sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.
   4  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  16  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  17  *    without specific prior written permission.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  20  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  21  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  22  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  23  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  24  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  25  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  26  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  27  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  28  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  29  * SUCH DAMAGE.
  30  *
  31  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  32  */
  33
  34 /*
  35  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  36  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  37  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  38  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  39  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  40  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  41  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  42  * description.
  43  */
  44
  45 #include <sys/cdefs.h>
  46 __FBSDID("$FreeBSD$");
  47
  48 #include "opt_ddb.h"
  49 #include "opt_kdtrace.h"
  50 #include "opt_vm.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/kdb.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/lock.h>
  57 #include <sys/malloc.h>
  58 #include <sys/mutex.h>
  59 #include <sys/vmmeter.h>
  60 #include <sys/proc.h>
  61 #include <sys/sbuf.h>
  62 #include <sys/sysctl.h>
  63 #include <sys/time.h>
  64 #include <sys/vmem.h>
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68 #include <vm/vm_pageout.h>
  69 #include <vm/vm_param.h>
  70 #include <vm/vm_kern.h>
  71 #include <vm/vm_extern.h>
  72 #include <vm/vm_map.h>
  73 #include <vm/vm_page.h>
  74 #include <vm/uma.h>
  75 #include <vm/uma_int.h>
  76 #include <vm/uma_dbg.h>
  77
  78 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  79 #include <vm/memguard.h>
  80 #endif
  81 #ifdef DEBUG_REDZONE
  82 #include <vm/redzone.h>
  83 #endif
  84
  85 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  86 #include <machine/cpu.h>
  87 #endif
  88
  89 #include <ddb/ddb.h>
  90
  91 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  92 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  93
  94 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  95 #endif
  96
  97 /*
  98  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
  99  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 100  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 101  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 102  */
 103 #ifndef REALLOC_FRACTION
 104 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 105 #endif
 106
 107 /*
 108  * Centrally define some common malloc types.
 109  */
 110 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 111 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 112 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 113
 114 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 115 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 116
 117 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 118 static int kmemcount;
 119
 120 #define KMEM_ZSHIFT     4
 121 #define KMEM_ZBASE      16
 122 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 123
 124 #define KMEM_ZMAX       65536
 125 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 126 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 127
 128 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 129 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 130 #endif
 131 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 132
 133 /*
 134  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 135  * of various sizes.
 136  *
 137  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 138  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 139  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 140  */
 141 struct {
 142         int kz_size;
 143         char *kz_name;
 144         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 145 } kmemzones[] = {
 146         {16, "16", },
 147         {32, "32", },
 148         {64, "64", },
 149         {128, "128", },
 150         {256, "256", },
 151         {512, "512", },
 152         {1024, "1024", },
 153         {2048, "2048", },
 154         {4096, "4096", },
 155         {8192, "8192", },
 156         {16384, "16384", },
 157         {32768, "32768", },
 158         {65536, "65536", },
 159         {0, NULL},
 160 };
 161
 162 /*
 163  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 164  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 165  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 166  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 167  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 168  * declare malloc types.
