sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.
   6  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   7  * Copyright (c) 2008 Otto Moerbeek <otto@drijf.net> (mallocarray)
   8  * All rights reserved.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  35  */
  36
  37 /*
  38  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  39  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  40  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  41  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  42  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  43  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  44  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  45  * description.
  46  */
  47
  48 #include <sys/cdefs.h>
  49 __FBSDID("$FreeBSD$");
  50
  51 #include "opt_ddb.h"
  52 #include "opt_vm.h"
  53
  54 #include <sys/param.h>
  55 #include <sys/systm.h>
  56 #include <sys/asan.h>
  57 #include <sys/kdb.h>
  58 #include <sys/kernel.h>
  59 #include <sys/lock.h>
  60 #include <sys/malloc.h>
  61 #include <sys/mutex.h>
  62 #include <sys/vmmeter.h>
  63 #include <sys/proc.h>
  64 #include <sys/queue.h>
  65 #include <sys/sbuf.h>
  66 #include <sys/smp.h>
  67 #include <sys/sysctl.h>
  68 #include <sys/time.h>
  69 #include <sys/vmem.h>
  70 #ifdef EPOCH_TRACE
  71 #include <sys/epoch.h>
  72 #endif
  73
  74 #include <vm/vm.h>
  75 #include <vm/pmap.h>
  76 #include <vm/vm_domainset.h>
  77 #include <vm/vm_pageout.h>
  78 #include <vm/vm_param.h>
  79 #include <vm/vm_kern.h>
  80 #include <vm/vm_extern.h>
  81 #include <vm/vm_map.h>
  82 #include <vm/vm_page.h>
  83 #include <vm/vm_phys.h>
  84 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  85 #include <vm/uma.h>
  86 #include <vm/uma_int.h>
  87 #include <vm/uma_dbg.h>
  88
  89 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  90 #include <vm/memguard.h>
  91 #endif
  92 #ifdef DEBUG_REDZONE
  93 #include <vm/redzone.h>
  94 #endif
  95
  96 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  97 #include <machine/cpu.h>
  98 #endif
  99
 100 #include <ddb/ddb.h>
 101
 102 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 103 #include <sys/dtrace_bsd.h>
 104
 105 bool    __read_frequently                       dtrace_malloc_enabled;
 106 dtrace_malloc_probe_func_t __read_mostly        dtrace_malloc_probe;
 107 #endif
 108
 109 #if defined(INVARIANTS) || defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) ||             \
 110     defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(DEBUG_REDZONE)
 111 #define MALLOC_DEBUG    1
 112 #endif
 113
 114 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 115 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF   , unsigned long osize
 116 #define DEBUG_REDZONE_ARG       , osize
 117 #else
 118 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF
 119 #define DEBUG_REDZONE_ARG
 120 #endif
 121
 122 /*
 123  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 124  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 125  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 126  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 127  */
 128 #ifndef REALLOC_FRACTION
 129 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 130 #endif
 131
 132 /*
 133  * Centrally define some common malloc types.
 134  */
 135 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 136 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 137 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 138
 139 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 140 static int kmemcount;
 141
 142 #define KMEM_ZSHIFT     4
 143 #define KMEM_ZBASE      16
 144 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 145
 146 #define KMEM_ZMAX       65536
 147 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 148 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 149
 150 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 151 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 152 #endif
 153 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 154
 155 /*
 156  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 157  * of various sizes.
 158  *
 159  * Warning: the layout of the struct is duplicated in libmemstat for KVM support.
