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/kdb.h>
  57 #include <sys/kernel.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <sys/malloc.h>
  60 #include <sys/mutex.h>
  61 #include <sys/vmmeter.h>
  62 #include <sys/proc.h>
  63 #include <sys/queue.h>
  64 #include <sys/sbuf.h>
  65 #include <sys/smp.h>
  66 #include <sys/sysctl.h>
  67 #include <sys/time.h>
  68 #include <sys/vmem.h>
  69 #ifdef EPOCH_TRACE
  70 #include <sys/epoch.h>
  71 #endif
  72
  73 #include <vm/vm.h>
  74 #include <vm/pmap.h>
  75 #include <vm/vm_domainset.h>
  76 #include <vm/vm_pageout.h>
  77 #include <vm/vm_param.h>
  78 #include <vm/vm_kern.h>
  79 #include <vm/vm_extern.h>
  80 #include <vm/vm_map.h>
  81 #include <vm/vm_page.h>
  82 #include <vm/vm_phys.h>
  83 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  84 #include <vm/uma.h>
  85 #include <vm/uma_int.h>
  86 #include <vm/uma_dbg.h>
  87
  88 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  89 #include <vm/memguard.h>
  90 #endif
  91 #ifdef DEBUG_REDZONE
  92 #include <vm/redzone.h>
  93 #endif
  94
  95 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  96 #include <machine/cpu.h>
  97 #endif
  98
  99 #include <ddb/ddb.h>
 100
 101 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 102 #include <sys/dtrace_bsd.h>
 103
 104 bool    __read_frequently                       dtrace_malloc_enabled;
 105 dtrace_malloc_probe_func_t __read_mostly        dtrace_malloc_probe;
 106 #endif
 107
 108 #if defined(INVARIANTS) || defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) ||             \
 109     defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(DEBUG_REDZONE)
 110 #define MALLOC_DEBUG    1
 111 #endif
 112
 113 /*
 114  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 115  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 116  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 117  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 118  */
 119 #ifndef REALLOC_FRACTION
 120 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 121 #endif
 122
 123 /*
 124  * Centrally define some common malloc types.
 125  */
 126 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 127 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 128 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 129
 130 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 131 static int kmemcount;
 132
 133 #define KMEM_ZSHIFT     4
 134 #define KMEM_ZBASE      16
 135 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 136
 137 #define KMEM_ZMAX       65536
 138 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 139 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 140
 141 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 142 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 143 #endif
 144 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 145
 146 /*
 147  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 148  * of various sizes.
 149  *
 150  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 151  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 152  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 153  */
 154 struct {
 155         int kz_size;
 156         const char *kz_name;
 157         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 158 } kmemzones[] = {
 159         {16, "16", },
 160         {32, "32", },
 161         {64, "64", },
 162         {128, "128", },
 163         {256, "256", },
 164         {512, "512", },
 165         {1024, "1024", },
 166         {2048, "2048", },
 167         {4096, "4096", },
 168         {8192, "8192", },
 169         {16384, "16384", },
 170         {32768, "32768", },
 171         {65536, "65536", },
 172         {0, NULL},
 173 };
 174
 175 /*
 176  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 177  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 178  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 179  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 180  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 181  * declare malloc types.
