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/mbuf.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
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/pmap.h>
  68 #include <vm/vm_param.h>
  69 #include <vm/vm_kern.h>
  70 #include <vm/vm_extern.h>
  71 #include <vm/vm_map.h>
  72 #include <vm/vm_page.h>
  73 #include <vm/uma.h>
  74 #include <vm/uma_int.h>
  75 #include <vm/uma_dbg.h>
  76
  77 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  78 #include <vm/memguard.h>
  79 #endif
  80 #ifdef DEBUG_REDZONE
  81 #include <vm/redzone.h>
  82 #endif
  83
  84 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  85 #include <machine/cpu.h>
  86 #endif
  87
  88 #include <ddb/ddb.h>
  89
  90 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  91 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  92
  93 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  94 #endif
  95
  96 /*
  97  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
  98  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
  99  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 100  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 101  */
 102 #ifndef REALLOC_FRACTION
 103 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 104 #endif
 105
 106 /*
 107  * Centrally define some common malloc types.
 108  */
 109 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 110 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 111 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 112
 113 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 114 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 115
 116 static void kmeminit(void *);
 117 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, kmeminit, NULL);
 118
 119 static MALLOC_DEFINE(M_FREE, "free", "should be on free list");
 120
 121 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 122 static vm_offset_t kmembase;
 123 static vm_offset_t kmemlimit;
 124 static int kmemcount;
 125
 126 #define KMEM_ZSHIFT     4
 127 #define KMEM_ZBASE      16
 128 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 129
 130 #define KMEM_ZMAX       PAGE_SIZE
 131 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 132 static u_int8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 133
 134 /*
 135  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 136  * of various sizes.
 137  *
 138  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 139  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 140  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 141  */
 142 struct {
 143         int kz_size;
 144         char *kz_name;
 145         uma_zone_t kz_zone;
 146 } kmemzones[] = {
 147         {16, "16", NULL},
 148         {32, "32", NULL},
 149         {64, "64", NULL},
 150         {128, "128", NULL},
 151         {256, "256", NULL},
 152         {512, "512", NULL},
 153         {1024, "1024", NULL},
 154         {2048, "2048", NULL},
 155         {4096, "4096", NULL},
 156 #if PAGE_SIZE > 4096
 157         {8192, "8192", NULL},
 158 #if PAGE_SIZE > 8192
 159         {16384, "16384", NULL},
 160 #if PAGE_SIZE > 16384
 161         {32768, "32768", NULL},
 162 #if PAGE_SIZE > 32768
 163         {65536, "65536", NULL},
 164 #if PAGE_SIZE > 65536
 165 #error  "Unsupported PAGE_SIZE"
 166 #endif  /* 65536 */
 167 #endif  /* 32768 */
 168 #endif  /* 16384 */
 169 #endif  /* 8192 */
 170 #endif  /* 4096 */
 171         {0, NULL},
 172 };
 173
 174 /*
 175  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 176  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 177  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 178  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 179  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 180  * declare malloc types.
 181  */
 182 static uma_zone_t mt_zone;
 183
 184 u_long vm_kmem_size;
 185 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 186     "Size of kernel memory");
 187
 188 static u_long vm_kmem_size_min;
 189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 190     "Minimum size of kernel memory");
 191
 192 static u_long vm_kmem_size_max;
 193 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 194     "Maximum size of kernel memory");
 195
 196 static u_int vm_kmem_size_scale;
 197 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 198     "Scale factor for kernel memory size");
 199
 200 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 201 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 202     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 203     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem_map allocation size");
 204
 205 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 206 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 207     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 208     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Largest contiguous free range in kmem_map");
 209
 210 /*
 211  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 212  */
 213 struct mtx malloc_mtx;
 214
 215 #ifdef MALLOC_PROFILE
 216 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 217
 218 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 219 #endif
 220
 221 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 222
 223 /*
 224  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 225  */
 226 static time_t t_malloc_fail;
 227
 228 /*
 229  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 230  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 231  */
 232 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 233 SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 234     "Kernel malloc debugging options");
 235
 236 static int malloc_failure_rate;
 237 static int malloc_nowait_count;
 238 static int malloc_failure_count;
 239 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 240     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 241 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 242 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 243     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 244 #endif
 245
 246 static int
 247 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 248 {
 249         u_long size;
 250
 251         size = kmem_map->size;
 252         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 253 }
 254
 255 static int
 256 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 257 {
 258         u_long size;
 259
 260         vm_map_lock_read(kmem_map);
 261         size = kmem_map->root != NULL ?