 160  *
 161  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 162  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 163  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 164  */
 165 struct {
 166         int kz_size;
 167         const char *kz_name;
 168         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 169 } kmemzones[] = {
 170         {16, "malloc-16", },
 171         {32, "malloc-32", },
 172         {64, "malloc-64", },
 173         {128, "malloc-128", },
 174         {256, "malloc-256", },
 175         {384, "malloc-384", },
 176         {512, "malloc-512", },
 177         {1024, "malloc-1024", },
 178         {2048, "malloc-2048", },
 179         {4096, "malloc-4096", },
 180         {8192, "malloc-8192", },
 181         {16384, "malloc-16384", },
 182         {32768, "malloc-32768", },
 183         {65536, "malloc-65536", },
 184         {0, NULL},
 185 };
 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 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 192 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 193     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 194
 195 static u_long vm_kmem_size_min;
 196 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 197     "Minimum size of kernel memory");
 198
 199 static u_long vm_kmem_size_max;
 200 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 201     "Maximum size of kernel memory");
 202
 203 static u_int vm_kmem_size_scale;
 204 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 205     "Scale factor for kernel memory size");
 206
 207 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 208 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 209     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 210     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 211
 212 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 213 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 214     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 215     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 216
 217 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 218     "Malloc information");
 219
 220 static u_int vm_malloc_zone_count = nitems(kmemzones);
 221 SYSCTL_UINT(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_count,
 222     CTLFLAG_RD, &vm_malloc_zone_count, 0,
 223     "Number of malloc zones");
 224
 225 static int sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 226 SYSCTL_PROC(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_sizes,
 227     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 228     sysctl_vm_malloc_zone_sizes, "S", "Zone sizes used by malloc");
 229
 230 /*
 231  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 232  */
 233 struct mtx malloc_mtx;
 234
 235 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 236
 237 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 238 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 239     "Kernel malloc debugging options");
 240 #endif
 241
 242 /*
 243  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 244  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 245  */
 246 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 247 static int malloc_failure_rate;
 248 static int malloc_nowait_count;
 249 static int malloc_failure_count;
 250 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 251     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 252 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 253     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 254 #endif
 255
 256 static int
 257 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 258 {
 259         u_long size;
 260
 261         size = uma_size();
 262         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 263 }
 264
 265 static int
 266 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 267 {
 268         u_long size, limit;
 269
 270         /* The sysctl is unsigned, implement as a saturation value. */
 271         size = uma_size();
 272         limit = uma_limit();
 273         if (size > limit)
 274                 size = 0;
 275         else
 276                 size = limit - size;
 277         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 278 }
 279
 280 static int
 281 sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 282 {
 283         int sizes[nitems(kmemzones)];
 284         int i;
 285
 286         for (i = 0; i < nitems(kmemzones); i++) {
 287                 sizes[i] = kmemzones[i].kz_size;
 288         }
 289
 290         return (SYSCTL_OUT(req, &sizes, sizeof(sizes)));
 291 }
 292
 293 /*
 294  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 295  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 296  */
 297 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 298 static void
 299 tunable_set_numzones(void)
 300 {
 301
 302         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 303             &numzones);
 304
 305         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 306         if (numzones <= 0)
 307                 numzones = 1;
 308         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 309                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 310 }
 311 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 312 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 313     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 314
 315 /*
 316  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 317  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 318  */
 319 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 320 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 321 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 322     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 323     "Nth character in the malloc type short description.");
 324
 325 static void
 326 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 327 {
 328         struct malloc_type_internal *mtip;
 329         const char *desc;
 330         size_t len;
 331         u_int val;
 332
 333         mtip = &mtp->ks_mti;
 334         desc = mtp->ks_shortdesc;
 335         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 336                 val = 0;
 337         else
 338                 val = desc[zone_offset % len];
 339         mtip->mti_zone = (val % numzones);
 340 }
 341
 342 static inline u_int
 343 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 344 {
 345         struct malloc_type_internal *mtip;
 346
 347         mtip = &mtp->ks_mti;
 348
 349         KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 350             ("mti_zone %u out of range %d",
 351             mtip->mti_zone, numzones));
 352         return (mtip->mti_zone);
 353 }
 354 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 355 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 356 #else
 357 static void
 358 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 359 {
 360         struct malloc_type_internal *mtip;
 361
 362         mtip = &mtp->ks_mti;
 363         mtip->mti_zone = 0;
 364 }
 365
 366 static inline u_int
 367 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 368 {
 369
 370         return (0);
 371 }
 372 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 373
 374 /*
 375  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 376  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 377  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 378  * statistics.
 379  */
 380 static void
 381 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 382     int zindx)
 383 {
 384         struct malloc_type_internal *mtip;
 385         struct malloc_type_stats *mtsp;
 386
 387         critical_enter();
 388         mtip = &mtp->ks_mti;
 389         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 390         if (size > 0) {
 391                 mtsp->mts_memalloced += size;
 392                 mtsp->mts_numallocs++;
 393         }
 394         if (zindx != -1)
 395                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 396
 397 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 398         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 399                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 400                 if (probe_id != 0)
 401                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 402                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 403                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 404         }
 405 #endif
 406
 407         critical_exit();
 408 }
 409
 410 void
 411 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 412 {
 413
 414         if (size > 0)
 415                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 416 }
 417
 418 /*
 419  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 420  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 421  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 422  * statistics.
 423  */
 424 void
 425 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 426 {
 427         struct malloc_type_internal *mtip;
 428         struct malloc_type_stats *mtsp;
 429
 430         critical_enter();
 431         mtip = &mtp->ks_mti;
 432         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 433         mtsp->mts_memfreed += size;
 434         mtsp->mts_numfrees++;
 435
 436 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 437         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 438                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 439                 if (probe_id != 0)
 440                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 441                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 442                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 443         }
 444 #endif
 445
 446         critical_exit();
 447 }
 448
 449 /*
 450  *      contigmalloc:
 451  *
 452  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 453  *
 454  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 455  *      the allocation fails.