 182  */
 183 static uma_zone_t mt_zone;
 184 static uma_zone_t mt_stats_zone;
 185
 186 u_long vm_kmem_size;
 187 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 188     "Size of kernel memory");
 189
 190 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 191 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 192     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 193
 194 static u_long vm_kmem_size_min;
 195 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 196     "Minimum size of kernel memory");
 197
 198 static u_long vm_kmem_size_max;
 199 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 200     "Maximum size of kernel memory");
 201
 202 static u_int vm_kmem_size_scale;
 203 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 204     "Scale factor for kernel memory size");
 205
 206 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 207 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 208     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 209     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 210
 211 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 212 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 213     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 214     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 215
 216 /*
 217  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 218  */
 219 struct mtx malloc_mtx;
 220
 221 #ifdef MALLOC_PROFILE
 222 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 223
 224 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 225 #endif
 226
 227 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 228
 229 /*
 230  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 231  */
 232 static time_t t_malloc_fail;
 233
 234 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 235 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 236     "Kernel malloc debugging options");
 237 #endif
 238
 239 /*
 240  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 241  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 242  */
 243 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 244 static int malloc_failure_rate;
 245 static int malloc_nowait_count;
 246 static int malloc_failure_count;
 247 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 248     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 249 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 250     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 251 #endif
 252
 253 static int
 254 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 255 {
 256         u_long size;
 257
 258         size = uma_size();
 259         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 260 }
 261
 262 static int
 263 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 264 {
 265         u_long size, limit;
 266
 267         /* The sysctl is unsigned, implement as a saturation value. */
 268         size = uma_size();
 269         limit = uma_limit();
 270         if (size > limit)
 271                 size = 0;
 272         else
 273                 size = limit - size;
 274         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 275 }
 276
 277 /*
 278  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 279  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 280  */
 281 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 282 static void
 283 tunable_set_numzones(void)
 284 {
 285
 286         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 287             &numzones);
 288
 289         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 290         if (numzones <= 0)
 291                 numzones = 1;
 292         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 293                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 294 }
 295 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 296 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 297     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 298
 299 /*
 300  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 301  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 302  */
 303 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 304 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 305 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 306     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 307     "Nth character in the malloc type short description.");
 308
 309 static void
 310 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 311 {
 312         struct malloc_type_internal *mtip;
 313         const char *desc;
 314         size_t len;
 315         u_int val;
 316
 317         mtip = mtp->ks_handle;
 318         desc = mtp->ks_shortdesc;
 319         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 320                 val = 0;
 321         else
 322                 val = desc[zone_offset % len];
 323         mtip->mti_zone = (val % numzones);
 324 }
 325
 326 static inline u_int
 327 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 328 {
 329         struct malloc_type_internal *mtip;
 330
 331         mtip = mtp->ks_handle;
 332
 333         KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 334             ("mti_zone %u out of range %d",
 335             mtip->mti_zone, numzones));
 336         return (mtip->mti_zone);
 337 }
 338 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 339 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 340 #else
 341 static void
 342 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 343 {
 344         struct malloc_type_internal *mtip;
 345
 346         mtip = mtp->ks_handle;
 347         mtip->mti_zone = 0;
 348 }
 349
 350 static inline u_int
 351 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 352 {
 353
 354         return (0);
 355 }
 356 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 357
 358 int
 359 malloc_last_fail(void)
 360 {
 361
 362         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 363 }
 364
 365 /*
 366  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 367  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 368  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 369  * statistics.
 370  */
 371 static void
 372 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 373     int zindx)
 374 {
 375         struct malloc_type_internal *mtip;
 376         struct malloc_type_stats *mtsp;
 377
 378         critical_enter();
 379         mtip = mtp->ks_handle;
 380         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 381         if (size > 0) {
 382                 mtsp->mts_memalloced += size;
 383                 mtsp->mts_numallocs++;
 384         }
 385         if (zindx != -1)
 386                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 387
 388 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 389         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 390                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 391                 if (probe_id != 0)
 392                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 393                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 394                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 395         }
 396 #endif
 397
 398         critical_exit();
 399 }
 400
 401 void
 402 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 403 {
 404
 405         if (size > 0)
 406                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 407 }
 408
 409 /*
 410  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 411  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 412  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 413  * statistics.
 414  */
 415 void
 416 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 417 {
 418         struct malloc_type_internal *mtip;
 419         struct malloc_type_stats *mtsp;
 420
 421         critical_enter();
 422         mtip = mtp->ks_handle;
 423         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 424         mtsp->mts_memfreed += size;
 425         mtsp->mts_numfrees++;
 426
 427 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 428         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 429                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 430                 if (probe_id != 0)
 431                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 432                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 433                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 434         }
 435 #endif
 436
 437         critical_exit();
 438 }
 439
 440 /*
 441  *      contigmalloc:
 442  *
 443  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 444  *
 445  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 446  *      the allocation fails.