 262             kmem_map->root->max_free : kmem_map->size;
 263         vm_map_unlock_read(kmem_map);
 264         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 265 }
 266
 267 int
 268 malloc_last_fail(void)
 269 {
 270
 271         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 272 }
 273
 274 /*
 275  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 276  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 277  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 278  * statistics.
 279  */
 280 static void
 281 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 282     int zindx)
 283 {
 284         struct malloc_type_internal *mtip;
 285         struct malloc_type_stats *mtsp;
 286
 287         critical_enter();
 288         mtip = mtp->ks_handle;
 289         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 290         if (size > 0) {
 291                 mtsp->mts_memalloced += size;
 292                 mtsp->mts_numallocs++;
 293         }
 294         if (zindx != -1)
 295                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 296
 297 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 298         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 299                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 300                 if (probe_id != 0)
 301                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 302                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 303                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 304         }
 305 #endif
 306
 307         critical_exit();
 308 }
 309
 310 void
 311 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 312 {
 313
 314         if (size > 0)
 315                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 316 }
 317
 318 /*
 319  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 320  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 321  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 322  * statistics.
 323  */
 324 void
 325 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 326 {
 327         struct malloc_type_internal *mtip;
 328         struct malloc_type_stats *mtsp;
 329
 330         critical_enter();
 331         mtip = mtp->ks_handle;
 332         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 333         mtsp->mts_memfreed += size;
 334         mtsp->mts_numfrees++;
 335
 336 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 337         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 338                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 339                 if (probe_id != 0)
 340                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 341                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 342                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 343         }
 344 #endif
 345
 346         critical_exit();
 347 }
 348
 349 /*
 350  *      malloc:
 351  *
 352  *      Allocate a block of memory.
 353  *
 354  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 355  *      the allocation fails.
 356  */
 357 void *
 358 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 359 {
 360         int indx;
 361         caddr_t va;
 362         uma_zone_t zone;
 363 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 364         unsigned long osize = size;
 365 #endif
 366
 367 #ifdef INVARIANTS
 368         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 369         /*
 370          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 371          */
 372         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 373         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 374                 static  struct timeval lasterr;
 375                 static  int curerr, once;
 376                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 377                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 378                         kdb_backtrace();
 379                         flags |= M_WAITOK;
 380                         once++;
 381                 }
 382         }
 383 #endif
 384 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 385         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 386                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 387                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 388                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 389                         t_malloc_fail = time_uptime;
 390                         return (NULL);
 391                 }
 392         }
 393 #endif
 394         if (flags & M_WAITOK)
 395                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 396                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 397
 398 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 399         if (memguard_cmp(mtp, size)) {
 400                 va = memguard_alloc(size, flags);
 401                 if (va != NULL)
 402                         return (va);
 403                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 404         }
 405 #endif
 406
 407 #ifdef DEBUG_REDZONE
 408         size = redzone_size_ntor(size);
 409 #endif
 410
 411         if (size <= KMEM_ZMAX) {
 412                 if (size & KMEM_ZMASK)
 413                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 414                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 415                 zone = kmemzones[indx].kz_zone;
 416 #ifdef MALLOC_PROFILE
 417                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 418 #endif
 419                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 420                 if (va != NULL)
 421                         size = zone->uz_size;
 422                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 423         } else {
 424                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 425                 zone = NULL;
 426                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 427                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 428         }
 429         if (flags & M_WAITOK)
 430                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 431         else if (va == NULL)
 432                 t_malloc_fail = time_uptime;
 433 #ifdef DIAGNOSTIC
 434         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 435                 memset(va, 0x70, osize);
 436         }
 437 #endif
 438 #ifdef DEBUG_REDZONE
 439         if (va != NULL)
 440                 va = redzone_setup(va, osize);
 441 #endif
 442         return ((void *) va);
 443 }
 444
 445 /*
 446  *      free:
 447  *
 448  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 449  *
 450  *      This routine may not block.