 456  */
 457 void *
 458 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 459     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 460     vm_paddr_t boundary)
 461 {
 462         void *ret;
 463
 464         ret = (void *)kmem_alloc_contig(size, flags, low, high, alignment,
 465             boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 466         if (ret != NULL)
 467                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 468         return (ret);
 469 }
 470
 471 void *
 472 contigmalloc_domainset(unsigned long size, struct malloc_type *type,
 473     struct domainset *ds, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 474     unsigned long alignment, vm_paddr_t boundary)
 475 {
 476         void *ret;
 477
 478         ret = (void *)kmem_alloc_contig_domainset(ds, size, flags, low, high,
 479             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 480         if (ret != NULL)
 481                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 482         return (ret);
 483 }
 484
 485 /*
 486  *      contigfree:
 487  *
 488  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 489  *
 490  *      This routine may not block.
 491  */
 492 void
 493 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 494 {
 495
 496         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 497         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 498 }
 499
 500 #ifdef MALLOC_DEBUG
 501 static int
 502 malloc_dbg(caddr_t *vap, size_t *sizep, struct malloc_type *mtp,
 503     int flags)
 504 {
 505 #ifdef INVARIANTS
 506         int indx;
 507
 508         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("malloc: bad malloc type version"));
 509         /*
 510          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 511          */
 512         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 513         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 514                 static  struct timeval lasterr;
 515                 static  int curerr, once;
 516                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 517                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 518                         kdb_backtrace();
 519                         flags |= M_WAITOK;
 520                         once++;
 521                 }
 522         }
 523 #endif
 524 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 525         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 526                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 527                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 528                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 529                         *vap = NULL;
 530                         return (EJUSTRETURN);
 531                 }
 532         }
 533 #endif
 534         if (flags & M_WAITOK) {
 535                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 536                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 537                 if (__predict_false(!THREAD_CAN_SLEEP())) {
 538 #ifdef EPOCH_TRACE
 539                         epoch_trace_list(curthread);
 540 #endif
 541                         KASSERT(1,
 542                             ("malloc(M_WAITOK) with sleeping prohibited"));
 543                 }
 544         }
 545         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 546             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 547
 548 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 549         if (memguard_cmp_mtp(mtp, *sizep)) {
 550                 *vap = memguard_alloc(*sizep, flags);
 551                 if (*vap != NULL)
 552                         return (EJUSTRETURN);
 553                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 554         }
 555 #endif
 556
 557 #ifdef DEBUG_REDZONE
 558         *sizep = redzone_size_ntor(*sizep);
 559 #endif
 560
 561         return (0);
 562 }
 563 #endif
 564
 565 /*
 566  * Handle large allocations and frees by using kmem_malloc directly.
 567  */
 568 static inline bool
 569 malloc_large_slab(uma_slab_t slab)
 570 {
 571         uintptr_t va;
 572
 573         va = (uintptr_t)slab;
 574         return ((va & 1) != 0);
 575 }
 576
 577 static inline size_t
 578 malloc_large_size(uma_slab_t slab)
 579 {
 580         uintptr_t va;
 581
 582         va = (uintptr_t)slab;
 583         return (va >> 1);
 584 }
 585
 586 static caddr_t __noinline
 587 malloc_large(size_t *size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *policy,
 588     int flags DEBUG_REDZONE_ARG_DEF)
 589 {
 590         vm_offset_t kva;
 591         caddr_t va;
 592         size_t sz;
 593
 594         sz = roundup(*size, PAGE_SIZE);
 595         kva = kmem_malloc_domainset(policy, sz, flags);
 596         if (kva != 0) {
 597                 /* The low bit is unused for slab pointers. */
 598                 vsetzoneslab(kva, NULL, (void *)((sz << 1) | 1));
 599                 uma_total_inc(sz);
 600                 *size = sz;
 601         }
 602         va = (caddr_t)kva;
 603         malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : sz);
 604         if (__predict_false(va == NULL)) {
 605                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 606                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 607         } else {
 608 #ifdef DEBUG_REDZONE
 609                 va = redzone_setup(va, osize);
 610 #endif
 611                 kasan_mark((void *)va, osize, sz, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 612         }
 613         return (va);
 614 }
 615
 616 static void
 617 free_large(void *addr, size_t size)
 618 {
 619
 620         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 621         uma_total_dec(size);
 622 }
 623
 624 /*
 625  *      malloc:
 626  *
 627  *      Allocate a block of memory.
 628  *
 629  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 630  *      the allocation fails.