 169  */
 170 static uma_zone_t mt_zone;
 171
 172 u_long vm_kmem_size;
 173 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 174     "Size of kernel memory");
 175
 176 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 177 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 178     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 179
 180 static u_long vm_kmem_size_min;
 181 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 182     "Minimum size of kernel memory");
 183
 184 static u_long vm_kmem_size_max;
 185 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 186     "Maximum size of kernel memory");
 187
 188 static u_int vm_kmem_size_scale;
 189 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 190     "Scale factor for kernel memory size");
 191
 192 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 193 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 194     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 195     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 196
 197 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 198 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 199     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 200     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 201
 202 /*
 203  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 204  */
 205 struct mtx malloc_mtx;
 206
 207 #ifdef MALLOC_PROFILE
 208 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 209
 210 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 211 #endif
 212
 213 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 214
 215 /*
 216  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 217  */
 218 static time_t t_malloc_fail;
 219
 220 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 221 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 222     "Kernel malloc debugging options");
 223 #endif
 224
 225 /*
 226  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 227  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 228  */
 229 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 230 static int malloc_failure_rate;
 231 static int malloc_nowait_count;
 232 static int malloc_failure_count;
 233 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 234     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 235 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 236 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 237     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 238 #endif
 239
 240 static int
 241 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 242 {
 243         u_long size;
 244
 245         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 246         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 247 }
 248
 249 static int
 250 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 251 {
 252         u_long size;
 253
 254         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 255         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 256 }
 257
 258 /*
 259  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 260  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 261  */
 262 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 263 static void
 264 tunable_set_numzones(void)
 265 {
 266
 267         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 268             &numzones);
 269
 270         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 271         if (numzones <= 0)
 272                 numzones = 1;
 273         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 274                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 275 }
 276 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 277 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 278     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 279
 280 /*
 281  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 282  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 283  */
 284 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 285 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 286 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 287     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 288     "Nth character in the malloc type short description.");
 289
 290 static u_int
 291 mtp_get_subzone(const char *desc)
 292 {
 293         size_t len;
 294         u_int val;
 295
 296         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 297                 return (0);
 298         val = desc[zone_offset % len];
 299         return (val % numzones);
 300 }
 301 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 302 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 303 #else
 304 static inline u_int
 305 mtp_get_subzone(const char *desc)
 306 {
 307
 308         return (0);
 309 }
 310 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 311
 312 int
 313 malloc_last_fail(void)
 314 {
 315
 316         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 317 }
 318
 319 /*
 320  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 321  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 322  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 323  * statistics.
 324  */
 325 static void
 326 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 327     int zindx)
 328 {
 329         struct malloc_type_internal *mtip;
 330         struct malloc_type_stats *mtsp;
 331
 332         critical_enter();
 333         mtip = mtp->ks_handle;
 334         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 335         if (size > 0) {
 336                 mtsp->mts_memalloced += size;
 337                 mtsp->mts_numallocs++;
 338         }
 339         if (zindx != -1)
 340                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 341
 342 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 343         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 344                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 345                 if (probe_id != 0)
 346                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 347                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 348                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 349         }
 350 #endif
 351
 352         critical_exit();
 353 }
 354
 355 void
 356 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 357 {
 358
 359         if (size > 0)
 360                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 361 }
 362
 363 /*
 364  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 365  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 366  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 367  * statistics.
 368  */
 369 void
 370 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 371 {
 372         struct malloc_type_internal *mtip;
 373         struct malloc_type_stats *mtsp;
 374
 375         critical_enter();
 376         mtip = mtp->ks_handle;
 377         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 378         mtsp->mts_memfreed += size;
 379         mtsp->mts_numfrees++;
 380
 381 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 382         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 383                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 384                 if (probe_id != 0)
 385                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 386                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 387                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 388         }
 389 #endif
 390
 391         critical_exit();
 392 }
 393
 394 /*
 395  *      contigmalloc:
 396  *
 397  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 398  *
 399  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 400  *      the allocation fails.
 401  */
 402 void *
 403 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 404     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 405     vm_paddr_t boundary)
 406 {
 407         void *ret;
 408
 409         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 410             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 411         if (ret != NULL)
 412                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 413         return (ret);
 414 }
 415
 416 /*
 417  *      contigfree:
 418  *
 419  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 420  *
 421  *      This routine may not block.
 422  */
 423 void
 424 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 425 {
 426
 427         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 428         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 429 }
 430
 431 /*
 432  *      malloc:
 433  *
 434  *      Allocate a block of memory.
 435  *
 436  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 437  *      the allocation fails.
