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  * Copyright (c) 2008 Otto Moerbeek <otto@drijf.net> (mallocarray)
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  33  */
  34
  35 /*
  36  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  37  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  38  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  39  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  40  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  41  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  42  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  43  * description.
  44  */
  45
  46 #include <sys/cdefs.h>
  47 __FBSDID("$FreeBSD$");
  48
  49 #include "opt_ddb.h"
  50 #include "opt_kdtrace.h"
  51 #include "opt_vm.h"
  52
  53 #include <sys/param.h>
  54 #include <sys/systm.h>
  55 #include <sys/kdb.h>
  56 #include <sys/kernel.h>
  57 #include <sys/lock.h>
  58 #include <sys/malloc.h>
  59 #include <sys/mutex.h>
  60 #include <sys/vmmeter.h>
  61 #include <sys/proc.h>
  62 #include <sys/sbuf.h>
  63 #include <sys/sysctl.h>
  64 #include <sys/time.h>
  65 #include <sys/vmem.h>
  66
  67 #include <vm/vm.h>
  68 #include <vm/pmap.h>
  69 #include <vm/vm_pageout.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <vm/vm_kern.h>
  72 #include <vm/vm_extern.h>
  73 #include <vm/vm_map.h>
  74 #include <vm/vm_page.h>
  75 #include <vm/uma.h>
  76 #include <vm/uma_int.h>
  77 #include <vm/uma_dbg.h>
  78
  79 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  80 #include <vm/memguard.h>
  81 #endif
  82 #ifdef DEBUG_REDZONE
  83 #include <vm/redzone.h>
  84 #endif
  85
  86 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  87 #include <machine/cpu.h>
  88 #endif
  89
  90 #include <ddb/ddb.h>
  91
  92 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  93 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  94
  95 dtrace_malloc_probe_func_t      dtrace_malloc_probe;
  96 #endif
  97
  98 /*
  99  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 100  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 101  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 102  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 103  */
 104 #ifndef REALLOC_FRACTION
 105 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 106 #endif
 107
 108 /*
 109  * Centrally define some common malloc types.
 110  */
 111 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 112 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 113 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 114
 115 MALLOC_DEFINE(M_IP6OPT, "ip6opt", "IPv6 options");
 116 MALLOC_DEFINE(M_IP6NDP, "ip6ndp", "IPv6 Neighbor Discovery");
 117
 118 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 119 static int kmemcount;
 120
 121 #define KMEM_ZSHIFT     4
 122 #define KMEM_ZBASE      16
 123 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 124
 125 #define KMEM_ZMAX       65536
 126 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 127 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 128
 129 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 130 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 131 #endif
 132 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 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[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 146 } kmemzones[] = {
 147         {16, "16", },
 148         {32, "32", },
 149         {64, "64", },
 150         {128, "128", },
 151         {256, "256", },
 152         {512, "512", },
 153         {1024, "1024", },
 154         {2048, "2048", },
 155         {4096, "4096", },
 156         {8192, "8192", },
 157         {16384, "16384", },
 158         {32768, "32768", },
 159         {65536, "65536", },
 160         {0, NULL},
 161 };
 162
 163 /*
 164  * Zone to allocate malloc type descriptions from.  For ABI reasons, memory
 165  * types are described by a data structure passed by the declaring code, but
 166  * the malloc(9) implementation has its own data structure describing the
 167  * type and statistics.  This permits the malloc(9)-internal data structures
 168  * to be modified without breaking binary-compiled kernel modules that
 169  * declare malloc types.
 170  */
 171 static uma_zone_t mt_zone;
 172
 173 u_long vm_kmem_size;
 174 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 175     "Size of kernel memory");
 176
 177 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 178 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 179     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 180
 181 static u_long vm_kmem_size_min;
 182 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 183     "Minimum size of kernel memory");
 184
 185 static u_long vm_kmem_size_max;
 186 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 187     "Maximum size of kernel memory");
 188
 189 static u_int vm_kmem_size_scale;
 190 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 191     "Scale factor for kernel memory size");
 192
 193 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 194 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 195     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 196     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 197
 198 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 199 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 200     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 201     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 202
 203 /*
 204  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 205  */
 206 struct mtx malloc_mtx;
 207
 208 #ifdef MALLOC_PROFILE
 209 uint64_t krequests[KMEM_ZSIZE + 1];
 210
 211 static int sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 212 #endif
 213
 214 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 215
 216 /*
 217  * time_uptime of the last malloc(9) failure (induced or real).