 631  */
 632 void *
 633 (malloc)(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 634 {
 635         int indx;
 636         caddr_t va;
 637         uma_zone_t zone;
 638 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 639         unsigned long osize = size;
 640 #endif
 641
 642         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 643
 644 #ifdef MALLOC_DEBUG
 645         va = NULL;
 646         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 647                 return (va);
 648 #endif
 649
 650         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 651                 return (malloc_large(&size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 652                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 653
 654         if (size & KMEM_ZMASK)
 655                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 656         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 657         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 658         va = uma_zalloc(zone, flags);
 659         if (va != NULL)
 660                 size = zone->uz_size;
 661         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 662         if (__predict_false(va == NULL)) {
 663                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 664                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 665         }
 666 #ifdef DEBUG_REDZONE
 667         if (va != NULL)
 668                 va = redzone_setup(va, osize);
 669 #endif
 670 #ifdef KASAN
 671         if (va != NULL)
 672                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 673 #endif
 674         return ((void *) va);
 675 }
 676
 677 static void *
 678 malloc_domain(size_t *sizep, int *indxp, struct malloc_type *mtp, int domain,
 679     int flags)
 680 {
 681         uma_zone_t zone;
 682         caddr_t va;
 683         size_t size;
 684         int indx;
 685
 686         size = *sizep;
 687         KASSERT(size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0,
 688             ("malloc_domain: Called with bad flag / size combination."));
 689         if (size & KMEM_ZMASK)
 690                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 691         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 692         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 693         va = uma_zalloc_domain(zone, NULL, domain, flags);
 694         if (va != NULL)
 695                 *sizep = zone->uz_size;
 696         *indxp = indx;
 697         return ((void *)va);
 698 }
 699
 700 void *
 701 malloc_domainset(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 702     int flags)
 703 {
 704         struct vm_domainset_iter di;
 705         caddr_t va;
 706         int domain;
 707         int indx;
 708 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 709         unsigned long osize = size;
 710 #endif
 711
 712         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 713
 714 #ifdef MALLOC_DEBUG
 715         va = NULL;
 716         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 717                 return (va);
 718 #endif
 719
 720         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 721                 return (malloc_large(&size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 722                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 723
 724         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 725         do {
 726                 va = malloc_domain(&size, &indx, mtp, domain, flags);
 727         } while (va == NULL && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 728         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 729         if (__predict_false(va == NULL)) {
 730                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 731                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 732         }
 733 #ifdef DEBUG_REDZONE
 734         if (va != NULL)
 735                 va = redzone_setup(va, osize);
 736 #endif
 737 #ifdef KASAN
 738         if (va != NULL)
 739                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 740 #endif
 741         return (va);
 742 }
 743
 744 /*
 745  * Allocate an executable area.
 746  */
 747 void *
 748 malloc_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 749 {
 750
 751         return (malloc_domainset_exec(size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags));
 752 }
 753
 754 void *
 755 malloc_domainset_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 756     int flags)
 757 {
 758 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 759         unsigned long osize = size;
 760 #endif
 761 #ifdef MALLOC_DEBUG
 762         caddr_t va;
 763 #endif
 764
 765         flags |= M_EXEC;
 766
 767 #ifdef MALLOC_DEBUG
 768         va = NULL;
 769         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 770                 return (va);
 771 #endif
 772
 773         return (malloc_large(&size, mtp, ds, flags DEBUG_REDZONE_ARG));
 774 }
 775
 776 void *
 777 malloc_aligned(size_t size, size_t align, struct malloc_type *type, int flags)
 778 {
 779         return (malloc_domainset_aligned(size, align, type, DOMAINSET_RR(),
 780             flags));
 781 }
 782
 783 void *
 784 malloc_domainset_aligned(size_t size, size_t align,
 785     struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds, int flags)
 786 {
 787         void *res;
 788         size_t asize;
 789
 790         KASSERT(powerof2(align),
 791             ("malloc_domainset_aligned: wrong align %#zx size %#zx",
 792             align, size));
 793         KASSERT(align <= PAGE_SIZE,
 794             ("malloc_domainset_aligned: align %#zx (size %#zx) too large",
 795             align, size));
 796
 797         /*
 798          * Round the allocation size up to the next power of 2,
 799          * because we can only guarantee alignment for
 800          * power-of-2-sized allocations.  Further increase the
 801          * allocation size to align if the rounded size is less than
 802          * align, since malloc zones provide alignment equal to their
 803          * size.
