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  * 3. 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 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 114 static int kmemcount;
 115
 116 #define KMEM_ZSHIFT     4
 117 #define KMEM_ZBASE      16
 118 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 119
 120 #define KMEM_ZMAX       65536
 121 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 122 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 123
 124 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 125 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 126 #endif
 127 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 128
 129 /*
 130  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 131  * of various sizes.
 132  *
 133  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 134  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 135  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 136  */
 137 struct {
 138         int kz_size;
 139         char *kz_name;
 140         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 141 } kmemzones[] = {
 142         {16, "16", },
 143         {32, "32", },
 144         {64, "64", },
 145         {128, "128", },
 146         {256, "256", },
 147         {512, "512", },
 148         {1024, "1024", },
 149         {2048, "2048", },
 150         {4096, "4096", },
 151         {8192, "8192", },
 152         {16384, "16384", },
 153         {32768, "32768", },
 154         {65536, "65536", },
 155         {0, NULL},
 156 };
 157
 158 /*
 159  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 160  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 161  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 162  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 163  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 164  * declare malloc types.
 165  */
 166 static uma_zone_t mt_zone;
 167
 168 u_long vm_kmem_size;
 169 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 170     "Size of kernel memory");
 171
 172 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 173 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 174     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 175
 176 static u_long vm_kmem_size_min;
 177 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 178     "Minimum size of kernel memory");
 179
 180 static u_long vm_kmem_size_max;
 181 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 182     "Maximum size of kernel memory");
 183
 184 static u_int vm_kmem_size_scale;
 185 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 186     "Scale factor for kernel memory size");
 187
 188 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 189 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 190     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 191     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 192
 193 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 194 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 195     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 196     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 197
 198 /*
 199  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 200  */
 201 struct mtx malloc_mtx;
 202
 203 #ifdef MALLOC_PROFILE
 204 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 205
 206 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 207 #endif
 208
 209 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 210
 211 /*
 212  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 213  */
 214 static time_t t_malloc_fail;
 215
 216 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 217 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 218     "Kernel malloc debugging options");
 219 #endif
 220
 221 /*
 222  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 223  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 224  */
 225 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 226 static int malloc_failure_rate;
 227 static int malloc_nowait_count;
 228 static int malloc_failure_count;
 229 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 230     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 231 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 232     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 233 #endif
 234
 235 static int
 236 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 237 {
 238         u_long size;
 239
 240         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 241         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 242 }
 243
 244 static int
 245 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 246 {
 247         u_long size;
 248
 249         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 250         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 251 }
 252
 253 /*
 254  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 255  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 256  */
 257 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 258 static void
 259 tunable_set_numzones(void)
 260 {
 261
 262         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 263             &numzones);
 264
 265         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 266         if (numzones <= 0)
 267                 numzones = 1;
 268         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 269                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 270 }
 271 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 272 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 273     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 274
 275 /*
 276  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 277  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 278  */
 279 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 280 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 281 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 282     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 283     "Nth character in the malloc type short description.");
 284
 285 static u_int
 286 mtp_get_subzone(const char *desc)
 287 {
 288         size_t len;
 289         u_int val;
 290
 291         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 292                 return (0);
 293         val = desc[zone_offset % len];
 294         return (val % numzones);
 295 }
 296 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 297 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 298 #else
 299 static inline u_int
 300 mtp_get_subzone(const char *desc)
 301 {
 302
 303         return (0);
 304 }
 305 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 306
 307 int
 308 malloc_last_fail(void)
 309 {
 310
 311         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 312 }
 313
 314 /*
 315  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 316  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 317  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 318  * statistics.
 319  */
 320 static void
 321 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 322     int zindx)
 323 {
 324         struct malloc_type_internal *mtip;
 325         struct malloc_type_stats *mtsp;
 326
 327         critical_enter();
 328         mtip = mtp->ks_handle;
 329         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 330         if (size > 0) {
 331                 mtsp->mts_memalloced += size;
 332                 mtsp->mts_numallocs++;
 333         }
 334         if (zindx != -1)
 335                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 336
 337 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 338         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 339                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 340                 if (probe_id != 0)
 341                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 342                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 343                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 344         }
 345 #endif
 346
 347         critical_exit();
 348 }
 349
 350 void
 351 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 352 {
 353
 354         if (size > 0)
 355                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 356 }
 357
 358 /*
 359  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 360  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 361  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 362  * statistics.
 363  */
 364 void
 365 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 366 {
 367         struct malloc_type_internal *mtip;
 368         struct malloc_type_stats *mtsp;
 369
 370         critical_enter();
 371         mtip = mtp->ks_handle;
 372         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 373         mtsp->mts_memfreed += size;
 374         mtsp->mts_numfrees++;
 375
 376 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 377         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 378                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 379                 if (probe_id != 0)
 380                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 381                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 382                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 383         }
 384 #endif
 385
 386         critical_exit();
 387 }
 388
 389 /*
 390  *      contigmalloc:
 391  *
 392  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 393  *
 394  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 395  *      the allocation fails.