 447  */
 448 void *
 449 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 450     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 451     vm_paddr_t boundary)
 452 {
 453         void *ret;
 454
 455         ret = (void *)kmem_alloc_contig(size, flags, low, high, alignment,
 456             boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 457         if (ret != NULL)
 458                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 459         return (ret);
 460 }
 461
 462 void *
 463 contigmalloc_domainset(unsigned long size, struct malloc_type *type,
 464     struct domainset *ds, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 465     unsigned long alignment, vm_paddr_t boundary)
 466 {
 467         void *ret;
 468
 469         ret = (void *)kmem_alloc_contig_domainset(ds, size, flags, low, high,
 470             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 471         if (ret != NULL)
 472                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 473         return (ret);
 474 }
 475
 476 /*
 477  *      contigfree:
 478  *
 479  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 480  *
 481  *      This routine may not block.
 482  */
 483 void
 484 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 485 {
 486
 487         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 488         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 489 }
 490
 491 #ifdef MALLOC_DEBUG
 492 static int
 493 malloc_dbg(caddr_t *vap, size_t *sizep, struct malloc_type *mtp,
 494     int flags)
 495 {
 496 #ifdef INVARIANTS
 497         int indx;
 498
 499         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 500         /*
 501          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 502          */
 503         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 504         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 505                 static  struct timeval lasterr;
 506                 static  int curerr, once;
 507                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 508                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 509                         kdb_backtrace();
 510                         flags |= M_WAITOK;
 511                         once++;
 512                 }
 513         }
 514 #endif
 515 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 516         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 517                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 518                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 519                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 520                         t_malloc_fail = time_uptime;
 521                         *vap = NULL;
 522                         return (EJUSTRETURN);
 523                 }
 524         }
 525 #endif
 526         if (flags & M_WAITOK) {
 527                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 528                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 529                 if (__predict_false(!THREAD_CAN_SLEEP())) {
 530 #ifdef EPOCH_TRACE
 531                         epoch_trace_list(curthread);
 532 #endif
 533                         KASSERT(1,
 534                             ("malloc(M_WAITOK) with sleeping prohibited"));
 535                 }
 536         }
 537         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 538             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 539
 540 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 541         if (memguard_cmp_mtp(mtp, *sizep)) {
 542                 *vap = memguard_alloc(*sizep, flags);
 543                 if (*vap != NULL)
 544                         return (EJUSTRETURN);
 545                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 546         }
 547 #endif
 548
 549 #ifdef DEBUG_REDZONE
 550         *sizep = redzone_size_ntor(*sizep);
 551 #endif
 552
 553         return (0);
 554 }
 555 #endif
 556
 557 /*
 558  * Handle large allocations and frees by using kmem_malloc directly.
 559  */
 560 static inline bool
 561 malloc_large_slab(uma_slab_t slab)
 562 {
 563         uintptr_t va;
 564
 565         va = (uintptr_t)slab;
 566         return ((va & 1) != 0);
 567 }
 568
 569 static inline size_t
 570 malloc_large_size(uma_slab_t slab)
 571 {
 572         uintptr_t va;
 573
 574         va = (uintptr_t)slab;
 575         return (va >> 1);
 576 }
 577
 578 static caddr_t
 579 malloc_large(size_t *size, struct domainset *policy, int flags)
 580 {
 581         vm_offset_t va;
 582         size_t sz;
 583
 584         sz = roundup(*size, PAGE_SIZE);
 585         va = kmem_malloc_domainset(policy, sz, flags);
 586         if (va != 0) {
 587                 /* The low bit is unused for slab pointers. */
 588                 vsetzoneslab(va, NULL, (void *)((sz << 1) | 1));
 589                 uma_total_inc(sz);
 590                 *size = sz;
 591         }
 592         return ((caddr_t)va);
 593 }
 594
 595 static void
 596 free_large(void *addr, size_t size)
 597 {
 598
 599         kmem_free((vm_offset_t)addr, size);
 600         uma_total_dec(size);
 601 }
 602
 603 /*
 604  *      malloc:
 605  *
 606  *      Allocate a block of memory.
 607  *
 608  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 609  *      the allocation fails.