 804          */
 805         if (size == 0)
 806                 size = 1;
 807         asize = size <= align ? align : 1UL << flsl(size - 1);
 808
 809         res = malloc_domainset(asize, mtp, ds, flags);
 810         KASSERT(res == NULL || ((uintptr_t)res & (align - 1)) == 0,
 811             ("malloc_domainset_aligned: result not aligned %p size %#zx "
 812             "allocsize %#zx align %#zx", res, size, asize, align));
 813         return (res);
 814 }
 815
 816 void *
 817 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 818 {
 819
 820         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 821                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 822
 823         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 824 }
 825
 826 void *
 827 mallocarray_domainset(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type,
 828     struct domainset *ds, int flags)
 829 {
 830
 831         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 832                 panic("mallocarray_domainset: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 833
 834         return (malloc_domainset(size * nmemb, type, ds, flags));
 835 }
 836
 837 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 838 static void
 839 free_save_type(void *addr, struct malloc_type *mtp, u_long size)
 840 {
 841         struct malloc_type **mtpp = addr;
 842
 843         /*
 844          * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 845          * this memory here.  This way we know who is most likely to
 846          * have stepped on it later.
 847          *
 848          * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 849          * 64 bit machines
 850          */
 851         mtpp = (struct malloc_type **) ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 852         mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 853             sizeof(struct malloc_type *);
 854         *mtpp = mtp;
 855 }
 856 #endif
 857
 858 #ifdef MALLOC_DEBUG
 859 static int
 860 free_dbg(void **addrp, struct malloc_type *mtp)
 861 {
 862         void *addr;
 863
 864         addr = *addrp;
 865         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("free: bad malloc type version"));
 866         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 867             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 868
 869         /* free(NULL, ...) does nothing */
 870         if (addr == NULL)
 871                 return (EJUSTRETURN);
 872
 873 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 874         if (is_memguard_addr(addr)) {
 875                 memguard_free(addr);
 876                 return (EJUSTRETURN);
 877         }
 878 #endif
 879
 880 #ifdef DEBUG_REDZONE
 881         redzone_check(addr);
 882         *addrp = redzone_addr_ntor(addr);
 883 #endif
 884
 885         return (0);
 886 }
 887 #endif
 888
 889 /*
 890  *      free:
 891  *
 892  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 893  *
 894  *      This routine may not block.
 895  */
 896 void
 897 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 898 {
 899         uma_zone_t zone;
 900         uma_slab_t slab;
 901         u_long size;
 902
 903 #ifdef MALLOC_DEBUG
 904         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 905                 return;
 906 #endif
 907         /* free(NULL, ...) does nothing */
 908         if (addr == NULL)
 909                 return;
 910
 911         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 912         if (slab == NULL)
 913                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 914                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 915
 916         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 917                 size = zone->uz_size;
 918 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 919                 free_save_type(addr, mtp, size);
 920 #endif
 921                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 922         } else {
 923                 size = malloc_large_size(slab);
 924                 free_large(addr, size);
 925         }
 926         malloc_type_freed(mtp, size);
 927 }
 928
 929 /*
 930  *      zfree:
 931  *
 932  *      Zero then free a block of memory allocated by malloc.
 933  *
 934  *      This routine may not block.
 935  */
 936 void
 937 zfree(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 938 {
 939         uma_zone_t zone;
 940         uma_slab_t slab;
 941         u_long size;
 942
 943 #ifdef MALLOC_DEBUG
 944         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 945                 return;
 946 #endif
 947         /* free(NULL, ...) does nothing */
 948         if (addr == NULL)
 949                 return;
 950
 951         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 952         if (slab == NULL)
 953                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 954                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 955
 956         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 957                 size = zone->uz_size;
 958 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 959                 free_save_type(addr, mtp, size);
 960 #endif
 961                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 962                 explicit_bzero(addr, size);
 963                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 964         } else {
 965                 size = malloc_large_size(slab);
 966                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 967                 explicit_bzero(addr, size);
 968                 free_large(addr, size);
 969         }
 970         malloc_type_freed(mtp, size);
 971 }
 972
 973 /*
 974  *      realloc: change the size of a memory block
 975  */
 976 void *
 977 realloc(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 978 {
 979         uma_zone_t zone;
 980         uma_slab_t slab;
 981         unsigned long alloc;
 982         void *newaddr;
 983
 984         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
 985             ("realloc: bad malloc type version"));
 986         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 987             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 988
 989         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 990         if (addr == NULL)
 991                 return (malloc(size, mtp, flags));
 992
 993         /*
 994          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 995          * per-CPU stats.