 438  */
 439 void *
 440 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 441 {
 442         int indx;
 443         struct malloc_type_internal *mtip;
 444         caddr_t va;
 445         uma_zone_t zone;
 446 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 447         unsigned long osize = size;
 448 #endif
 449
 450 #ifdef INVARIANTS
 451         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 452         /*
 453          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 454          */
 455         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 456         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 457                 static  struct timeval lasterr;
 458                 static  int curerr, once;
 459                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 460                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 461                         kdb_backtrace();
 462                         flags |= M_WAITOK;
 463                         once++;
 464                 }
 465         }
 466 #endif
 467 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 468         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 469                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 470                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 471                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 472                         t_malloc_fail = time_uptime;
 473                         return (NULL);
 474                 }
 475         }
 476 #endif
 477         if (flags & M_WAITOK)
 478                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 479                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 480
 481 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 482         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 483                 va = memguard_alloc(size, flags);
 484                 if (va != NULL)
 485                         return (va);
 486                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 487         }
 488 #endif
 489
 490 #ifdef DEBUG_REDZONE
 491         size = redzone_size_ntor(size);
 492 #endif
 493
 494         if (size <= kmem_zmax) {
 495                 mtip = mtp->ks_handle;
 496                 if (size & KMEM_ZMASK)
 497                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 498                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 499                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 500                     ("mti_zone %u out of range %d",
 501                     mtip->mti_zone, numzones));
 502                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 503 #ifdef MALLOC_PROFILE
 504                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 505 #endif
 506                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 507                 if (va != NULL)
 508                         size = zone->uz_size;
 509                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 510         } else {
 511                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 512                 zone = NULL;
 513                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 514                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 515         }
 516         if (flags & M_WAITOK)
 517                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 518         else if (va == NULL)
 519                 t_malloc_fail = time_uptime;
 520 #ifdef DIAGNOSTIC
 521         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 522                 memset(va, 0x70, osize);
 523         }
 524 #endif
 525 #ifdef DEBUG_REDZONE
 526         if (va != NULL)
 527                 va = redzone_setup(va, osize);
 528 #endif
 529         return ((void *) va);
 530 }
 531
 532 /*
 533  *      free:
 534  *
 535  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 536  *
 537  *      This routine may not block.
 538  */
 539 void
 540 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 541 {
 542         uma_slab_t slab;
 543         u_long size;
 544
 545         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 546
 547         /* free(NULL, ...) does nothing */
 548         if (addr == NULL)
 549                 return;
 550
 551 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 552         if (is_memguard_addr(addr)) {
 553                 memguard_free(addr);
 554                 return;
 555         }
 556 #endif
 557
 558 #ifdef DEBUG_REDZONE
 559         redzone_check(addr);
 560         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 561 #endif
 562
 563         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 564
 565         if (slab == NULL)
 566                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 567                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 568
 569         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 570 #ifdef INVARIANTS
 571                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 572 #endif
 573                 size = slab->us_keg->uk_size;
 574 #ifdef INVARIANTS
 575                 /*
 576                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 577                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 578                  * have stepped on it later.
 579                  *
 580                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 581                  * 64 bit machines
 582                  */
 583                 mtpp = (struct malloc_type **)
 584                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 585                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 586                     sizeof(struct malloc_type *);
 587                 *mtpp = mtp;
 588 #endif
 589                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 590         } else {
 591                 size = slab->us_size;
 592                 uma_large_free(slab);
 593         }
 594         malloc_type_freed(mtp, size);
 595 }
 596
 597 /*
 598  *      realloc: change the size of a memory block
 599  */
 600 void *
 601 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 602 {
 603         uma_slab_t slab;
 604         unsigned long alloc;
 605         void *newaddr;
 606
 607         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 608             ("realloc: bad malloc type magic"));
 609
 610         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 611         if (addr == NULL)
 612                 return (malloc(size, mtp, flags));
 613
 614         /*
 615          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 616          * per-CPU stats.
 617          */
 618
 619 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 620         if (is_memguard_addr(addr))
 621                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 622 #endif
 623
 624 #ifdef DEBUG_REDZONE
 625         slab = NULL;
 626         alloc = redzone_get_size(addr);
 627 #else
 628         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 629
 630         /* Sanity check */
 631         KASSERT(slab != NULL,
 632             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 633
 634         /* Get the size of the original block */
 635         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 636                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 637         else
 638                 alloc = slab->us_size;
 639
 640         /* Reuse the original block if appropriate */
 641         if (size <= alloc
 642             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 643                 return (addr);
 644 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 645
 646         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 647         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 648                 return (NULL);
 649
 650         /* Copy over original contents */
 651         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 652         free(addr, mtp);
 653         return (newaddr);
 654 }
 655
 656 /*
 657  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 658  */
 659 void *
 660 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 661 {
 662         void *mem;
 663
 664         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 665                 free(addr, mtp);
 666         return (mem);
 667 }
 668
 669 /*
 670  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 671  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 672  * context that is safe.