 610  */
 611 void *
 612 (malloc)(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 613 {
 614         int indx;
 615         caddr_t va;
 616         uma_zone_t zone;
 617 #if defined(DEBUG_REDZONE)
 618         unsigned long osize = size;
 619 #endif
 620
 621 #ifdef MALLOC_DEBUG
 622         va = NULL;
 623         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 624                 return (va);
 625 #endif
 626
 627         if (size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0) {
 628                 if (size & KMEM_ZMASK)
 629                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 630                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 631                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 632 #ifdef MALLOC_PROFILE
 633                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 634 #endif
 635                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 636                 if (va != NULL)
 637                         size = zone->uz_size;
 638                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 639         } else {
 640                 va = malloc_large(&size, DOMAINSET_RR(), flags);
 641                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 642         }
 643         if (flags & M_WAITOK)
 644                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 645         else if (va == NULL)
 646                 t_malloc_fail = time_uptime;
 647 #ifdef DEBUG_REDZONE
 648         if (va != NULL)
 649                 va = redzone_setup(va, osize);
 650 #endif
 651         return ((void *) va);
 652 }
 653
 654 static void *
 655 malloc_domain(size_t *sizep, int *indxp, struct malloc_type *mtp, int domain,
 656     int flags)
 657 {
 658         uma_zone_t zone;
 659         caddr_t va;
 660         size_t size;
 661         int indx;
 662
 663         size = *sizep;
 664         KASSERT(size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0,
 665             ("malloc_domain: Called with bad flag / size combination."));
 666         if (size & KMEM_ZMASK)
 667                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 668         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 669         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 670 #ifdef MALLOC_PROFILE
 671         krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 672 #endif
 673         va = uma_zalloc_domain(zone, NULL, domain, flags);
 674         if (va != NULL)
 675                 *sizep = zone->uz_size;
 676         *indxp = indx;
 677         return ((void *)va);
 678 }
 679
 680 void *
 681 malloc_domainset(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 682     int flags)
 683 {
 684         struct vm_domainset_iter di;
 685         caddr_t ret;
 686         int domain;
 687         int indx;
 688
 689 #if defined(DEBUG_REDZONE)
 690         unsigned long osize = size;
 691 #endif
 692 #ifdef MALLOC_DEBUG
 693         ret= NULL;
 694         if (malloc_dbg(&ret, &size, mtp, flags) != 0)
 695                 return (ret);
 696 #endif
 697         if (size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0) {
 698                 vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 699                 do {
 700                         ret = malloc_domain(&size, &indx, mtp, domain, flags);
 701                 } while (ret == NULL &&
 702                     vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 703                 malloc_type_zone_allocated(mtp, ret == NULL ? 0 : size, indx);
 704         } else {
 705                 /* Policy is handled by kmem. */
 706                 ret = malloc_large(&size, ds, flags);
 707                 malloc_type_allocated(mtp, ret == NULL ? 0 : size);
 708         }
 709
 710         if (flags & M_WAITOK)
 711                 KASSERT(ret != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 712         else if (ret == NULL)
 713                 t_malloc_fail = time_uptime;
 714 #ifdef DEBUG_REDZONE
 715         if (ret != NULL)
 716                 ret = redzone_setup(ret, osize);
 717 #endif
 718         return (ret);
 719 }
 720
 721 void *
 722 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 723 {
 724
 725         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 726                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 727
 728         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 729 }
 730
 731 #ifdef INVARIANTS
 732 static void
 733 free_save_type(void *addr, struct malloc_type *mtp, u_long size)
 734 {
 735         struct malloc_type **mtpp = addr;
 736
 737         /*
 738          * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 739          * this memory here.  This way we know who is most likely to
 740          * have stepped on it later.