 996          */
 997
 998 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 999         if (is_memguard_addr(addr))
1000                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
1001 #endif
1002
1003 #ifdef DEBUG_REDZONE
1004         slab = NULL;
1005         zone = NULL;
1006         alloc = redzone_get_size(addr);
1007 #else
1008         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1009
1010         /* Sanity check */
1011         KASSERT(slab != NULL,
1012             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
1013
1014         /* Get the size of the original block */
1015         if (!malloc_large_slab(slab))
1016                 alloc = zone->uz_size;
1017         else
1018                 alloc = malloc_large_size(slab);
1019
1020         /* Reuse the original block if appropriate */
1021         if (size <= alloc &&
1022             (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE)) {
1023                 kasan_mark((void *)addr, size, alloc, KASAN_MALLOC_REDZONE);
1024                 return (addr);
1025         }
1026 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
1027
1028         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
1029         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
1030                 return (NULL);
1031
1032         /*
1033          * Copy over original contents.  For KASAN, the redzone must be marked
1034          * valid before performing the copy.
1035          */
1036         kasan_mark(addr, size, size, 0);
1037         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
1038         free(addr, mtp);
1039         return (newaddr);
1040 }
1041
1042 /*
1043  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
1044  */
1045 void *
1046 reallocf(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
1047 {
1048         void *mem;
1049
1050         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
1051                 free(addr, mtp);
1052         return (mem);
1053 }
1054
1055 /*
1056  *      malloc_size: returns the number of bytes allocated for a request of the
1057  *                   specified size
1058  */
1059 size_t
1060 malloc_size(size_t size)
1061 {
1062         int indx;
1063
1064         if (size > kmem_zmax)
1065                 return (0);
1066         if (size & KMEM_ZMASK)
1067                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
1068         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
1069         return (kmemzones[indx].kz_size);
1070 }
1071
1072 /*
1073  *      malloc_usable_size: returns the usable size of the allocation.
1074  */
1075 size_t
1076 malloc_usable_size(const void *addr)
1077 {
1078 #ifndef DEBUG_REDZONE
1079         uma_zone_t zone;
1080         uma_slab_t slab;
1081 #endif
1082         u_long size;
1083
1084         if (addr == NULL)
1085                 return (0);
1086
1087 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1088         if (is_memguard_addr(__DECONST(void *, addr)))
1089                 return (memguard_get_req_size(addr));
1090 #endif
1091
1092 #ifdef DEBUG_REDZONE
1093         size = redzone_get_size(__DECONST(void *, addr));
1094 #else
1095         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1096         if (slab == NULL)
1097                 panic("malloc_usable_size: address %p(%p) is not allocated.\n",
1098                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
1099
1100         if (!malloc_large_slab(slab))
1101                 size = zone->uz_size;
1102         else
1103                 size = malloc_large_size(slab);
1104 #endif
1105         return (size);
1106 }
1107
1108 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
1109
1110 /*
1111  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
1112  */
1113 void
1114 kmeminit(void)
1115 {
1116         u_long mem_size;
1117         u_long tmp;
1118
1119 #ifdef VM_KMEM_SIZE
1120         if (vm_kmem_size == 0)
1121                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
1122 #endif
1123 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
1124         if (vm_kmem_size_min == 0)
1125                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
1126 #endif
1127 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
1128         if (vm_kmem_size_max == 0)
1129                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
1130 #endif
1131         /*
1132          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
1133          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
1134          * of machines, it is a function of the physical memory size,
1135          * specifically,
1136          *
1137          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
1138          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
1139          *
1140          * Every architecture must define an integral value for
1141          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
1142          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
1143          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
1144          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
1145          * a given architecture.
1146          */
1147         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
1148         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
1149                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
1150
1151         if (vm_kmem_size_scale < 1)
1152                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
1153
1154         /*
1155          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
1156          * variable:
1157          */
1158         if (vm_kmem_size == 0) {
1159                 vm_kmem_size = mem_size / vm_kmem_size_scale;
1160                 vm_kmem_size = vm_kmem_size * PAGE_SIZE < vm_kmem_size ?
1161                     vm_kmem_size_max : vm_kmem_size * PAGE_SIZE;
1162                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
1163                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
1164                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
1165                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
1166         }
1167         if (vm_kmem_size == 0)
1168                 panic("Tune VM_KMEM_SIZE_* for the platform");
1169
1170         /*
1171          * The amount of KVA space that is preallocated to the
1172          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
1173          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
1174          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
1175          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
1176          */
1177         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
1178                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
1179
1180         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
1181
1182 #ifdef KASAN
1183         /*
1184          * With KASAN enabled, dynamically allocated kernel memory is shadowed.
1185          * Account for this when setting the UMA limit.