 396  */
 397 void *
 398 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 399     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 400     vm_paddr_t boundary)
 401 {
 402         void *ret;
 403
 404         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 405             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 406         if (ret != NULL)
 407                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 408         return (ret);
 409 }
 410
 411 /*
 412  *      contigfree:
 413  *
 414  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 415  *
 416  *      This routine may not block.
 417  */
 418 void
 419 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 420 {
 421
 422         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 423         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 424 }
 425
 426 /*
 427  *      malloc:
 428  *
 429  *      Allocate a block of memory.
 430  *
 431  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 432  *      the allocation fails.
 433  */
 434 void *
 435 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 436 {
 437         int indx;
 438         struct malloc_type_internal *mtip;
 439         caddr_t va;
 440         uma_zone_t zone;
 441 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 442         unsigned long osize = size;
 443 #endif
 444
 445 #ifdef INVARIANTS
 446         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 447         /*
 448          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 449          */
 450         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 451         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 452                 static  struct timeval lasterr;
 453                 static  int curerr, once;
 454                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 455                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 456                         kdb_backtrace();
 457                         flags |= M_WAITOK;
 458                         once++;
 459                 }
 460         }
 461 #endif
 462 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 463         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 464                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 465                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 466                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 467                         t_malloc_fail = time_uptime;
 468                         return (NULL);
 469                 }
 470         }
 471 #endif
 472         if (flags & M_WAITOK)
 473                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 474                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 475         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 476             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 477
 478 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 479         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 480                 va = memguard_alloc(size, flags);
 481                 if (va != NULL)
 482                         return (va);
 483                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 484         }
 485 #endif
 486
 487 #ifdef DEBUG_REDZONE
 488         size = redzone_size_ntor(size);
 489 #endif
 490
 491         if (size <= kmem_zmax) {
 492                 mtip = mtp->ks_handle;
 493                 if (size & KMEM_ZMASK)
 494                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 495                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 496                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 497                     ("mti_zone %u out of range %d",
 498                     mtip->mti_zone, numzones));
 499                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 500 #ifdef MALLOC_PROFILE
 501                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 502 #endif
 503                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 504                 if (va != NULL)
 505                         size = zone->uz_size;
 506                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 507         } else {
 508                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 509                 zone = NULL;
 510                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 511                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 512         }
 513         if (flags & M_WAITOK)
 514                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 515         else if (va == NULL)
 516                 t_malloc_fail = time_uptime;
 517 #ifdef DIAGNOSTIC
 518         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 519                 memset(va, 0x70, osize);
 520         }
 521 #endif
 522 #ifdef DEBUG_REDZONE
 523         if (va != NULL)
 524                 va = redzone_setup(va, osize);
 525 #endif
 526         return ((void *) va);
 527 }
 528
 529 /*
 530  *      free:
 531  *
 532  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 533  *
 534  *      This routine may not block.
 535  */
 536 void
 537 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 538 {
 539         uma_slab_t slab;
 540         u_long size;
 541
 542         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 543         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 544             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 545
 546         /* free(NULL, ...) does nothing */
 547         if (addr == NULL)
 548                 return;
 549
 550 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 551         if (is_memguard_addr(addr)) {
 552                 memguard_free(addr);
 553                 return;
 554         }
 555 #endif
 556
 557 #ifdef DEBUG_REDZONE
 558         redzone_check(addr);
 559         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 560 #endif
 561
 562         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 563
 564         if (slab == NULL)
 565                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 566                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 567
 568         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 569 #ifdef INVARIANTS
 570                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 571 #endif
 572                 size = slab->us_keg->uk_size;
 573 #ifdef INVARIANTS
 574                 /*
 575                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 576                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 577                  * have stepped on it later.
 578                  *
 579                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 580                  * 64 bit machines
 581                  */
 582                 mtpp = (struct malloc_type **)
 583                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 584                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 585                     sizeof(struct malloc_type *);
 586                 *mtpp = mtp;
 587 #endif
 588                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 589         } else {
 590                 size = slab->us_size;
 591                 uma_large_free(slab);
 592         }
 593         malloc_type_freed(mtp, size);
 594 }
 595
 596 /*
 597  *      realloc: change the size of a memory block
 598  */
 599 void *
 600 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 601 {
 602         uma_slab_t slab;
 603         unsigned long alloc;
 604         void *newaddr;
 605
 606         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 607             ("realloc: bad malloc type magic"));
 608         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 609             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 610
 611         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 612         if (addr == NULL)
 613                 return (malloc(size, mtp, flags));
 614
 615         /*
 616          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 617          * per-CPU stats.
