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