1186          */
1187         vm_kmem_size = (vm_kmem_size * KASAN_SHADOW_SCALE) /
1188             (KASAN_SHADOW_SCALE + 1);
1189 #endif
1190
1191 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1192         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
1193 #else
1194         tmp = vm_kmem_size;
1195 #endif
1196         uma_set_limit(tmp);
1197
1198 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1199         /*
1200          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
1201          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
1202          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
1203          */
1204         memguard_init(kernel_arena);
1205 #endif
1206 }
1207
1208 /*
1209  * Initialize the kernel memory allocator
1210  */
1211 /* ARGSUSED*/
1212 static void
1213 mallocinit(void *dummy)
1214 {
1215         int i;
1216         uint8_t indx;
1217
1218         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
1219
1220         kmeminit();
1221
1222         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
1223                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
1224
1225         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
1226                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
1227                 const char *name = kmemzones[indx].kz_name;
1228                 size_t align;
1229                 int subzone;
1230
1231                 align = UMA_ALIGN_PTR;
1232                 if (powerof2(size) && size > sizeof(void *))
1233                         align = MIN(size, PAGE_SIZE) - 1;
1234                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
1235                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
1236                             uma_zcreate(name, size,
1237 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
1238                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
1239 #else
1240                             NULL, NULL, NULL, NULL,
1241 #endif
1242                             align, UMA_ZONE_MALLOC);
1243                 }
1244                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
1245                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
1246         }
1247 }
1248 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
1249
1250 void
1251 malloc_init(void *data)
1252 {
1253         struct malloc_type_internal *mtip;
1254         struct malloc_type *mtp;
1255
1256         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
1257
1258         mtp = data;
1259         if (mtp->ks_version != M_VERSION)
1260                 panic("malloc_init: type %s with unsupported version %lu",
1261                     mtp->ks_shortdesc, mtp->ks_version);
1262
1263         mtip = &mtp->ks_mti;
1264         mtip->mti_stats = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_64, M_WAITOK | M_ZERO);
1265         mtp_set_subzone(mtp);
1266
1267         mtx_lock(&malloc_mtx);
1268         mtp->ks_next = kmemstatistics;
1269         kmemstatistics = mtp;
1270         kmemcount++;
1271         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1272 }
1273
1274 void
1275 malloc_uninit(void *data)
1276 {
1277         struct malloc_type_internal *mtip;
1278         struct malloc_type_stats *mtsp;
1279         struct malloc_type *mtp, *temp;
1280         long temp_allocs, temp_bytes;
1281         int i;
1282
1283         mtp = data;
1284         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
1285             ("malloc_uninit: bad malloc type version"));
1286
1287         mtx_lock(&malloc_mtx);
1288         mtip = &mtp->ks_mti;
1289         if (mtp != kmemstatistics) {
1290                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
1291                     temp = temp->ks_next) {
1292                         if (temp->ks_next == mtp) {
1293                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
1294                                 break;
1295                         }
1296                 }
1297                 KASSERT(temp,
1298                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
1299         } else
1300                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
1301         kmemcount--;
1302         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1303
1304         /*
1305          * Look for memory leaks.
1306          */
1307         temp_allocs = temp_bytes = 0;
1308         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1309                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1310                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
1311                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
1312                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
1313                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
1314         }
1315         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
1316                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
1317                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
1318                     temp_allocs, temp_bytes);
1319         }
1320
1321         uma_zfree_pcpu(pcpu_zone_64, mtip->mti_stats);
1322 }
1323
1324 struct malloc_type *
1325 malloc_desc2type(const char *desc)
1326 {
1327         struct malloc_type *mtp;
1328
1329         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1330         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1331                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
1332                         return (mtp);
1333         }
1334         return (NULL);
1335 }
1336
1337 static int
1338 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1339 {
1340         struct malloc_type_stream_header mtsh;
1341         struct malloc_type_internal *mtip;
1342         struct malloc_type_stats *mtsp, zeromts;
1343         struct malloc_type_header mth;
1344         struct malloc_type *mtp;
1345         int error, i;
1346         struct sbuf sbuf;
1347
1348         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1349         if (error != 0)
1350                 return (error);
1351         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1352         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
1353         mtx_lock(&malloc_mtx);
1354
1355         bzero(&zeromts, sizeof(zeromts));
1356
1357         /*
1358          * Insert stream header.
1359          */
1360         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
1361         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
1362         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
1363         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
1364         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
1365
1366         /*
1367          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
1368          */
1369         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1370                 mtip = &mtp->ks_mti;
1371
1372                 /*
1373                  * Insert type header.
1374                  */
1375                 bzero(&mth, sizeof(mth));
1376                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
1377                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
1378
1379                 /*
1380                  * Insert type statistics for each CPU.
1381                  */
1382                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1383                         mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1384                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, mtsp, sizeof(*mtsp));
1385                 }
1386                 /*
1387                  * Fill in the missing CPUs.
