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  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  34  */
  35
  36 /*
  37  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  38  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  39  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  40  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  41  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  42  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  43  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  44  * description.
  45  */
  46
  47 #include <sys/cdefs.h>
  48 __FBSDID("$FreeBSD$");
  49
  50 #include "opt_ddb.h"
  51 #include "opt_vm.h"
  52
  53 #include <sys/param.h>
  54 #include <sys/systm.h>
  55 #include <sys/kdb.h>
  56 #include <sys/kernel.h>
  57 #include <sys/lock.h>
  58 #include <sys/malloc.h>
  59 #include <sys/mutex.h>
  60 #include <sys/vmmeter.h>
  61 #include <sys/proc.h>
  62 #include <sys/sbuf.h>
  63 #include <sys/sysctl.h>
  64 #include <sys/time.h>
  65 #include <sys/vmem.h>
  66
  67 #include <vm/vm.h>
  68 #include <vm/pmap.h>
  69 #include <vm/vm_pageout.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <vm/vm_kern.h>
  72 #include <vm/vm_extern.h>
  73 #include <vm/vm_map.h>
  74 #include <vm/vm_page.h>
  75 #include <vm/uma.h>
  76 #include <vm/uma_int.h>
  77 #include <vm/uma_dbg.h>
  78
  79 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  80 #include <vm/memguard.h>
  81 #endif
  82 #ifdef DEBUG_REDZONE
  83 #include <vm/redzone.h>
  84 #endif
  85
  86 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  87 #include <machine/cpu.h>
  88 #endif
  89
  90 #include <ddb/ddb.h>
  91
  92 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  93 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  94
  95 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  96 #endif
  97
  98 /*
  99  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 100  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 101  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 102  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 103  */
 104 #ifndef REALLOC_FRACTION
 105 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 106 #endif
 107
 108 /*
 109  * Centrally define some common malloc types.
 110  */
 111 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 112 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 113 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 114
 115 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 116 static int kmemcount;
 117
 118 #define KMEM_ZSHIFT     4
 119 #define KMEM_ZBASE      16
 120 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 121
 122 #define KMEM_ZMAX       65536
 123 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 124 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 125
 126 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 127 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 128 #endif
 129 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 130
 131 /*
 132  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 133  * of various sizes.
 134  *
 135  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 136  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 137  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 138  */
 139 struct {
 140         int kz_size;
 141         char *kz_name;
 142         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 143 } kmemzones[] = {
 144         {16, "16", },
 145         {32, "32", },
 146         {64, "64", },
 147         {128, "128", },
 148         {256, "256", },
 149         {512, "512", },
 150         {1024, "1024", },
 151         {2048, "2048", },
 152         {4096, "4096", },
 153         {8192, "8192", },
 154         {16384, "16384", },
 155         {32768, "32768", },
 156         {65536, "65536", },
 157         {0, NULL},
 158 };
 159
 160 /*
 161  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 162  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 163  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 164  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 165  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 166  * declare malloc types.
