size;
 576 #ifdef INVARIANTS
 577                 /*
 578                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 579                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 580                  * have stepped on it later.
 581                  *
 582                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 583                  * 64 bit machines
 584                  */
 585                 mtpp = (struct malloc_type **)
 586                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 587                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 588                     sizeof(struct malloc_type *);
 589                 *mtpp = mtp;
 590 #endif
 591                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 592         } else {
 593                 size = slab->us_size;
 594                 uma_large_free(slab);
 595         }
 596         malloc_type_freed(mtp, size);
 597 }
 598
 599 /*
 600  *      realloc: change the size of a memory block
 601  */
 602 void *
 603 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 604 {
 605         uma_slab_t slab;
 606         unsigned long alloc;
 607         void *newaddr;
 608
 609         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 610             ("realloc: bad malloc type magic"));
 611         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 612             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 613
 614         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 615         if (addr == NULL)
 616                 return (malloc(size, mtp, flags));
 617
 618         /*
 619          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 620          * per-CPU stats.
 621          */
 622
 623 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 624         if (is_memguard_addr(addr))
 625                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 626 #endif
 627
 628 #ifdef DEBUG_REDZONE
 629         slab = NULL;
 630         alloc = redzone_get_size(addr);
 631 #else
 632         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 633
 634         /* Sanity check */
 635         KASSERT(slab != NULL,
 636             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 637
 638         /* Get the size of the original block */
 639         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 640                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 641         else
 642                 alloc = slab->us_size;
 643
 644         /* Reuse the original block if appropriate */
 645         if (size <= alloc
 646             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 647                 return (addr);
 648 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 649
 650         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 651         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 652                 return (NULL);
 653
 654         /* Copy over original contents */
 655         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 656         free(addr, mtp);
 657         return (newaddr);
 658 }
 659
 660 /*
 661  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 662  */
 663 void *
 664 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 665 {
 666         void *mem;
 667
 668         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 669                 free(addr, mtp);
 670         return (mem);
 671 }
 672
 673 /*
 674  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 675  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 676  * context that is safe.
 677  */
 678 static void
 679 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 680 {
 681
 682         uma_reclaim_wakeup();
 683         pagedaemon_wakeup();
 684 }
 685
 686 #ifndef __sparc64__
 687 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 688 #endif
 689
 690 /*
 691  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 692  */
 693 void
 694 kmeminit(void)
 695 {
 696         u_long mem_size;
 697         u_long tmp;
 698
 699 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 700         if (vm_kmem_size == 0)
 701                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 702 #endif
 703 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 704         if (vm_kmem_size_min == 0)
 705                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 706 #endif
 707 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 708         if (vm_kmem_size_max == 0)
 709                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 710 #endif
 711         /*
 712          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 713          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 714          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 715          * specifically,
 716          *
 717          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 718          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 719          *
 720          * Every architecture must define an integral value for
 721          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 722          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 723          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 724          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 725          * a given architecture.
 726          */
 727         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 728         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 729                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 730
 731         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 732                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 733
 734         /*
 735          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 736          * variable:
 737          */
 738         if (vm_kmem_size == 0) {
 739                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 740
 741                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 742                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 743                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 744                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 745         }
 746
 747         /*
 748          * The amount of KVA space that is preallocated to the
 749          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 750          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 751          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 752          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 753          */
 754         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 755                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 756
 757         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 758 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 759         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 760 #else
 761         tmp = vm_kmem_size;
 762 #endif
 763         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 764             0, 0);
 765         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 766
 767 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 768         /*
 769          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 770          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 771          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 772          */
 773         memguard_init(kmem_arena);
 774 #endif
 775 }
 776
 777 /*
 778  * Initialize the kernel memory allocator
 779  */
 780 /* ARGSUSED*/
 781 static void
 782 mallocinit(void *dummy)
 783 {
 784         int i;
 785         uint8_t indx;
 786
 787         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 788
 789         kmeminit();
 790
 791         uma_startup2();
 792
 793         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 794                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 795
 796         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 797 #ifdef INVARIANTS
 798             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 799 #else
 800             NULL, NULL, NULL, NULL,
 801 #endif
 802             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 803         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 804                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 805                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 806                 int subzone;
 807
 808                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 809                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 810                             uma_zcreate(name, size,
 811 #ifdef INVARIANTS
 812                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 813 #else
 814                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 815 #endif
 816                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 817                 }
 818                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 819                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 820
 821         }
 822 }
 823 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
 824
 825 void
 826 malloc_init(void *data)
 827 {
 828         struct malloc_type_internal *mtip;
 829         struct malloc_type *mtp;
 830
 831         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 832
 833         mtp = data;
 834         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 835                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 836
 837         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 838         mtp->ks_handle = mtip;
 839         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 840
 841         mtx_lock(&malloc_mtx);
 842         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 843         kmemstatistics = mtp;
 844         kmemcount++;
 845         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 846 }
 847
 848 void
 849 malloc_uninit(void *data)
 850 {
 851         struct malloc_type_internal *mtip;
 852         struct malloc_type_stats *mtsp;
 853         struct malloc_type *mtp, *temp;
 854         uma_slab_t slab;
 855         long temp_allocs, temp_bytes;
 856         int i;
 857
 858         mtp = data;
 859         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 860             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 861         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 862
 863         mtx_lock(&malloc_mtx);
 864         mtip = mtp->ks_handle;
 865         mtp->ks_handle = NULL;
 866         if (mtp != kmemstatistics) {
 867                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 868                     temp = temp->ks_next) {
 869                         if (temp->ks_next == mtp) {
 870                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 871                                 break;
 872                         }
 873                 }
 874                 KASSERT(temp,
 875                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 876         } else
 877                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 878         kmemcount--;
 879         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 880
 881         /*
 882          * Look for memory leaks.