 218  */
 219 static time_t t_malloc_fail;
 220
 221 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 222 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD, 0,
 223     "Kernel malloc debugging options");
 224 #endif
 225
 226 /*
 227  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 228  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 229  */
 230 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 231 static int malloc_failure_rate;
 232 static int malloc_nowait_count;
 233 static int malloc_failure_count;
 234 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RW,
 235     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 236 TUNABLE_INT("debug.malloc.failure_rate", &malloc_failure_rate);
 237 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 238     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 239 #endif
 240
 241 static int
 242 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 243 {
 244         u_long size;
 245
 246         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_ALLOC);
 247         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 248 }
 249
 250 static int
 251 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 252 {
 253         u_long size;
 254
 255         size = vmem_size(kmem_arena, VMEM_FREE);
 256         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 257 }
 258
 259 /*
 260  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 261  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 262  */
 263 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 264 static void
 265 tunable_set_numzones(void)
 266 {
 267
 268         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 269             &numzones);
 270
 271         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 272         if (numzones <= 0)
 273                 numzones = 1;
 274         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 275                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 276 }
 277 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 278 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN,
 279     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 280
 281 /*
 282  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 283  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 284  */
 285 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 286 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 287 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 288     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 289     "Nth character in the malloc type short description.");
 290
 291 static u_int
 292 mtp_get_subzone(const char *desc)
 293 {
 294         size_t len;
 295         u_int val;
 296
 297         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 298                 return (0);
 299         val = desc[zone_offset % len];
 300         return (val % numzones);
 301 }
 302 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 303 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 304 #else
 305 static inline u_int
 306 mtp_get_subzone(const char *desc)
 307 {
 308
 309         return (0);
 310 }
 311 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 312
 313 int
 314 malloc_last_fail(void)
 315 {
 316
 317         return (time_uptime - t_malloc_fail);
 318 }
 319
 320 /*
 321  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 322  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 323  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 324  * statistics.
 325  */
 326 static void
 327 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 328     int zindx)
 329 {
 330         struct malloc_type_internal *mtip;
 331         struct malloc_type_stats *mtsp;
 332
 333         critical_enter();
 334         mtip = mtp->ks_handle;
 335         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 336         if (size > 0) {
 337                 mtsp->mts_memalloced += size;
 338                 mtsp->mts_numallocs++;
 339         }
 340         if (zindx != -1)
 341                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 342
 343 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 344         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 345                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 346                 if (probe_id != 0)
 347                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 348                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 349                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 350         }
 351 #endif
 352
 353         critical_exit();
 354 }
 355
 356 void
 357 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 358 {
 359
 360         if (size > 0)
 361                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 366  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 367  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 368  * statistics.
 369  */
 370 void
 371 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 372 {
 373         struct malloc_type_internal *mtip;
 374         struct malloc_type_stats *mtsp;
 375
 376         critical_enter();
 377         mtip = mtp->ks_handle;
 378         mtsp = &mtip->mti_stats[curcpu];
 379         mtsp->mts_memfreed += size;
 380         mtsp->mts_numfrees++;
 381
 382 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 383         if (dtrace_malloc_probe != NULL) {
 384                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 385                 if (probe_id != 0)
 386                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 387                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 388                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 389         }
 390 #endif
 391
 392         critical_exit();
 393 }
 394
 395 /*
 396  *      contigmalloc:
 397  *
 398  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 399  *
 400  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 401  *      the allocation fails.
 402  */
 403 void *
 404 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 405     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 406     vm_paddr_t boundary)
 407 {
 408         void *ret;
 409
 410         ret = (void *)kmem_alloc_contig(kernel_arena, size, flags, low, high,
 411             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 412         if (ret != NULL)
 413                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 414         return (ret);
 415 }
 416
 417 /*
 418  *      contigfree:
 419  *
 420  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 421  *
 422  *      This routine may not block.
 423  */
 424 void
 425 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 426 {
 427
 428         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)addr, size);
 429         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 430 }
 431
 432 /*
 433  *      malloc:
 434  *
 435  *      Allocate a block of memory.
 436  *
 437  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 438  *      the allocation fails.