 673  */
 674 static void
 675 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 676 {
 677
 678         uma_reclaim_wakeup();
 679         pagedaemon_wakeup();
 680 }
 681
 682 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 683
 684 /*
 685  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 686  */
 687 void
 688 kmeminit(void)
 689 {
 690         u_long mem_size, tmp;
 691
 692         /*
 693          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 694          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 695          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 696          * specifically,
 697          *
 698          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 699          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 700          *
 701          * Every architecture must define an integral value for
 702          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 703          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 704          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 705          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 706          * a given architecture.
 707          */
 708         mem_size = cnt.v_page_count;
 709
 710         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 711         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 712         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 713                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 714
 715         vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 716
 717 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 718         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 719 #endif
 720         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 721         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 722                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 723
 724 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 725         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 726 #endif
 727         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 728         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 729                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 730
 731         /*
 732          * Alternatively, the amount of KVA space that is preallocated to the
 733          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 734          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 735          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 736          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 737          */
 738 #if defined(VM_KMEM_SIZE)
 739         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 740 #endif
 741         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 742         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 743                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 744
 745         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 746 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 747         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 748 #else
 749         tmp = vm_kmem_size;
 750 #endif
 751         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 752             0, 0);
 753         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 754
 755 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 756         /*
 757          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 758          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 759          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 760          */
 761         memguard_init(kmem_arena);
 762 #endif
 763 }
 764
 765 /*
 766  * Initialize the kernel memory allocator
 767  */
 768 /* ARGSUSED*/
 769 static void
 770 mallocinit(void *dummy)
 771 {
 772         int i;
 773         uint8_t indx;
 774
 775         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 776
 777         kmeminit();
 778
 779         uma_startup2();
 780
 781         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 782                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 783
 784         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 785 #ifdef INVARIANTS
 786             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 787 #else
 788             NULL, NULL, NULL, NULL,
 789 #endif
 790             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 791         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 792                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 793                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 794                 int subzone;
 795
 796                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 797                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 798                             uma_zcreate(name, size,
 799 #ifdef INVARIANTS
 800                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 801 #else
 802                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 803 #endif
 804                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 805                 }
 806                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 807                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 808
 809         }
 810 }
 811 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, mallocinit, NULL);
 812
 813 void
 814 malloc_init(void *data)
 815 {
 816         struct malloc_type_internal *mtip;
 817         struct malloc_type *mtp;
 818
 819         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 820
 821         mtp = data;
 822         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 823                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 824
 825         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 826         mtp->ks_handle = mtip;
 827         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 828
 829         mtx_lock(&malloc_mtx);
 830         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 831         kmemstatistics = mtp;
 832         kmemcount++;
 833         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 834 }
 835
 836 void
 837 malloc_uninit(void *data)
 838 {
 839         struct malloc_type_internal *mtip;
 840         struct malloc_type_stats *mtsp;
 841         struct malloc_type *mtp, *temp;
 842         uma_slab_t slab;
 843         long temp_allocs, temp_bytes;
 844         int i;
 845
 846         mtp = data;
 847         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 848             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 849         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 850
 851         mtx_lock(&malloc_mtx);
 852         mtip = mtp->ks_handle;
 853         mtp->ks_handle = NULL;
 854         if (mtp != kmemstatistics) {
 855                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 856                     temp = temp->ks_next) {
 857                         if (temp->ks_next == mtp) {
 858                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 859                                 break;
 860                         }
 861                 }
 862                 KASSERT(temp,
 863                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 864         } else
 865                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 866         kmemcount--;
 867         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 868
 869         /*
 870          * Look for memory leaks.