 741          *
 742          * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 743          * 64 bit machines
 744          */
 745         mtpp = (struct malloc_type **) ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 746         mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 747             sizeof(struct malloc_type *);
 748         *mtpp = mtp;
 749 }
 750 #endif
 751
 752 #ifdef MALLOC_DEBUG
 753 static int
 754 free_dbg(void **addrp, struct malloc_type *mtp)
 755 {
 756         void *addr;
 757
 758         addr = *addrp;
 759         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 760         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 761             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 762
 763         /* free(NULL, ...) does nothing */
 764         if (addr == NULL)
 765                 return (EJUSTRETURN);
 766
 767 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 768         if (is_memguard_addr(addr)) {
 769                 memguard_free(addr);
 770                 return (EJUSTRETURN);
 771         }
 772 #endif
 773
 774 #ifdef DEBUG_REDZONE
 775         redzone_check(addr);
 776         *addrp = redzone_addr_ntor(addr);
 777 #endif
 778
 779         return (0);
 780 }
 781 #endif
 782
 783 /*
 784  *      free:
 785  *
 786  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 787  *
 788  *      This routine may not block.
 789  */
 790 void
 791 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 792 {
 793         uma_zone_t zone;
 794         uma_slab_t slab;
 795         u_long size;
 796
 797 #ifdef MALLOC_DEBUG
 798         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 799                 return;
 800 #endif
 801         /* free(NULL, ...) does nothing */
 802         if (addr == NULL)
 803                 return;
 804
 805         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 806         if (slab == NULL)
 807                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 808                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 809
 810         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 811                 size = zone->uz_size;
 812 #ifdef INVARIANTS
 813                 free_save_type(addr, mtp, size);
 814 #endif
 815                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 816         } else {
 817                 size = malloc_large_size(slab);
 818                 free_large(addr, size);
 819         }
 820         malloc_type_freed(mtp, size);
 821 }
 822
 823 /*
 824  *      zfree:
 825  *
 826  *      Zero then free a block of memory allocated by malloc.
 827  *
 828  *      This routine may not block.
 829  */
 830 void
 831 zfree(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 832 {
 833         uma_zone_t zone;
 834         uma_slab_t slab;
 835         u_long size;
 836
 837 #ifdef MALLOC_DEBUG
 838         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 839                 return;
 840 #endif
 841         /* free(NULL, ...) does nothing */
 842         if (addr == NULL)
 843                 return;
 844
 845         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 846         if (slab == NULL)
 847                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 848                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 849
 850         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 851                 size = zone->uz_size;
 852 #ifdef INVARIANTS
 853                 free_save_type(addr, mtp, size);
 854 #endif
 855                 explicit_bzero(addr, size);
 856                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 857         } else {
 858                 size = malloc_large_size(slab);
 859                 explicit_bzero(addr, size);
 860                 free_large(addr, size);
 861         }
 862         malloc_type_freed(mtp, size);
 863 }
 864
 865 /*
 866  *      realloc: change the size of a memory block
 867  */
 868 void *
 869 realloc(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 870 {
 871         uma_zone_t zone;
 872         uma_slab_t slab;
 873         unsigned long alloc;
 874         void *newaddr;
 875
 876         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 877             ("realloc: bad malloc type magic"));
 878         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 879             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 880
 881         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 882         if (addr == NULL)
 883                 return (malloc(size, mtp, flags));
 884
 885         /*
 886          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 887          * per-CPU stats.
 888          */
 889
 890 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 891         if (is_memguard_addr(addr))
 892                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 893 #endif
 894
 895 #ifdef DEBUG_REDZONE
 896         slab = NULL;
 897         zone = NULL;
 898         alloc = redzone_get_size(addr);
 899 #else
 900         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 901
 902         /* Sanity check */
 903         KASSERT(slab != NULL,
 904             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 905
 906         /* Get the size of the original block */
 907         if (!malloc_large_slab(slab))
 908                 alloc = zone->uz_size;
 909         else
 910                 alloc = malloc_large_size(slab);
 911
 912         /* Reuse the original block if appropriate */
 913         if (size <= alloc
 914             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 915                 return (addr);
 916 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 917
 918         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 919         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 920                 return (NULL);
 921
 922         /* Copy over original contents */
 923         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 924         free(addr, mtp);
 925         return (newaddr);
 926 }
 927
 928 /*
 929  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 930  */
 931 void *
 932 reallocf(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 933 {
 934         void *mem;
 935
 936         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 937                 free(addr, mtp);
 938         return (mem);
 939 }
 940
 941 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 942
 943 /*
 944  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 945  */
 946 void
 947 kmeminit(void)
 948 {
 949         u_long mem_size;
 950         u_long tmp;
 951
 952 #ifdef VM_KMEM_SIZE
 953         if (vm_kmem_size == 0)
 954                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 955 #endif
 956 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
 957         if (vm_kmem_size_min == 0)
 958                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 959 #endif
 960 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
 961         if (vm_kmem_size_max == 0)
 962                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 963 #endif
 964         /*
 965          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 966          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 967          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 968          * specifically,
 969          *
 970          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 971          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 972          *
 973          * Every architecture must define an integral value for
 974          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 975          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 976          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 977          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 978          * a given architecture.