 451  */
 452 void
 453 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 454 {
 455         uma_slab_t slab;
 456         u_long size;
 457
 458         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 459
 460         /* free(NULL, ...) does nothing */
 461         if (addr == NULL)
 462                 return;
 463
 464 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 465         if (is_memguard_addr(addr)) {
 466                 memguard_free(addr);
 467                 return;
 468         }
 469 #endif
 470
 471 #ifdef DEBUG_REDZONE
 472         redzone_check(addr);
 473         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 474 #endif
 475
 476         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 477
 478         if (slab == NULL)
 479                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 480                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 481
 482
 483         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 484 #ifdef INVARIANTS
 485                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 486 #endif
 487                 size = slab->us_keg->uk_size;
 488 #ifdef INVARIANTS
 489                 /*
 490                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 491                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 492                  * have stepped on it later.
 493                  *
 494                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 495                  * 64 bit machines
 496                  */
 497                 mtpp = (struct malloc_type **)
 498                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 499                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 500                     sizeof(struct malloc_type *);
 501                 *mtpp = mtp;
 502 #endif
 503                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 504         } else {
 505                 size = slab->us_size;
 506                 uma_large_free(slab);
 507         }
 508         malloc_type_freed(mtp, size);
 509 }
 510
 511 /*
 512  *      realloc: change the size of a memory block
 513  */
 514 void *
 515 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 516 {
 517         uma_slab_t slab;
 518         unsigned long alloc;
 519         void *newaddr;
 520
 521         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 522             ("realloc: bad malloc type magic"));
 523
 524         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 525         if (addr == NULL)
 526                 return (malloc(size, mtp, flags));
 527
 528         /*
 529          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 530          * per-CPU stats.
 531          */
 532
 533 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 534         if (is_memguard_addr(addr))
 535                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 536 #endif
 537
 538 #ifdef DEBUG_REDZONE
 539         slab = NULL;
 540         alloc = redzone_get_size(addr);
 541 #else
 542         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 543
 544         /* Sanity check */
 545         KASSERT(slab != NULL,
 546             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 547
 548         /* Get the size of the original block */
 549         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 550                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 551         else
 552                 alloc = slab->us_size;
 553
 554         /* Reuse the original block if appropriate */
 555         if (size <= alloc
 556             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 557                 return (addr);
 558 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 559
 560         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 561         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 562                 return (NULL);
 563
 564         /* Copy over original contents */
 565         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 566         free(addr, mtp);
 567         return (newaddr);
 568 }
 569
 570 /*
 571  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 572  */
 573 void *
 574 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 575 {
 576         void *mem;
 577
 578         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 579                 free(addr, mtp);
 580         return (mem);
 581 }
 582
 583 /*
 584  * Initialize the kernel memory allocator
 585  */
 586 /* ARGSUSED*/
 587 static void
 588 kmeminit(void *dummy)
 589 {
 590         u_int8_t indx;
 591         u_long mem_size, tmp;
 592         int i;
 593
 594         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 595
 596         /*
 597          * Try to auto-tune the kernel memory size, so that it is
 598          * more applicable for a wider range of machine sizes.
 599          * On an X86, a VM_KMEM_SIZE_SCALE value of 4 is good, while
 600          * a VM_KMEM_SIZE of 12MB is a fair compromise.  The
 601          * VM_KMEM_SIZE_MAX is dependent on the maximum KVA space
 602          * available, and on an X86 with a total KVA space of 256MB,
 603          * try to keep VM_KMEM_SIZE_MAX at 80MB or below.
 604          *
 605          * Note that the kmem_map is also used by the zone allocator,
 606          * so make sure that there is enough space.
 607          */
 608         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE + nmbclusters * PAGE_SIZE;
 609         mem_size = cnt.v_page_count;
 610
 611 #if defined(VM_KMEM_SIZE_SCALE)
 612         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 613 #endif
 614         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 615         if (vm_kmem_size_scale > 0 &&
 616             (mem_size / vm_kmem_size_scale) > (vm_kmem_size / PAGE_SIZE))
 617                 vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 618
 619 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 620         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 621 #endif
 622         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 623         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min) {
 624                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 625         }
 626
 627 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 628         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 629 #endif
 630         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 631         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 632                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 633
 634         /* Allow final override from the kernel environment */
 635         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 636
 637         /*
 638          * Limit kmem virtual size to twice the physical memory.
