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