 167  */
 168 static uma_zone_t mt_zone;
 169
 170 u_long vm_kmem_size;
 171 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 172     "Size of kernel memory");
 173
 174 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 175 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 176     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 177
 178 static u_long vm_kmem_size_min;
 179 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 180     "Minimum size of kernel memory");
 181
 182 static u_long vm_kmem_size_max;
 183 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 184     "Maximum size of kernel memory");
 185
 186 static u_int vm_kmem_size_scale;
 187 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 188     "Scale factor for kernel memory size");
 189
 190 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 191 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 192     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 193     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 194
 195 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 196 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 197     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 198     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 199
 200 /*
 201  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 202  */
 203 struct mtx malloc_mtx;
 204
 205 #ifdef MALLOC_PROFILE
 206 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 207
 208 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 209 #endif
 210
 211 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 212
 213 /*
 214  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 215  */
 216 static time_t t_malloc_fail;
 217
 218 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 219 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 220     "Kernel malloc debugging options");
 221 #endif
 222
 223 /*
 224  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 225  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 226  */
 227 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 228 static int malloc_failure_rate;
 229 static int malloc_nowait_count;
 230 static int malloc_failure_count;
 231 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 232     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 233 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 234     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 235 #endif
 236
 237 static int
 238 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 239 {
 240         u_long size;
 241
 242         size = uma_size();
 243         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 244 }
 245
 246 static int
 247 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 248 {
 249         u_long size, limit;
 250
 251         /* The sysctl is unsigned, implement as a saturation value. */
 252         size = uma_size();
 253         limit = uma_limit();
 254         if (size > limit)
 255                 size = 0;
 256         else
 257                 size = limit - size;
 258         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 259 }
 260
 261 /*
 262  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 263  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 264  */
 265 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 266 static void
 267 tunable_set_numzones(void)
 268 {
 269
 270         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 271             &numzones);
 272
 273         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 274         if (numzones <= 0)
 275                 numzones = 1;
 276         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 277                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 278 }
 279 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 280 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 281     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 282
 283 /*
 284  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 285  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 286  */
 287 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 288 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 289 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 290     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 291     "Nth character in the malloc type short description.");
 292
 293 static u_int
 294 mtp_get_subzone(const char *desc)
 295 {
 296         size_t len;
 297         u_int val;
 298
 299         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 300                 return (0);
 301         val = desc[zone_offset % len];
 302         return (val % numzones);
 303 }
 304 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 305 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 306 #else
 307 static inline u_int
 308 mtp_get_subzone(const char *desc)
 309 {
 310
 311         return (0);
 312 }
 313 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 314
 315 int
 316 malloc_last_fail(void)
 317 {
 318
 319         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 320 }
 321
 322 /*
 323  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 324  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 325  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 326  * statistics.
 327  */
 328 static void
 329 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 330     int zindx)
 331 {
 332         struct malloc_type_internal *mtip;
 333         struct malloc_type_stats *mtsp;
 334
 335         critical_enter();
 336         mtip = mtp->ks_handle;
 337         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 338         if (size > 0) {
 339                 mtsp->mts_memalloced += size;
 340                 mtsp->mts_numallocs++;
 341         }
 342         if (zindx != -1)
 343                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 344
 345 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 346         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 347                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 348                 if (probe_id != 0)
 349                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 350                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 351                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 352         }
 353 #endif
 354
 355         critical_exit();
 356 }
 357
 358 void
 359 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 360 {
 361
 362         if (size > 0)
 363                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 364 }
 365
 366 /*
 367  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 368  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 369  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 370  * statistics.
 371  */
 372 void
 373 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 374 {
 375         struct malloc_type_internal *mtip;
 376         struct malloc_type_stats *mtsp;
 377
 378         critical_enter();
 379         mtip = mtp->ks_handle;
 380         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 381         mtsp->mts_memfreed += size;
 382         mtsp->mts_numfrees++;
 383
 384 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 385         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 386                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 387                 if (probe_id != 0)
 388                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 389                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 390                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 391         }
 392 #endif
 393
 394         critical_exit();
 395 }
 396
 397 /*
 398  *      contigmalloc:
 399  *
 400  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 401  *
 402  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 403  *      the allocation fails.
 404  */
 405 void *
 406 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 407     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 408     vm_paddr_t boundary)
 409 {
 410         void *ret;
 411
 412         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 413             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 414         if (ret != NULL)
 415                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 416         return (ret);
 417 }
 418
 419 /*
 420  *      contigfree:
 421  *
 422  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 423  *
 424  *      This routine may not block.
 425  */
 426 void
 427 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 428 {
 429
 430         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 431         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 432 }
 433
 434 /*
 435  *      malloc:
 436  *
 437  *      Allocate a block of memory.
 438  *
 439  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 440  *      the allocation fails.