 639          * This allows for kmem map sparseness, but limits the size
 640          * to something sane. Be careful to not overflow the 32bit
 641          * ints while doing the check.
 642          */
 643         if (((vm_kmem_size / 2) / PAGE_SIZE) > cnt.v_page_count)
 644                 vm_kmem_size = 2 * cnt.v_page_count * PAGE_SIZE;
 645
 646         /*
 647          * Tune settings based on the kmem map's size at this time.
 648          */
 649         init_param3(vm_kmem_size / PAGE_SIZE);
 650
 651 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 652         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, vm_kmem_size_max);
 653 #else
 654         tmp = vm_kmem_size;
 655 #endif
 656         kmem_map = kmem_suballoc(kernel_map, &kmembase, &kmemlimit,
 657             tmp, TRUE);
 658         kmem_map->system_map = 1;
 659
 660 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 661         /*
 662          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 663          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 664          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 665          */
 666         memguard_init(kmem_map);
 667 #endif
 668
 669         uma_startup2();
 670
 671         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 672 #ifdef INVARIANTS
 673             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 674 #else
 675             NULL, NULL, NULL, NULL,
 676 #endif
 677             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 678         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 679                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 680                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 681
 682                 kmemzones[indx].kz_zone = uma_zcreate(name, size,
 683 #ifdef INVARIANTS
 684                     mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 685 #else
 686                     NULL, NULL, NULL, NULL,
 687 #endif
 688                     UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 689
 690                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 691                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 692
 693         }
 694 }
 695
 696 void
 697 malloc_init(void *data)
 698 {
 699         struct malloc_type_internal *mtip;
 700         struct malloc_type *mtp;
 701
 702         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 703
 704         mtp = data;
 705         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 706                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 707
 708         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 709         mtp->ks_handle = mtip;
 710
 711         mtx_lock(&malloc_mtx);
 712         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 713         kmemstatistics = mtp;
 714         kmemcount++;
 715         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 716 }
 717
 718 void
 719 malloc_uninit(void *data)
 720 {
 721         struct malloc_type_internal *mtip;
 722         struct malloc_type_stats *mtsp;
 723         struct malloc_type *mtp, *temp;
 724         uma_slab_t slab;
 725         long temp_allocs, temp_bytes;
 726         int i;
 727
 728         mtp = data;
 729         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 730             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 731         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 732
 733         mtx_lock(&malloc_mtx);
 734         mtip = mtp->ks_handle;
 735         mtp->ks_handle = NULL;
 736         if (mtp != kmemstatistics) {
 737                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 738                     temp = temp->ks_next) {
 739                         if (temp->ks_next == mtp) {
 740                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 741                                 break;
 742                         }
 743                 }
 744                 KASSERT(temp,
 745                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 746         } else
 747                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 748         kmemcount--;
 749         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 750
 751         /*
 752          * Look for memory leaks.
 753          */
 754         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 755         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 756                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 757                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 758                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 759                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 760                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 761         }
 762         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 763                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 764                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 765                     temp_allocs, temp_bytes);
 766         }
 767
 768         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 769         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 770 }
 771
 772 struct malloc_type *
 773 malloc_desc2type(const char *desc)
 774 {
 775         struct malloc_type *mtp;
 776
 777         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 778         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 779                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 780                         return (mtp);
 781         }
 782         return (NULL);
 783 }
 784
 785 static int
 786 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 787 {
 788         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 789         struct malloc_type_internal *mtip;
 790         struct malloc_type_header mth;
 791         struct malloc_type *mtp;
 792         int buflen, count, error, i;
 793         struct sbuf sbuf;
 794         char *buffer;
 795
 796         mtx_lock(&malloc_mtx);
 797 restart:
 798         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 799         count = kmemcount;
 800         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 801         buflen = sizeof(mtsh) + count * (sizeof(mth) +
 802             sizeof(struct malloc_type_stats) * MAXCPU) + 1;
 803         buffer = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
 804         mtx_lock(&malloc_mtx);
 805         if (count < kmemcount) {
 806                 free(buffer, M_TEMP);
 807                 goto restart;
 808         }
 809
 810         sbuf_new(&sbuf, buffer, buflen, SBUF_FIXEDLEN);
 811
 812         /*
 813          * Insert stream header.