 871          */
 872         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 873         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 874                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 875                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 876                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 877                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 878                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 879         }
 880         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 881                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 882                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 883                     temp_allocs, temp_bytes);
 884         }
 885
 886         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 887         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 888 }
 889
 890 struct malloc_type *
 891 malloc_desc2type(const char *desc)
 892 {
 893         struct malloc_type *mtp;
 894
 895         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 896         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 897                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 898                         return (mtp);
 899         }
 900         return (NULL);
 901 }
 902
 903 static int
 904 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 905 {
 906         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 907         struct malloc_type_internal *mtip;
 908         struct malloc_type_header mth;
 909         struct malloc_type *mtp;
 910         int error, i;
 911         struct sbuf sbuf;
 912
 913         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 914         if (error != 0)
 915                 return (error);
 916         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 917         mtx_lock(&malloc_mtx);
 918
 919         /*
 920          * Insert stream header.
 921          */
 922         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 923         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 924         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 925         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 926         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 927
 928         /*
 929          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 930          */
 931         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 932                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 933
 934                 /*
 935                  * Insert type header.
 936                  */
 937                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 938                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 939                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 940
 941                 /*
 942                  * Insert type statistics for each CPU.
 943                  */
 944                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 945                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 946                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 947                 }
 948         }
 949         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 950         error = sbuf_finish(&sbuf);
 951         sbuf_delete(&sbuf);
 952         return (error);
 953 }
 954
 955 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 956     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 957     "Return malloc types");
 958
 959 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 960     "Count of kernel malloc types");
 961
 962 void
 963 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 964 {
 965         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 966         int count, i;
 967         size_t buflen;
 968
 969         mtx_lock(&malloc_mtx);
 970 restart:
 971         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 972         count = kmemcount;
 973         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 974
 975         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 976         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 977
 978         mtx_lock(&malloc_mtx);
 979
 980         if (count < kmemcount) {
 981                 free(bufmtp, M_TEMP);
 982                 goto restart;
 983         }
 984
 985         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 986                 bufmtp[i] = mtp;
 987
 988         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 989
 990         for (i = 0; i < count; i++)
 991                 (func)(bufmtp[i], arg);
 992
 993         free(bufmtp, M_TEMP);
 994 }
 995
 996 #ifdef DDB
 997 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
 998 {
 999         struct malloc_type_internal *mtip;
1000         struct malloc_type *mtp;
1001         uint64_t allocs, frees;
1002         uint64_t alloced, freed;
1003         int i;
1004
1005         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1006             "Requests");
1007         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1008                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1009                 allocs = 0;
1010                 frees = 0;
1011                 alloced = 0;
1012                 freed = 0;
1013                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1014                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1015                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1016                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1017                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1018                 }
1019                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1020                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1021                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1022                 if (db_pager_quit)
1023                         break;
1024         }
1025 }
1026
1027 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1028 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1029 {
1030         struct malloc_type_internal *mtip;
1031         struct malloc_type *mtp;
1032         u_int subzone;
1033
1034         if (!have_addr) {
1035                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1036                 return;
1037         }
1038         mtp = (void *)addr;
1039         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1040                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1041                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1042                 return;
1043         }
1044
1045         mtip = mtp->ks_handle;
1046         subzone = mtip->mti_zone;
1047
1048         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1049                 mtip = mtp->ks_handle;
1050                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1051                         continue;
1052                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1053                 if (db_pager_quit)
1054                         break;
1055         }
1056 }
1057 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1058 #endif /* DDB */
1059
1060 #ifdef MALLOC_PROFILE
1061
1062 static int
1063 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1064 {
1065         struct sbuf sbuf;
1066         uint64_t count;
1067         uint64_t waste;
1068         uint64_t mem;
1069         int error;
1070         int rsize;
1071         int size;
1072         int i;
1073
1074         waste = 0;
1075         mem = 0;
1076
1077         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1078         if (error != 0)
1079                 return (error);
1080         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1081         sbuf_printf(&sbuf,
1082             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1083         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1084                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1085                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1086                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1087
1088                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1089                     (unsigned long long)count, rsize);
1090
1091                 if ((rsize * count) > (size * count))
1092                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1093                 mem += (rsize * count);
1094         }
1095         sbuf_printf(&sbuf,
1096             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1097             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1098         error = sbuf_finish(&sbuf);
1099         sbuf_delete(&sbuf);
1100         return (error);
1101 }
1102
1103 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1104     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1105 #endif /* MALLOC_PROFILE */