 439  */
 440 void *
 441 malloc(unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 442 {
 443         int indx;
 444         struct malloc_type_internal *mtip;
 445         caddr_t va;
 446         uma_zone_t zone;
 447 #if defined(DIAGNOSTIC) || defined(DEBUG_REDZONE)
 448         unsigned long osize = size;
 449 #endif
 450
 451 #ifdef INVARIANTS
 452         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("malloc: bad malloc type magic"));
 453         /*
 454          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 455          */
 456         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 457         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 458                 static  struct timeval lasterr;
 459                 static  int curerr, once;
 460                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 461                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 462                         kdb_backtrace();
 463                         flags |= M_WAITOK;
 464                         once++;
 465                 }
 466         }
 467 #endif
 468 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 469         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 470                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 471                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 472                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 473                         t_malloc_fail = time_uptime;
 474                         return (NULL);
 475                 }
 476         }
 477 #endif
 478         if (flags & M_WAITOK)
 479                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 480                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 481
 482 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 483         if (memguard_cmp_mtp(mtp, size)) {
 484                 va = memguard_alloc(size, flags);
 485                 if (va != NULL)
 486                         return (va);
 487                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 488         }
 489 #endif
 490
 491 #ifdef DEBUG_REDZONE
 492         size = redzone_size_ntor(size);
 493 #endif
 494
 495         if (size <= kmem_zmax) {
 496                 mtip = mtp->ks_handle;
 497                 if (size & KMEM_ZMASK)
 498                         size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 499                 indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 500                 KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 501                     ("mti_zone %u out of range %d",
 502                     mtip->mti_zone, numzones));
 503                 zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtip->mti_zone];
 504 #ifdef MALLOC_PROFILE
 505                 krequests[size >> KMEM_ZSHIFT]++;
 506 #endif
 507                 va = uma_zalloc(zone, flags);
 508                 if (va != NULL)
 509                         size = zone->uz_size;
 510                 malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 511         } else {
 512                 size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 513                 zone = NULL;
 514                 va = uma_large_malloc(size, flags);
 515                 malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 516         }
 517         if (flags & M_WAITOK)
 518                 KASSERT(va != NULL, ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 519         else if (va == NULL)
 520                 t_malloc_fail = time_uptime;
 521 #ifdef DIAGNOSTIC
 522         if (va != NULL && !(flags & M_ZERO)) {
 523                 memset(va, 0x70, osize);
 524         }
 525 #endif
 526 #ifdef DEBUG_REDZONE
 527         if (va != NULL)
 528                 va = redzone_setup(va, osize);
 529 #endif
 530         return ((void *) va);
 531 }
 532
 533 void *
 534 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 535 {
 536
 537         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 538                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 539
 540         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 541 }
 542
 543 /*
 544  *      free:
 545  *
 546  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 547  *
 548  *      This routine may not block.
 549  */
 550 void
 551 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 552 {
 553         uma_slab_t slab;
 554         u_long size;
 555
 556         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC, ("free: bad malloc type magic"));
 557
 558         /* free(NULL, ...) does nothing */
 559         if (addr == NULL)
 560                 return;
 561
 562 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 563         if (is_memguard_addr(addr)) {
 564                 memguard_free(addr);
 565                 return;
 566         }
 567 #endif
 568
 569 #ifdef DEBUG_REDZONE
 570         redzone_check(addr);
 571         addr = redzone_addr_ntor(addr);
 572 #endif
 573
 574         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK));
 575
 576         if (slab == NULL)
 577                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 578                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 579
 580         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC)) {
 581 #ifdef INVARIANTS
 582                 struct malloc_type **mtpp = addr;
 583 #endif
 584                 size = slab->us_keg->uk_size;
 585 #ifdef INVARIANTS
 586                 /*
 587                  * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 588                  * this memory here.  This way we know who is most likely to
 589                  * have stepped on it later.
 590                  *
 591                  * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 592                  * 64 bit machines
 593                  */
 594                 mtpp = (struct malloc_type **)
 595                     ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 596                 mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 597                     sizeof(struct malloc_type *);
 598                 *mtpp = mtp;
 599 #endif
 600                 uma_zfree_arg(LIST_FIRST(&slab->us_keg->uk_zones), addr, slab);
 601         } else {
 602                 size = slab->us_size;
 603                 uma_large_free(slab);
 604         }
 605         malloc_type_freed(mtp, size);
 606 }
 607
 608 /*
 609  *      realloc: change the size of a memory block
 610  */
 611 void *
 612 realloc(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 613 {
 614         uma_slab_t slab;
 615         unsigned long alloc;
 616         void *newaddr;
 617
 618         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 619             ("realloc: bad malloc type magic"));
 620
 621         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 622         if (addr == NULL)
 623                 return (malloc(size, mtp, flags));
 624
 625         /*
 626          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
 627          * per-CPU stats.