 441  */
 442 void *
 443 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 444 {
 445         int indx;
 446         struct malloc_type_internal *mtip;
 447         caddr_t va;
 448         uma_zone_t zone;
 449 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 450         unsigned long osize = size;
 451 #endif
 452
 453 #ifdef INVARIANTS
 454         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 455         /*
 456          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 457          */
 458         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 459         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 460                 static  struct timeval lasterr;
 461                 static  int curerr, once;
 462                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 463                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 464                         kdb_backtrace();
 465                         flags |= M_WAITOK;
 466                         once++;
 467                 }
 468         }
 469 #endif
 470 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 471         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 472                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 473                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 474                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 475                         t_malloc_fail = time_uptime;
 476                         return (NULL);
 477                 }
 478         }
 479 #endif
 480         if (flags & M_WAITOK)
 481                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 482                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 483         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 484             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 485
 486 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 487         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 488                 va = memguard_alloc(size, flags);
 489                 if (va != NULL)
 490                         return (va);
 491                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 492         }
 493 #endif
 494
 495 #ifdef DEBUG_REDZONE
 496         size = redzone_size_ntor(size);
 497 #endif
 498
 499         if (size <= kmem_zmax) {
 500                 mtip = mtp->ks_handle;
 501                 if (size & KMEM_ZMASK)
 502                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 503                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 504                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 505                     ("mti_zone %u out of range %d",
 506                     mtip->mti_zone, numzones));
 507                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 508 #ifdef MALLOC_PROFILE
 509                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 510 #endif
 511                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 512                 if (va != NULL)
 513                         size = zone->uz_size;
 514                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 515         } else {
 516                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 517                 zone = NULL;
 518                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 519                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 520         }
 521         if (flags & M_WAITOK)
 522                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 523         else if (va == NULL)
 524                 t_malloc_fail = time_uptime;
 525 #ifdef DIAGNOSTIC
 526         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 527                 memset(va, 0x70, osize);
 528         }
 529 #endif
 530 #ifdef DEBUG_REDZONE
 531         if (va != NULL)
 532                 va = redzone_setup(va, osize);
 533 #endif
 534         return ((void *) va);
 535 }
 536
 537 /*
 538  *      free:
 539  *
 540  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 541  *
 542  *      This routine may not block.
 543  */
 544 void
 545 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 546 {
 547         uma_slab_t slab;
 548         u_long size;
 549
 550         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 551         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 552             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 553
 554         /* free(NULL, ...) does nothing */
 555         if (addr == NULL)
 556                 return;
 557
 558 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 559         if (is_memguard_addr(addr)) {
 560                 memguard_free(addr);
 561                 return;
 562         }
 563 #endif
 564
 565 #ifdef DEBUG_REDZONE
 566         redzone_check(addr);
 567         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 568 #endif
 569
 570         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 571
 572         if (slab == NULL)
 573                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 574                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 575
 576         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 577 #ifdef INVARIANTS
 578                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 579 #endif
 580                 size = slab->us_keg->uk_size;
 581 #ifdef INVARIANTS
 582                 /*
 583                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 584                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 585                  * have stepped on it later.
 586                  *
 587                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 588                  * 64 bit machines
 589                  */
 590                 mtpp = (struct malloc_type **)
 591                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 592                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 593                     sizeof(struct malloc_type *);
 594                 *mtpp = mtp;
 595 #endif
 596                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 597         } else {
 598                 size = slab->us_size;
 599                 uma_large_free(slab);
 600         }
 601         malloc_type_freed(mtp, size);
 602 }
 603
 604 /*
 605  *      realloc: change the size of a memory block
 606  */
 607 void *
 608 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 609 {
 610         uma_slab_t slab;
 611         unsigned long alloc;
 612         void *newaddr;
 613
 614         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 615             ("realloc: bad malloc type magic"));
 616         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 617             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 618
 619         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 620         if (addr == NULL)
 621                 return (malloc(size, mtp, flags));
 622
 623         /*
 624          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 625          * per-CPU stats.