 814          */
 815         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 816         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 817         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 818         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 819         if (sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh)) < 0) {
 820                 mtx_unlock(&malloc_mtx);
 821                 error = ENOMEM;
 822                 goto out;
 823         }
 824
 825         /*
 826          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 827          */
 828         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 829                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 830
 831                 /*
 832                  * Insert type header.
 833                  */
 834                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 835                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 836                 if (sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth)) < 0) {
 837                         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 838                         error = ENOMEM;
 839                         goto out;
 840                 }
 841
 842                 /*
 843                  * Insert type statistics for each CPU.
 844                  */
 845                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 846                         if (sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 847                             sizeof(mtip->mti_stats[i])) < 0) {
 848                                 mtx_unlock(&malloc_mtx);
 849                                 error = ENOMEM;
 850                                 goto out;
 851                         }
 852                 }
 853         }
 854         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 855         sbuf_finish(&sbuf);
 856         error = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(&sbuf), sbuf_len(&sbuf));
 857 out:
 858         sbuf_delete(&sbuf);
 859         free(buffer, M_TEMP);
 860         return (error);
 861 }
 862
 863 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 864     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 865     "Return malloc types");
 866
 867 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 868     "Count of kernel malloc types");
 869
 870 void
 871 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 872 {
 873         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 874         int count, i;
 875         size_t buflen;
 876
 877         mtx_lock(&malloc_mtx);
 878 restart:
 879         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 880         count = kmemcount;
 881         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 882
 883         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 884         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 885
 886         mtx_lock(&malloc_mtx);
 887
 888         if (count < kmemcount) {
 889                 free(bufmtp, M_TEMP);
 890                 goto restart;
 891         }
 892
 893         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 894                 bufmtp[i] = mtp;
 895
 896         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 897
 898         for (i = 0; i < count; i++)
 899                 (func)(bufmtp[i], arg);
 900
 901         free(bufmtp, M_TEMP);
 902 }
 903
 904 #ifdef DDB
 905 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
 906 {
 907         struct malloc_type_internal *mtip;
 908         struct malloc_type *mtp;
 909         u_int64_t allocs, frees;
 910         u_int64_t alloced, freed;
 911         int i;
 912
 913         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
 914             "Requests");
 915         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 916                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 917                 allocs = 0;
 918                 frees = 0;
 919                 alloced = 0;
 920                 freed = 0;
 921                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 922                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
 923                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
 924                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
 925                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
 926                 }
 927                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
 928                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
 929                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
 930         }
 931 }
 932 #endif
 933
 934 #ifdef MALLOC_PROFILE
 935
 936 static int
 937 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 938 {
 939         int linesize = 64;
 940         struct sbuf sbuf;
 941         uint64_t count;
 942         uint64_t waste;
 943         uint64_t mem;
 944         int bufsize;
 945         int error;
 946         char *buf;
 947         int rsize;
 948         int size;
 949         int i;
 950
 951         bufsize = linesize * (KMEM_ZSIZE + 1);
 952         bufsize += 128;         /* For the stats line */
 953         bufsize += 128;         /* For the banner line */
 954         waste = 0;
 955         mem = 0;
 956
 957         buf = malloc(bufsize, M_TEMP, M_WAITOK|M_ZERO);
 958         sbuf_new(&sbuf, buf, bufsize, SBUF_FIXEDLEN);
 959         sbuf_printf(&sbuf,
 960             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
 961         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
 962                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
 963                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
 964                 count = (long long unsigned)krequests[i];
 965
 966                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
 967                     (unsigned long long)count, rsize);
 968
 969                 if ((rsize * count) > (size * count))
 970                         waste += (rsize * count) - (size * count);
 971                 mem += (rsize * count);
 972         }
 973         sbuf_printf(&sbuf,
 974             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
 975             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
 976         sbuf_finish(&sbuf);
 977
 978         error = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(&sbuf), sbuf_len(&sbuf));
 979
 980         sbuf_delete(&sbuf);
 981         free(buf, M_TEMP);
 982         return (error);
 983 }
 984
 985 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
 986     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
 987 #endif /* MALLOC_PROFILE */