 979          */
 980         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
 981         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
 982                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
 983
 984         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 985                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 986
 987         /*
 988          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
 989          * variable:
 990          */
 991         if (vm_kmem_size == 0) {
 992                 vm_kmem_size = mem_size / vm_kmem_size_scale;
 993                 vm_kmem_size = vm_kmem_size * PAGE_SIZE < vm_kmem_size ?
 994                     vm_kmem_size_max : vm_kmem_size * PAGE_SIZE;
 995                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 996                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 997                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 998                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 999         }
1000         if (vm_kmem_size == 0)
1001                 panic("Tune VM_KMEM_SIZE_* for the platform");
1002
1003         /*
1004          * The amount of KVA space that is preallocated to the
1005          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
1006          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
1007          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
1008          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
1009          */
1010         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
1011                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
1012
1013         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
1014 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1015         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
1016 #else
1017         tmp = vm_kmem_size;
1018 #endif
1019         uma_set_limit(tmp);
1020
1021 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1022         /*
1023          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
1024          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
1025          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
1026          */
1027         memguard_init(kernel_arena);
1028 #endif
1029 }
1030
1031 /*
1032  * Initialize the kernel memory allocator
1033  */
1034 /* ARGSUSED*/
1035 static void
1036 mallocinit(void *dummy)
1037 {
1038         int i;
1039         uint8_t indx;
1040
1041         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
1042
1043         kmeminit();
1044
1045         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
1046                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
1047
1048         mt_stats_zone = uma_zcreate("mt_stats_zone",
1049             sizeof(struct malloc_type_stats), NULL, NULL, NULL, NULL,
1050             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_PCPU);
1051         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
1052 #ifdef INVARIANTS
1053             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
1054 #else
1055             NULL, NULL, NULL, NULL,
1056 #endif
1057             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
1058         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
1059                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
1060                 const char *name = kmemzones[indx].kz_name;
1061                 int subzone;
1062
1063                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
1064                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
1065                             uma_zcreate(name, size,
1066 #ifdef INVARIANTS
1067                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
1068 #else
1069                             NULL, NULL, NULL, NULL,
1070 #endif
1071                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
1072                 }
1073                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
1074                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
1075
1076         }
1077 }
1078 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
1079
1080 void
1081 malloc_init(void *data)
1082 {
1083         struct malloc_type_internal *mtip;
1084         struct malloc_type *mtp;
1085
1086         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
1087
1088         mtp = data;
1089         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
1090                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
1091
1092         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1093         mtip->mti_stats = uma_zalloc_pcpu(mt_stats_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
1094         mtp->ks_handle = mtip;
1095         mtp_set_subzone(mtp);
1096
1097         mtx_lock(&malloc_mtx);
1098         mtp->ks_next = kmemstatistics;
1099         kmemstatistics = mtp;
1100         kmemcount++;
1101         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1102 }
1103
1104 void
1105 malloc_uninit(void *data)
1106 {
1107         struct malloc_type_internal *mtip;
1108         struct malloc_type_stats *mtsp;
1109         struct malloc_type *mtp, *temp;
1110         uma_slab_t slab;
1111         long temp_allocs, temp_bytes;
1112         int i;
1113
1114         mtp = data;
1115         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
1116             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
1117         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
1118
1119         mtx_lock(&malloc_mtx);
1120         mtip = mtp->ks_handle;
1121         mtp->ks_handle = NULL;
1122         if (mtp != kmemstatistics) {
1123                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
1124                     temp = temp->ks_next) {
1125                         if (temp->ks_next == mtp) {
1126                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
1127                                 break;
1128                         }
1129                 }
1130                 KASSERT(temp,
1131                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
1132         } else
1133                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
1134         kmemcount--;
1135         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1136
1137         /*
1138          * Look for memory leaks.