 618          */
 619
 620 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 621         if (is_memguard_addr(addr))
 622                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 623 #endif
 624
 625 #ifdef DEBUG_REDZONE
 626         slab = NULL;
 627         alloc = redzone_get_size(addr);
 628 #else
 629         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 630
 631         /* Sanity check */
 632         KASSERT(slab != NULL,
 633             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 634
 635         /* Get the size of the original block */
 636         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 637                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 638         else
 639                 alloc = slab->us_size;
 640
 641         /* Reuse the original block if appropriate */
 642         if (size <= alloc
 643             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 644                 return (addr);
 645 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 646
 647         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 648         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 649                 return (NULL);
 650
 651         /* Copy over original contents */
 652         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 653         free(addr, mtp);
 654         return (newaddr);
 655 }
 656
 657 /*
 658  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 659  */
 660 void *
 661 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 662 {
 663         void *mem;
 664
 665         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 666                 free(addr, mtp);
 667         return (mem);
 668 }
 669
 670 /*
 671  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 672  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 673  * context that is safe.
 674  */
 675 static void
 676 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 677 {
 678
 679         uma_reclaim_wakeup();
 680         pagedaemon_wakeup();
 681 }
 682
 683 #ifndef __sparc64__
 684 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 685 #endif
 686
 687 /*
 688  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 689  */
 690 void
 691 kmeminit(void)
 692 {
 693         u_long mem_size;
 694         u_long tmp;
 695
 696 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 697         if (vm_kmem_size == 0)
 698                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 699 #endif
 700 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 701         if (vm_kmem_size_min == 0)
 702                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 703 #endif
 704 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 705         if (vm_kmem_size_max == 0)
 706                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 707 #endif
 708         /*
 709          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 710          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 711          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 712          * specifically,
 713          *
 714          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 715          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 716          *
 717          * Every architecture must define an integral value for
 718          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 719          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 720          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 721          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 722          * a given architecture.
 723          */
 724         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 725         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 726                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 727
 728         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 729                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 730
 731         /*
 732          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 733          * variable:
 734          */
 735         if (vm_kmem_size == 0) {
 736                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 737
 738                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 739                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 740                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 741                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 742         }
 743
 744         /*
 745          * The amount of KVA space that is preallocated to the
 746          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 747          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 748          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 749          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 750          */
 751         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 752                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 753
 754         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 755 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 756         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 757 #else
 758         tmp = vm_kmem_size;
 759 #endif
 760         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 761             0, 0);
 762         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 763
 764 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 765         /*
 766          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 767          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 768          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 769          */
 770         memguard_init(kmem_arena);
 771 #endif
 772 }
 773
 774 /*
 775  * Initialize the kernel memory allocator
 776  */
 777 /* ARGSUSED*/
 778 static void
 779 mallocinit(void *dummy)
 780 {
 781         int i;
 782         uint8_t indx;
 783
 784         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 785
 786         kmeminit();
 787
 788         uma_startup2();
 789
 790         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 791                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 792
 793         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 794 #ifdef INVARIANTS
 795             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 796 #else
 797             NULL, NULL, NULL, NULL,
 798 #endif
 799             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 800         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 801                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 802                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 803                 int subzone;
 804
 805                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 806                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 807                             uma_zcreate(name, size,
 808 #ifdef INVARIANTS
 809                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 810 #else
 811                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 812 #endif
 813                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 814                 }
 815                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 816                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 817
 818         }
 819 }
 820 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
 821
 822 void
 823 malloc_init(void *data)
 824 {
 825         struct malloc_type_internal *mtip;
 826         struct malloc_type *mtp;
 827
 828         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 829
 830         mtp = data;
 831         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 832                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 833
 834         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 835         mtp->ks_handle = mtip;
 836         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 837
 838         mtx_lock(&malloc_mtx);
 839         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 840         kmemstatistics = mtp;
 841         kmemcount++;
 842         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 843 }
 844
 845 void
 846 malloc_uninit(void *data)
 847 {
 848         struct malloc_type_internal *mtip;
 849         struct malloc_type_stats *mtsp;
 850         struct malloc_type *mtp, *temp;
 851         uma_slab_t slab;
 852         long temp_allocs, temp_bytes;
 853         int i;
 854
 855         mtp = data;
 856         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 857             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 858         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 859
 860         mtx_lock(&malloc_mtx);
 861         mtip = mtp->ks_handle;
 862         mtp->ks_handle = NULL;
 863         if (mtp != kmemstatistics) {
 864                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 865                     temp = temp->ks_next) {
 866                         if (temp->ks_next == mtp) {
 867                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 868                                 break;
 869                         }
 870                 }
 871                 KASSERT(temp,
 872                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 873         } else
 874                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 875         kmemcount--;
 876         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 877
 878         /*
 879          * Look for memory leaks.