 628          */
 629
 630 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 631         if (is_memguard_addr(addr))
 632                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
 633 #endif
 634
 635 #ifdef DEBUG_REDZONE
 636         slab = NULL;
 637         alloc = redzone_get_size(addr);
 638 #else
 639         slab = vtoslab((vm_offset_t)addr & ~(UMA_SLAB_MASK));
 640
 641         /* Sanity check */
 642         KASSERT(slab != NULL,
 643             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
 644
 645         /* Get the size of the original block */
 646         if (!(slab->us_flags & UMA_SLAB_MALLOC))
 647                 alloc = slab->us_keg->uk_size;
 648         else
 649                 alloc = slab->us_size;
 650
 651         /* Reuse the original block if appropriate */
 652         if (size <= alloc
 653             && (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE))
 654                 return (addr);
 655 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
 656
 657         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
 658         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
 659                 return (NULL);
 660
 661         /* Copy over original contents */
 662         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
 663         free(addr, mtp);
 664         return (newaddr);
 665 }
 666
 667 /*
 668  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
 669  */
 670 void *
 671 reallocf(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 672 {
 673         void *mem;
 674
 675         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
 676                 free(addr, mtp);
 677         return (mem);
 678 }
 679
 680 /*
 681  * Wake the uma reclamation pagedaemon thread when we exhaust KVA.  It
 682  * will call the lowmem handler and uma_reclaim() callbacks in a
 683  * context that is safe.
 684  */
 685 static void
 686 kmem_reclaim(vmem_t *vm, int flags)
 687 {
 688
 689         uma_reclaim_wakeup();
 690         pagedaemon_wakeup();
 691 }
 692
 693 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
 694
 695 /*
 696  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
 697  */
 698 void
 699 kmeminit(void)
 700 {
 701         u_long mem_size, tmp;
 702
 703         /*
 704          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
 705          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
 706          * of machines, it is a function of the physical memory size,
 707          * specifically,
 708          *
 709          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
 710          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
 711          *
 712          * Every architecture must define an integral value for
 713          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
 714          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
 715          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
 716          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
 717          * a given architecture.
 718          */
 719         mem_size = cnt.v_page_count;
 720
 721         vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 722         TUNABLE_INT_FETCH("vm.kmem_size_scale", &vm_kmem_size_scale);
 723         if (vm_kmem_size_scale < 1)
 724                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
 725
 726         vm_kmem_size = (mem_size / vm_kmem_size_scale) * PAGE_SIZE;
 727
 728 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MIN)
 729         vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
 730 #endif
 731         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_min", &vm_kmem_size_min);
 732         if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
 733                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
 734
 735 #if defined(VM_KMEM_SIZE_MAX)
 736         vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
 737 #endif
 738         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size_max", &vm_kmem_size_max);
 739         if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
 740                 vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
 741
 742         /*
 743          * Alternatively, the amount of KVA space that is preallocated to the
 744          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
 745          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
 746          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
 747          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
 748          */
 749 #if defined(VM_KMEM_SIZE)
 750         vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
 751 #endif
 752         TUNABLE_ULONG_FETCH("vm.kmem_size", &vm_kmem_size);
 753         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
 754                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
 755
 756         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
 757 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 758         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
 759 #else
 760         tmp = vm_kmem_size;
 761 #endif
 762         vmem_init(kmem_arena, "kmem arena", kva_alloc(tmp), tmp, PAGE_SIZE,
 763             0, 0);
 764         vmem_set_reclaim(kmem_arena, kmem_reclaim);
 765
 766 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 767         /*
 768          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
 769          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
 770          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
 771          */
 772         memguard_init(kmem_arena);
 773 #endif
 774 }
 775
 776 /*
 777  * Initialize the kernel memory allocator
 778  */
 779 /* ARGSUSED*/
 780 static void
 781 mallocinit(void *dummy)
 782 {
 783         int i;
 784         uint8_t indx;
 785
 786         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
 787
 788         kmeminit();
 789
 790         uma_startup2();
 791
 792         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
 793                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 794
 795         mt_zone = uma_zcreate("mt_zone", sizeof(struct malloc_type_internal),
 796 #ifdef INVARIANTS