1139          */
1140         temp_allocs = temp_bytes = 0;
1141         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1142                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1143                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
1144                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
1145                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
1146                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
1147         }
1148         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
1149                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
1150                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
1151                     temp_allocs, temp_bytes);
1152         }
1153
1154         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
1155         uma_zfree_pcpu(mt_stats_zone, mtip->mti_stats);
1156         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
1157 }
1158
1159 struct malloc_type *
1160 malloc_desc2type(const char *desc)
1161 {
1162         struct malloc_type *mtp;
1163
1164         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1165         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1166                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
1167                         return (mtp);
1168         }
1169         return (NULL);
1170 }
1171
1172 static int
1173 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1174 {
1175         struct malloc_type_stream_header mtsh;
1176         struct malloc_type_internal *mtip;
1177         struct malloc_type_stats *mtsp, zeromts;
1178         struct malloc_type_header mth;
1179         struct malloc_type *mtp;
1180         int error, i;
1181         struct sbuf sbuf;
1182
1183         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1184         if (error != 0)
1185                 return (error);
1186         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1187         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
1188         mtx_lock(&malloc_mtx);
1189
1190         bzero(&zeromts, sizeof(zeromts));
1191
1192         /*
1193          * Insert stream header.
1194          */
1195         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
1196         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
1197         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
1198         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
1199         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
1200
1201         /*
1202          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
1203          */
1204         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1205                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1206
1207                 /*
1208                  * Insert type header.
1209                  */
1210                 bzero(&mth, sizeof(mth));
1211                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
1212                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
1213
1214                 /*
1215                  * Insert type statistics for each CPU.
1216                  */
1217                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1218                         mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1219                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, mtsp, sizeof(*mtsp));
1220                 }
1221                 /*
1222                  * Fill in the missing CPUs.
1223                  */
1224                 for (; i < MAXCPU; i++) {
1225                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &zeromts, sizeof(zeromts));
1226                 }
1227
1228         }
1229         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1230         error = sbuf_finish(&sbuf);
1231         sbuf_delete(&sbuf);
1232         return (error);
1233 }
1234
1235 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats,
1236     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRUCT | CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0,
1237     sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
1238     "Return malloc types");
1239
1240 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
1241     "Count of kernel malloc types");
1242
1243 void
1244 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
1245 {
1246         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
1247         int count, i;
1248         size_t buflen;
1249
1250         mtx_lock(&malloc_mtx);
1251 restart:
1252         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1253         count = kmemcount;
1254         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1255
1256         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
1257         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
1258
1259         mtx_lock(&malloc_mtx);
1260
1261         if (count < kmemcount) {
1262                 free(bufmtp, M_TEMP);
1263                 goto restart;
1264         }
1265
1266         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
1267                 bufmtp[i] = mtp;
1268
1269         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1270
1271         for (i = 0; i < count; i++)
1272                 (func)(bufmtp[i], arg);
1273
1274         free(bufmtp, M_TEMP);
1275 }
1276
1277 #ifdef DDB
1278 static int64_t
1279 get_malloc_stats(const struct malloc_type_internal *mtip, uint64_t *allocs,
1280     uint64_t *inuse)
1281 {
1282         const struct malloc_type_stats *mtsp;
1283         uint64_t frees, alloced, freed;
1284         int i;
1285
1286         *allocs = 0;
1287         frees = 0;
1288         alloced = 0;
1289         freed = 0;
1290         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1291                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1292
1293                 *allocs += mtsp->mts_numallocs;