 883          */
 884         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 885         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 886                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 887                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 888                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 889                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 890                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 891         }
 892         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 893                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 894                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 895                     temp_allocs, temp_bytes);
 896         }
 897
 898         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 899         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 900 }
 901
 902 struct malloc_type *
 903 malloc_desc2type(const char *desc)
 904 {
 905         struct malloc_type *mtp;
 906
 907         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 908         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 909                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 910                         return (mtp);
 911         }
 912         return (NULL);
 913 }
 914
 915 static int
 916 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 917 {
 918         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 919         struct malloc_type_internal *mtip;
 920         struct malloc_type_header mth;
 921         struct malloc_type *mtp;
 922         int error, i;
 923         struct sbuf sbuf;
 924
 925         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 926         if (error != 0)
 927                 return (error);
 928         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 929         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
 930         mtx_lock(&malloc_mtx);
 931
 932         /*
 933          * Insert stream header.
 934          */
 935         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 936         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 937         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 938         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 939         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 940
 941         /*
 942          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 943          */
 944         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 945                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 946
 947                 /*
 948                  * Insert type header.
 949                  */
 950                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 951                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 952                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 953
 954                 /*
 955                  * Insert type statistics for each CPU.
 956                  */
 957                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 958                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 959                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 960                 }
 961         }
 962         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 963         error = sbuf_finish(&sbuf);
 964         sbuf_delete(&sbuf);
 965         return (error);
 966 }
 967
 968 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 969     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 970     "Return malloc types");
 971
 972 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 973     "Count of kernel malloc types");
 974
 975 void
 976 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 977 {
 978         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 979         int count, i;
 980         size_t buflen;
 981
 982         mtx_lock(&malloc_mtx);
 983 restart:
 984         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 985         count = kmemcount;
 986         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 987
 988         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 989         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 990
 991         mtx_lock(&malloc_mtx);
 992
 993         if (count < kmemcount) {
 994                 free(bufmtp, M_TEMP);
 995                 goto restart;
 996         }
 997
 998         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 999                 bufmtp[i] = mtp;
1000
1001         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1002
1003         for (i = 0; i < count; i++)
1004                 (func)(bufmtp[i], arg);
1005
1006         free(bufmtp, M_TEMP);
1007 }
1008
1009 #ifdef DDB
1010 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1011 {
1012         struct malloc_type_internal *mtip;
1013         struct malloc_type *mtp;
1014         uint64_t allocs, frees;
1015         uint64_t alloced, freed;
1016         int i;
1017
1018         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1019             "Requests");
1020         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1021                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1022                 allocs = 0;
1023                 frees = 0;
1024                 alloced = 0;
1025                 freed = 0;
1026                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1027                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1028                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1029                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1030                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1031                 }
1032                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1033                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1034                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1035                 if (db_pager_quit)
1036                         break;
1037         }
1038 }
1039
1040 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1041 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1042 {
1043         struct malloc_type_internal *mtip;
1044         struct malloc_type *mtp;
1045         u_int subzone;
1046
1047         if (!have_addr) {
1048                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1049                 return;
1050         }
1051         mtp = (void *)addr;
1052         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1053                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1054                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1055                 return;
1056         }
1057
1058         mtip = mtp->ks_handle;
1059         subzone = mtip->mti_zone;
1060
1061         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1062                 mtip = mtp->ks_handle;
1063                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1064                         continue;
1065                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1066                 if (db_pager_quit)
1067                         break;
1068         }
1069 }
1070 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1071 #endif /* DDB */
1072
1073 #ifdef MALLOC_PROFILE
1074
1075 static int
1076 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1077 {
1078         struct sbuf sbuf;
1079         uint64_t count;
1080         uint64_t waste;
1081         uint64_t mem;
1082         int error;
1083         int rsize;
1084         int size;
1085         int i;
1086
1087         waste = 0;
1088         mem = 0;
1089
1090         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1091         if (error != 0)
1092                 return (error);
1093         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1094         sbuf_printf(&sbuf,
1095             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1096         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1097                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1098                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1099                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1100
1101                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1102                     (unsigned long long)count, rsize);
1103
1104                 if ((rsize * count) > (size * count))
1105                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1106                 mem += (rsize * count);
1107         }
1108         sbuf_printf(&sbuf,
1109             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1110             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1111         error = sbuf_finish(&sbuf);
1112         sbuf_delete(&sbuf);
1113         return (error);
1114 }
1115
1116 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1117     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1118 #endif /* MALLOC_PROFILE */