 797             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 798 #else
 799             NULL, NULL, NULL, NULL,
 800 #endif
 801             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 802         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
 803                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
 804                 char *name = kmemzones[indx].kz_name;
 805                 int subzone;
 806
 807                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
 808                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
 809                             uma_zcreate(name, size,
 810 #ifdef INVARIANTS
 811                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
 812 #else
 813                             NULL, NULL, NULL, NULL,
 814 #endif
 815                             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_MALLOC);
 816                 }
 817                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
 818                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
 819
 820         }
 821 }
 822 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_FIRST, mallocinit, NULL);
 823
 824 void
 825 malloc_init(void *data)
 826 {
 827         struct malloc_type_internal *mtip;
 828         struct malloc_type *mtp;
 829
 830         KASSERT(cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
 831
 832         mtp = data;
 833         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC)
 834                 panic("malloc_init: bad malloc type magic");
 835
 836         mtip = uma_zalloc(mt_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 837         mtp->ks_handle = mtip;
 838         mtip->mti_zone = mtp_get_subzone(mtp->ks_shortdesc);
 839
 840         mtx_lock(&malloc_mtx);
 841         mtp->ks_next = kmemstatistics;
 842         kmemstatistics = mtp;
 843         kmemcount++;
 844         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 845 }
 846
 847 void
 848 malloc_uninit(void *data)
 849 {
 850         struct malloc_type_internal *mtip;
 851         struct malloc_type_stats *mtsp;
 852         struct malloc_type *mtp, *temp;
 853         uma_slab_t slab;
 854         long temp_allocs, temp_bytes;
 855         int i;
 856
 857         mtp = data;
 858         KASSERT(mtp->ks_magic == M_MAGIC,
 859             ("malloc_uninit: bad malloc type magic"));
 860         KASSERT(mtp->ks_handle != NULL, ("malloc_deregister: cookie NULL"));
 861
 862         mtx_lock(&malloc_mtx);
 863         mtip = mtp->ks_handle;
 864         mtp->ks_handle = NULL;
 865         if (mtp != kmemstatistics) {
 866                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
 867                     temp = temp->ks_next) {
 868                         if (temp->ks_next == mtp) {
 869                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
 870                                 break;
 871                         }
 872                 }
 873                 KASSERT(temp,
 874                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
 875         } else
 876                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
 877         kmemcount--;
 878         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 879
 880         /*
 881          * Look for memory leaks.
 882          */
 883         temp_allocs = temp_bytes = 0;
 884         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 885                 mtsp = &mtip->mti_stats[i];
 886                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
 887                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
 888                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
 889                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
 890         }
 891         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
 892                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
 893                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
 894                     temp_allocs, temp_bytes);
 895         }
 896
 897         slab = vtoslab((vm_offset_t) mtip & (~UMA_SLAB_MASK));
 898         uma_zfree_arg(mt_zone, mtip, slab);
 899 }
 900
 901 struct malloc_type *
 902 malloc_desc2type(const char *desc)
 903 {
 904         struct malloc_type *mtp;
 905
 906         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 907         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 908                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
 909                         return (mtp);
 910         }
 911         return (NULL);
 912 }
 913
 914 static int
 915 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 916 {
 917         struct malloc_type_stream_header mtsh;
 918         struct malloc_type_internal *mtip;
 919         struct malloc_type_header mth;
 920         struct malloc_type *mtp;
 921         int error, i;
 922         struct sbuf sbuf;
 923
 924         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
 925         if (error != 0)
 926                 return (error);
 927         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
 928         mtx_lock(&malloc_mtx);
 929
 930         /*
 931          * Insert stream header.
 932          */
 933         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
 934         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
 935         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
 936         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
 937         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
 938
 939         /*
 940          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
 941          */
 942         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
 943                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
 944
 945                 /*
 946                  * Insert type header.
 947                  */
 948                 bzero(&mth, sizeof(mth));
 949                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
 950                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
 951
 952                 /*
 953                  * Insert type statistics for each CPU.