1294                 frees += mtsp->mts_numfrees;
1295                 alloced += mtsp->mts_memalloced;
1296                 freed += mtsp->mts_memfreed;
1297         }
1298         *inuse = *allocs - frees;
1299         return (alloced - freed);
1300 }
1301
1302 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1303 {
1304         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
1305         struct malloc_type *mtp;
1306         uint64_t allocs, inuse;
1307         int64_t size;
1308         /* variables for sorting */
1309         struct malloc_type *last_mtype, *cur_mtype;
1310         int64_t cur_size, last_size;
1311         int ties;
1312
1313         if (modif[0] == 'i') {
1314                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s\n";
1315                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jdK,%ju\n";
1316         } else {
1317                 fmt_hdr = "%18s %12s  %12s %12s\n";
1318                 fmt_entry = "%18s %12ju %12jdK %12ju\n";
1319         }
1320
1321         db_printf(fmt_hdr, "Type", "InUse", "MemUse", "Requests");
1322
1323         /* Select sort, largest size first. */
1324         last_mtype = NULL;
1325         last_size = INT64_MAX;
1326         for (;;) {
1327                 cur_mtype = NULL;
1328                 cur_size = -1;
1329                 ties = 0;
1330
1331                 for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1332                         /*
1333                          * In the case of size ties, print out mtypes
1334                          * in the order they are encountered.  That is,
1335                          * when we encounter the most recently output
1336                          * mtype, we have already printed all preceding
1337                          * ties, and we must print all following ties.
1338                          */
1339                         if (mtp == last_mtype) {
1340                                 ties = 1;
1341                                 continue;
1342                         }
1343                         size = get_malloc_stats(mtp->ks_handle, &allocs,
1344                             &inuse);
1345                         if (size > cur_size && size < last_size + ties) {
1346                                 cur_size = size;
1347                                 cur_mtype = mtp;
1348                         }
1349                 }
1350                 if (cur_mtype == NULL)
1351                         break;
1352
1353                 size = get_malloc_stats(cur_mtype->ks_handle, &allocs, &inuse);
1354                 db_printf(fmt_entry, cur_mtype->ks_shortdesc, inuse,
1355                     howmany(size, 1024), allocs);
1356
1357                 if (db_pager_quit)
1358                         break;
1359
1360                 last_mtype = cur_mtype;
1361                 last_size = cur_size;
1362         }
1363 }
1364
1365 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1366 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1367 {
1368         struct malloc_type_internal *mtip;
1369         struct malloc_type *mtp;
1370         u_int subzone;
1371
1372         if (!have_addr) {
1373                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1374                 return;
1375         }
1376         mtp = (void *)addr;
1377         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1378                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1379                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1380                 return;
1381         }
1382
1383         mtip = mtp->ks_handle;
1384         subzone = mtip->mti_zone;
1385
1386         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1387                 mtip = mtp->ks_handle;
1388                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1389                         continue;
1390                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1391                 if (db_pager_quit)
1392                         break;
1393         }
1394 }
1395 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1396 #endif /* DDB */
1397
1398 #ifdef MALLOC_PROFILE
1399
1400 static int
1401 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1402 {
1403         struct sbuf sbuf;
1404         uint64_t count;
1405         uint64_t waste;
1406         uint64_t mem;
1407         int error;
1408         int rsize;
1409         int size;
1410         int i;
1411
1412         waste = 0;
1413         mem = 0;
1414
1415         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1416         if (error != 0)
1417                 return (error);
1418         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1419         sbuf_printf(&sbuf,
1420             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1421         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1422                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1423                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1424                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1425
1426                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1427                     (unsigned long long)count, rsize);
1428
1429                 if ((rsize * count) > (size * count))
1430                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1431                 mem += (rsize * count);
1432         }
1433         sbuf_printf(&sbuf,
1434             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1435             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1436         error = sbuf_finish(&sbuf);
1437         sbuf_delete(&sbuf);
1438         return (error);
1439 }
1440
1441 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof,
1442     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_NEEDGIANT, NULL, 0,
1443     sysctl_kern_mprof, "A",
1444     "Malloc Profiling");
1445 #endif /* MALLOC_PROFILE */