 626          */
 627
 628 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 629         if (is_memguard_addr(addr))
 630                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 631 #endif
 632
 633 #ifdef DEBUG_REDZONE
 634         slab = NULL;
 635         alloc = redzone_get_size(addr);
 636 #else
 637         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 638
 639         /* Sanity check */
 640         KASSERT(slab != NULL,
 641             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 642
 643         /* Get the size of the original block */
 644         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 645                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 646         else
 647                 alloc = slab->us_size;
 648
 649         /* Reuse the original block if appropriate */
 650         if (size <= alloc
 651             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 652                 return (addr);
 653 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 654
 655         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 656         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 657                 return (NULL);
 658
 659         /* Copy over original contents */
 660         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 661         free(addr, mtp);
 662         return (newaddr);
 663 }
 664
 665 /*
 666  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 667  */
 668 void *
 669 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 670 {
 671         void *mem;
 672
 673         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 674                 free(addr, mtp);
 675         return (mem);
 676 }
 677
 678 #ifndef __sparc64__
 679 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 680 #endif
 681
 682 /*
 683  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 684  */
 685 void
 686 kmeminit(void)
 687 {
 688         u_long mem_size;
 689         u_long tmp;
 690
 691 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 692         if (vm_kmem_size == 0)
 693                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 694 #endif
 695 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 696         if (vm_kmem_size_min == 0)
 697                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 698 #endif
 699 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 700         if (vm_kmem_size_max == 0)
 701                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 702 #endif
 703         /*
 704          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 705          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 706          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 707          * specifically,
 708          *
 709          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 710          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 711          *
 712          * Every architecture must define an integral value for
 713          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 714          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 715          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 716          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 717          * a given architecture.
 718          */
 719         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 720         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 721                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 722
 723         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 724                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 725
 726         /*
 727          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 728          * variable:
 729          */
 730         if (vm_kmem_size == 0) {
 731                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 732
 733                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 734                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 735                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 736                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 737         }
 738
 739         /*
 740          * The amount of KVA space that is preallocated to the
 741          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 742          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 743          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 744          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 745          */
 746         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 747                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 748
 749         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 750 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 751         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 752 #else
 753         tmp = vm_kmem_size;
 754 #endif
 755         uma_set_limit(tmp);
 756
 757 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 758         /*
 759          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 760          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 761          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 762          */
 763         memguard_init(kernel_arena);
 764 #endif
 765 }
 766
 767 /*
 768  * Initialize the kernel memory allocator
 769  */
 770 /* ARGSUSED*/
 771 static void
 772 mallocinit(void *dummy)
 773 {
 774         int i;
 775         uint8_t indx;
 776
 777         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 778
 779         kmeminit();
 780
 781         uma_startup2();
 782
 783         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 784                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 785
 786         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 787 #ifdef INVARIANTS
 788             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 789 #else
 790             NULL, NULL, NULL, NULL,
 791 #endif
 792             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 793         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 794                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 795                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 796                 int subzone;
 797
 798                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 799                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 800                             uma_zcreate(name, size,
 801 #ifdef INVARIANTS
 802                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 803 #else
 804                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 805 #endif
 806                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 807                 }
 808                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 809                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 810
 811         }
 812 }
 813 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
 814
 815 void
 816 malloc_init(void *data)
 817 {
 818         struct malloc_type_internal *mtip;
 819         struct malloc_type *mtp;
 820
 821         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 822
 823         mtp = data;
 824         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 825                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 826
 827         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 828         mtp->ks_handle = mtip;
 829         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 830
 831         mtx_lock(&malloc_mtx);
 832         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 833         kmemstatistics = mtp;
 834         kmemcount++;
 835         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 836 }
 837
 838 void
 839 malloc_uninit(void *data)
 840 {
 841         struct malloc_type_internal *mtip;
 842         struct malloc_type_stats *mtsp;
 843         struct malloc_type *mtp, *temp;
 844         uma_slab_t slab;
 845         long temp_allocs, temp_bytes;
 846         int i;
 847
 848         mtp = data;
 849         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 850             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 851         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 852
 853         mtx_lock(&malloc_mtx);
 854         mtip = mtp->ks_handle;
 855         mtp->ks_handle = NULL;
 856         if (mtp != kmemstatistics) {
 857                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 858                     temp = temp->ks_next) {
 859                         if (temp->ks_next == mtp) {
 860                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 861                                 break;
 862                         }
 863                 }
 864                 KASSERT(temp,
 865                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 866         } else
 867                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 868         kmemcount--;
 869         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 870
 871         /*
 872          * Look for memory leaks.