 880          */
 881         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 882         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 883                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 884                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 885                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 886                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 887                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 888         }
 889         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 890                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 891                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 892                     temp_allocs, temp_bytes);
 893         }
 894
 895         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 896         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 897 }
 898
 899 struct malloc_type *
 900 malloc_desc2type(const char *desc)
 901 {
 902         struct malloc_type *mtp;
 903
 904         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 905         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 906                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 907                         return (mtp);
 908         }
 909         return (NULL);
 910 }
 911
 912 static int
 913 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 914 {
 915         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 916         struct malloc_type_internal *mtip;
 917         struct malloc_type_header mth;
 918         struct malloc_type *mtp;
 919         int error, i;
 920         struct sbuf sbuf;
 921
 922         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 923         if (error != 0)
 924                 return (error);
 925         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 926         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
 927         mtx_lock(&malloc_mtx);
 928
 929         /*
 930          * Insert stream header.
 931          */
 932         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 933         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 934         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 935         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 936         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 937
 938         /*
 939          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 940          */
 941         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 942                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 943
 944                 /*
 945                  * Insert type header.
 946                  */
 947                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 948                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 949                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 950
 951                 /*
 952                  * Insert type statistics for each CPU.
 953                  */
 954                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 955                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 956                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 957                 }
 958         }
 959         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 960         error = sbuf_finish(&sbuf);
 961         sbuf_delete(&sbuf);
 962         return (error);
 963 }
 964
 965 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 966     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 967     "Return malloc types");
 968
 969 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 970     "Count of kernel malloc types");
 971
 972 void
 973 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 974 {
 975         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 976         int count, i;
 977         size_t buflen;
 978
 979         mtx_lock(&malloc_mtx);
 980 restart:
 981         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 982         count = kmemcount;
 983         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 984
 985         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 986         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 987
 988         mtx_lock(&malloc_mtx);
 989
 990         if (count < kmemcount) {
 991                 free(bufmtp, M_TEMP);
 992                 goto restart;
 993         }
 994
 995         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 996                 bufmtp[i] = mtp;
 997
 998         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 999
1000         for (i = 0; i < count; i++)
1001                 (func)(bufmtp[i], arg);
1002
1003         free(bufmtp, M_TEMP);
1004 }
1005
1006 #ifdef DDB
1007 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1008 {
1009         struct malloc_type_internal *mtip;
1010         struct malloc_type *mtp;
1011         uint64_t allocs, frees;
1012         uint64_t alloced, freed;
1013         int i;
1014
1015         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1016             "Requests");
1017         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1018                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1019                 allocs = 0;
1020                 frees = 0;
1021                 alloced = 0;
1022                 freed = 0;
1023                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1024                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1025                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1026                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1027                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1028                 }
1029                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1030                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1031                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1032                 if (db_pager_quit)
1033                         break;
1034         }
1035 }
1036
1037 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1038 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1039 {
1040         struct malloc_type_internal *mtip;
1041         struct malloc_type *mtp;
1042         u_int subzone;
1043
1044         if (!have_addr) {
1045                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1046                 return;
1047         }
1048         mtp = (void *)addr;
1049         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1050                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1051                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1052                 return;
1053         }
1054
1055         mtip = mtp->ks_handle;
1056         subzone = mtip->mti_zone;
1057
1058         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1059                 mtip = mtp->ks_handle;
1060                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1061                         continue;
1062                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1063                 if (db_pager_quit)
1064                         break;
1065         }
1066 }
1067 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1068 #endif /* DDB */
1069
1070 #ifdef MALLOC_PROFILE
1071
1072 static int
1073 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1074 {
1075         struct sbuf sbuf;
1076         uint64_t count;
1077         uint64_t waste;
1078         uint64_t mem;
1079         int error;
1080         int rsize;
1081         int size;
1082         int i;
1083
1084         waste = 0;
1085         mem = 0;
1086
1087         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1088         if (error != 0)
1089                 return (error);
1090         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1091         sbuf_printf(&sbuf,
1092             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1093         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1094                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1095                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1096                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1097
1098                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1099                     (unsigned long long)count, rsize);
1100
1101                 if ((rsize * count) > (size * count))
1102                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1103                 mem += (rsize * count);
1104         }
1105         sbuf_printf(&sbuf,
1106             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1107             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1108         error = sbuf_finish(&sbuf);
1109         sbuf_delete(&sbuf);
1110         return (error);
1111 }
1112
1113 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1114     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1115 #endif /* MALLOC_PROFILE */