1388                  */
1389                 for (; i < MAXCPU; i++) {
1390                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &zeromts, sizeof(zeromts));
1391                 }
1392         }
1393         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1394         error = sbuf_finish(&sbuf);
1395         sbuf_delete(&sbuf);
1396         return (error);
1397 }
1398
1399 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats,
1400     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRUCT | CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0,
1401     sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
1402     "Return malloc types");
1403
1404 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
1405     "Count of kernel malloc types");
1406
1407 void
1408 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
1409 {
1410         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
1411         int count, i;
1412         size_t buflen;
1413
1414         mtx_lock(&malloc_mtx);
1415 restart:
1416         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1417         count = kmemcount;
1418         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1419
1420         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
1421         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
1422
1423         mtx_lock(&malloc_mtx);
1424
1425         if (count < kmemcount) {
1426                 free(bufmtp, M_TEMP);
1427                 goto restart;
1428         }
1429
1430         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
1431                 bufmtp[i] = mtp;
1432
1433         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1434
1435         for (i = 0; i < count; i++)
1436                 (func)(bufmtp[i], arg);
1437
1438         free(bufmtp, M_TEMP);
1439 }
1440
1441 #ifdef DDB
1442 static int64_t
1443 get_malloc_stats(const struct malloc_type_internal *mtip, uint64_t *allocs,
1444     uint64_t *inuse)
1445 {
1446         const struct malloc_type_stats *mtsp;
1447         uint64_t frees, alloced, freed;
1448         int i;
1449
1450         *allocs = 0;
1451         frees = 0;
1452         alloced = 0;
1453         freed = 0;
1454         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1455                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1456
1457                 *allocs += mtsp->mts_numallocs;
1458                 frees += mtsp->mts_numfrees;
1459                 alloced += mtsp->mts_memalloced;
1460                 freed += mtsp->mts_memfreed;
1461         }
1462         *inuse = *allocs - frees;
1463         return (alloced - freed);
1464 }
1465
1466 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1467 {
1468         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
1469         struct malloc_type *mtp;
1470         uint64_t allocs, inuse;
1471         int64_t size;
1472         /* variables for sorting */
1473         struct malloc_type *last_mtype, *cur_mtype;
1474         int64_t cur_size, last_size;
1475         int ties;
1476
1477         if (modif[0] == 'i') {
1478                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s\n";
1479                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jdK,%ju\n";
1480         } else {
1481                 fmt_hdr = "%18s %12s  %12s %12s\n";
1482                 fmt_entry = "%18s %12ju %12jdK %12ju\n";
1483         }
1484
1485         db_printf(fmt_hdr, "Type", "InUse", "MemUse", "Requests");
1486
1487         /* Select sort, largest size first. */
1488         last_mtype = NULL;
1489         last_size = INT64_MAX;
1490         for (;;) {
1491                 cur_mtype = NULL;
1492                 cur_size = -1;
1493                 ties = 0;
1494
1495                 for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1496                         /*
1497                          * In the case of size ties, print out mtypes
1498                          * in the order they are encountered.  That is,
1499                          * when we encounter the most recently output
1500                          * mtype, we have already printed all preceding
1501                          * ties, and we must print all following ties.
1502                          */
1503                         if (mtp == last_mtype) {
1504                                 ties = 1;
1505                                 continue;
1506                         }
1507                         size = get_malloc_stats(&mtp->ks_mti, &allocs,
1508                             &inuse);
1509                         if (size > cur_size && size < last_size + ties) {
1510                                 cur_size = size;
1511                                 cur_mtype = mtp;
1512                         }
1513                 }
1514                 if (cur_mtype == NULL)
1515                         break;
1516
1517                 size = get_malloc_stats(&cur_mtype->ks_mti, &allocs, &inuse);
1518                 db_printf(fmt_entry, cur_mtype->ks_shortdesc, inuse,
1519                     howmany(size, 1024), allocs);
1520
1521                 if (db_pager_quit)
1522                         break;
1523
1524                 last_mtype = cur_mtype;
1525                 last_size = cur_size;
1526         }
1527 }
1528
1529 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1530 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1531 {
1532         struct malloc_type_internal *mtip;
1533         struct malloc_type *mtp;
1534         u_int subzone;
1535
1536         if (!have_addr) {
1537                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1538                 return;
1539         }
1540         mtp = (void *)addr;
1541         if (mtp->ks_version != M_VERSION) {
1542                 db_printf("Version %lx does not match expected %x\n",
1543                     mtp->ks_version, M_VERSION);
1544                 return;
1545         }
1546
1547         mtip = &mtp->ks_mti;
1548         subzone = mtip->mti_zone;
1549
1550         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1551                 mtip = &mtp->ks_mti;
1552                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1553                         continue;
1554                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1555                 if (db_pager_quit)
1556                         break;
1557         }
1558 }
1559 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1560 #endif /* DDB */