 873          */
 874         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 875         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 876                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 877                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 878                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 879                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 880                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 881         }
 882         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 883                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 884                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 885                     temp_allocs, temp_bytes);
 886         }
 887
 888         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 889         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 890 }
 891
 892 struct malloc_type *
 893 malloc_desc2type(const char *desc)
 894 {
 895         struct malloc_type *mtp;
 896
 897         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 898         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 899                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 900                         return (mtp);
 901         }
 902         return (NULL);
 903 }
 904
 905 static int
 906 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 907 {
 908         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 909         struct malloc_type_internal *mtip;
 910         struct malloc_type_header mth;
 911         struct malloc_type *mtp;
 912         int error, i;
 913         struct sbuf sbuf;
 914
 915         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 916         if (error != 0)
 917                 return (error);
 918         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 919         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
 920         mtx_lock(&malloc_mtx);
 921
 922         /*
 923          * Insert stream header.
 924          */
 925         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 926         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 927         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 928         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 929         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 930
 931         /*
 932          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 933          */
 934         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 935                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 936
 937                 /*
 938                  * Insert type header.
 939                  */
 940                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 941                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 942                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 943
 944                 /*
 945                  * Insert type statistics for each CPU.
 946                  */
 947                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 948                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 949                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 950                 }
 951         }
 952         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 953         error = sbuf_finish(&sbuf);
 954         sbuf_delete(&sbuf);
 955         return (error);
 956 }
 957
 958 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 959     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 960     "Return malloc types");
 961
 962 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 963     "Count of kernel malloc types");
 964
 965 void
 966 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 967 {
 968         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 969         int count, i;
 970         size_t buflen;
 971
 972         mtx_lock(&malloc_mtx);
 973 restart:
 974         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 975         count = kmemcount;
 976         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 977
 978         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 979         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 980
 981         mtx_lock(&malloc_mtx);
 982
 983         if (count < kmemcount) {
 984                 free(bufmtp, M_TEMP);
 985                 goto restart;
 986         }
 987
 988         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 989                 bufmtp[i] = mtp;
 990
 991         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 992
 993         for (i = 0; i < count; i++)
 994                 (func)(bufmtp[i], arg);
 995
 996         free(bufmtp, M_TEMP);
 997 }
 998
 999 #ifdef DDB
1000 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1001 {
1002         struct malloc_type_internal *mtip;
1003         struct malloc_type *mtp;
1004         uint64_t allocs, frees;
1005         uint64_t alloced, freed;
1006         int i;
1007
1008         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1009             "Requests");
1010         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1011                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1012                 allocs = 0;
1013                 frees = 0;
1014                 alloced = 0;
1015                 freed = 0;
1016                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1017                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1018                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1019                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1020                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1021                 }
1022                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1023                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1024                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1025                 if (db_pager_quit)
1026                         break;
1027         }
1028 }
1029
1030 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1031 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1032 {
1033         struct malloc_type_internal *mtip;
1034         struct malloc_type *mtp;
1035         u_int subzone;
1036
1037         if (!have_addr) {
1038                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1039                 return;
1040         }
1041         mtp = (void *)addr;
1042         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1043                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1044                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1045                 return;
1046         }
1047
1048         mtip = mtp->ks_handle;
1049         subzone = mtip->mti_zone;
1050
1051         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1052                 mtip = mtp->ks_handle;
1053                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1054                         continue;
1055                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1056                 if (db_pager_quit)
1057                         break;
1058         }
1059 }
1060 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1061 #endif /* DDB */
1062
1063 #ifdef MALLOC_PROFILE
1064
1065 static int
1066 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1067 {
1068         struct sbuf sbuf;
1069         uint64_t count;
1070         uint64_t waste;
1071         uint64_t mem;
1072         int error;
1073         int rsize;
1074         int size;
1075         int i;
1076
1077         waste = 0;
1078         mem = 0;
1079
1080         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1081         if (error != 0)
1082                 return (error);
1083         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1084         sbuf_printf(&sbuf,
1085             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1086         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1087                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1088                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1089                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1090
1091                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1092                     (unsigned long long)count, rsize);
1093
1094                 if ((rsize * count) > (size * count))
1095                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1096                 mem += (rsize * count);
1097         }
1098         sbuf_printf(&sbuf,
1099             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1100             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1101         error = sbuf_finish(&sbuf);
1102         sbuf_delete(&sbuf);
1103         return (error);
1104 }
1105
1106 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1107     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1108 #endif /* MALLOC_PROFILE */