 954                  */
 955                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 956                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtip->mti_stats[i],
 957                             sizeof(mtip->mti_stats[i]));
 958                 }
 959         }
 960         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 961         error = sbuf_finish(&sbuf);
 962         sbuf_delete(&sbuf);
 963         return (error);
 964 }
 965
 966 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 967     0, 0, sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
 968     "Return malloc types");
 969
 970 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
 971     "Count of kernel malloc types");
 972
 973 void
 974 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
 975 {
 976         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
 977         int count, i;
 978         size_t buflen;
 979
 980         mtx_lock(&malloc_mtx);
 981 restart:
 982         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
 983         count = kmemcount;
 984         mtx_unlock(&malloc_mtx);
 985
 986         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
 987         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
 988
 989         mtx_lock(&malloc_mtx);
 990
 991         if (count < kmemcount) {
 992                 free(bufmtp, M_TEMP);
 993                 goto restart;
 994         }
 995
 996         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
 997                 bufmtp[i] = mtp;
 998
 999         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1000
1001         for (i = 0; i < count; i++)
1002                 (func)(bufmtp[i], arg);
1003
1004         free(bufmtp, M_TEMP);
1005 }
1006
1007 #ifdef DDB
1008 DB_SHOW_COMMAND(malloc, db_show_malloc)
1009 {
1010         struct malloc_type_internal *mtip;
1011         struct malloc_type *mtp;
1012         uint64_t allocs, frees;
1013         uint64_t alloced, freed;
1014         int i;
1015
1016         db_printf("%18s %12s  %12s %12s\n", "Type", "InUse", "MemUse",
1017             "Requests");
1018         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1019                 mtip = (struct malloc_type_internal *)mtp->ks_handle;
1020                 allocs = 0;
1021                 frees = 0;
1022                 alloced = 0;
1023                 freed = 0;
1024                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1025                         allocs += mtip->mti_stats[i].mts_numallocs;
1026                         frees += mtip->mti_stats[i].mts_numfrees;
1027                         alloced += mtip->mti_stats[i].mts_memalloced;
1028                         freed += mtip->mti_stats[i].mts_memfreed;
1029                 }
1030                 db_printf("%18s %12ju %12juK %12ju\n",
1031                     mtp->ks_shortdesc, allocs - frees,
1032                     (alloced - freed + 1023) / 1024, allocs);
1033                 if (db_pager_quit)
1034                         break;
1035         }
1036 }
1037
1038 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1039 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1040 {
1041         struct malloc_type_internal *mtip;
1042         struct malloc_type *mtp;
1043         u_int subzone;
1044
1045         if (!have_addr) {
1046                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1047                 return;
1048         }
1049         mtp = (void *)addr;
1050         if (mtp->ks_magic != M_MAGIC) {
1051                 db_printf("Magic %lx does not match expected %x\n",
1052                     mtp->ks_magic, M_MAGIC);
1053                 return;
1054         }
1055
1056         mtip = mtp->ks_handle;
1057         subzone = mtip->mti_zone;
1058
1059         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1060                 mtip = mtp->ks_handle;
1061                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1062                         continue;
1063                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1064                 if (db_pager_quit)
1065                         break;
1066         }
1067 }
1068 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1069 #endif /* DDB */
1070
1071 #ifdef MALLOC_PROFILE
1072
1073 static int
1074 sysctl_kern_mprof(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1075 {
1076         struct sbuf sbuf;
1077         uint64_t count;
1078         uint64_t waste;
1079         uint64_t mem;
1080         int error;
1081         int rsize;
1082         int size;
1083         int i;
1084
1085         waste = 0;
1086         mem = 0;
1087
1088         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1089         if (error != 0)
1090                 return (error);
1091         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1092         sbuf_printf(&sbuf,
1093             "\n  Size                    Requests  Real Size\n");
1094         for (i = 0; i < KMEM_ZSIZE; i++) {
1095                 size = i << KMEM_ZSHIFT;
1096                 rsize = kmemzones[kmemsize[i]].kz_size;
1097                 count = (long long unsigned)krequests[i];
1098
1099                 sbuf_printf(&sbuf, "%6d%28llu%11d\n", size,
1100                     (unsigned long long)count, rsize);
1101
1102                 if ((rsize * count) > (size * count))
1103                         waste += (rsize * count) - (size * count);
1104                 mem += (rsize * count);
1105         }
1106         sbuf_printf(&sbuf,
1107             "\nTotal memory used:\t%30llu\nTotal Memory wasted:\t%30llu\n",
1108             (unsigned long long)mem, (unsigned long long)waste);
1109         error = sbuf_finish(&sbuf);
1110         sbuf_delete(&sbuf);
1111         return (error);
1112 }
1113
1114 SYSCTL_OID(_kern, OID_AUTO, mprof, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
1115     NULL, 0, sysctl_kern_mprof, "A", "Malloc Profiling");
1116 #endif /* MALLOC_PROFILE */