sys/kern/kern_malloc.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 1987, 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.
   6  * Copyright (c) 2005-2009 Robert N. M. Watson
   7  * Copyright (c) 2008 Otto Moerbeek <otto@drijf.net> (mallocarray)
   8  * All rights reserved.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      @(#)kern_malloc.c       8.3 (Berkeley) 1/4/94
  35  */
  36
  37 /*
  38  * Kernel malloc(9) implementation -- general purpose kernel memory allocator
  39  * based on memory types.  Back end is implemented using the UMA(9) zone
  40  * allocator.  A set of fixed-size buckets are used for smaller allocations,
  41  * and a special UMA allocation interface is used for larger allocations.
  42  * Callers declare memory types, and statistics are maintained independently
  43  * for each memory type.  Statistics are maintained per-CPU for performance
  44  * reasons.  See malloc(9) and comments in malloc.h for a detailed
  45  * description.
  46  */
  47
  48 #include <sys/cdefs.h>
  49 #include "opt_ddb.h"
  50 #include "opt_vm.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/asan.h>
  55 #include <sys/kdb.h>
  56 #include <sys/kernel.h>
  57 #include <sys/lock.h>
  58 #include <sys/malloc.h>
  59 #include <sys/msan.h>
  60 #include <sys/mutex.h>
  61 #include <sys/vmmeter.h>
  62 #include <sys/proc.h>
  63 #include <sys/queue.h>
  64 #include <sys/sbuf.h>
  65 #include <sys/smp.h>
  66 #include <sys/sysctl.h>
  67 #include <sys/time.h>
  68 #include <sys/vmem.h>
  69 #ifdef EPOCH_TRACE
  70 #include <sys/epoch.h>
  71 #endif
  72
  73 #include <vm/vm.h>
  74 #include <vm/pmap.h>
  75 #include <vm/vm_domainset.h>
  76 #include <vm/vm_pageout.h>
  77 #include <vm/vm_param.h>
  78 #include <vm/vm_kern.h>
  79 #include <vm/vm_extern.h>
  80 #include <vm/vm_map.h>
  81 #include <vm/vm_page.h>
  82 #include <vm/vm_phys.h>
  83 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  84 #include <vm/uma.h>
  85 #include <vm/uma_int.h>
  86 #include <vm/uma_dbg.h>
  87
  88 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  89 #include <vm/memguard.h>
  90 #endif
  91 #ifdef DEBUG_REDZONE
  92 #include <vm/redzone.h>
  93 #endif
  94
  95 #if defined(INVARIANTS) && defined(__i386__)
  96 #include <machine/cpu.h>
  97 #endif
  98
  99 #include <ddb/ddb.h>
 100
 101 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 102 #include <sys/dtrace_bsd.h>
 103
 104 bool    __read_frequently                       dtrace_malloc_enabled;
 105 dtrace_malloc_probe_func_t __read_mostly        dtrace_malloc_probe;
 106 #endif
 107
 108 #if defined(INVARIANTS) || defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) ||             \
 109     defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(DEBUG_REDZONE)
 110 #define MALLOC_DEBUG    1
 111 #endif
 112
 113 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 114 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF   , unsigned long osize
 115 #define DEBUG_REDZONE_ARG       , osize
 116 #else
 117 #define DEBUG_REDZONE_ARG_DEF
 118 #define DEBUG_REDZONE_ARG
 119 #endif
 120
 121 /*
 122  * When realloc() is called, if the new size is sufficiently smaller than
 123  * the old size, realloc() will allocate a new, smaller block to avoid
 124  * wasting memory. 'Sufficiently smaller' is defined as: newsize <=
 125  * oldsize / 2^n, where REALLOC_FRACTION defines the value of 'n'.
 126  */
 127 #ifndef REALLOC_FRACTION
 128 #define REALLOC_FRACTION        1       /* new block if <= half the size */
 129 #endif
 130
 131 /*
 132  * Centrally define some common malloc types.
 133  */
 134 MALLOC_DEFINE(M_CACHE, "cache", "Various Dynamically allocated caches");
 135 MALLOC_DEFINE(M_DEVBUF, "devbuf", "device driver memory");
 136 MALLOC_DEFINE(M_TEMP, "temp", "misc temporary data buffers");
 137
 138 static struct malloc_type *kmemstatistics;
 139 static int kmemcount;
 140
 141 #define KMEM_ZSHIFT     4
 142 #define KMEM_ZBASE      16
 143 #define KMEM_ZMASK      (KMEM_ZBASE - 1)
 144
 145 #define KMEM_ZMAX       65536
 146 #define KMEM_ZSIZE      (KMEM_ZMAX >> KMEM_ZSHIFT)
 147 static uint8_t kmemsize[KMEM_ZSIZE + 1];
 148
 149 #ifndef MALLOC_DEBUG_MAXZONES
 150 #define MALLOC_DEBUG_MAXZONES   1
 151 #endif
 152 static int numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 153
 154 /*
 155  * Small malloc(9) memory allocations are allocated from a set of UMA buckets
 156  * of various sizes.
 157  *
 158  * Warning: the layout of the struct is duplicated in libmemstat for KVM support.
 159  *
 160  * XXX: The comment here used to read "These won't be powers of two for
 161  * long."  It's possible that a significant amount of wasted memory could be
 162  * recovered by tuning the sizes of these buckets.
 163  */
 164 struct {
 165         int kz_size;
 166         const char *kz_name;
 167         uma_zone_t kz_zone[MALLOC_DEBUG_MAXZONES];
 168 } kmemzones[] = {
 169         {16, "malloc-16", },
 170         {32, "malloc-32", },
 171         {64, "malloc-64", },
 172         {128, "malloc-128", },
 173         {256, "malloc-256", },
 174         {384, "malloc-384", },
 175         {512, "malloc-512", },
 176         {1024, "malloc-1024", },
 177         {2048, "malloc-2048", },
 178         {4096, "malloc-4096", },
 179         {8192, "malloc-8192", },
 180         {16384, "malloc-16384", },
 181         {32768, "malloc-32768", },
 182         {65536, "malloc-65536", },
 183         {0, NULL},
 184 };
 185
 186 u_long vm_kmem_size;
 187 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size, 0,
 188     "Size of kernel memory");
 189
 190 static u_long kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
 191 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_zmax, CTLFLAG_RDTUN, &kmem_zmax, 0,
 192     "Maximum allocation size that malloc(9) would use UMA as backend");
 193
 194 static u_long vm_kmem_size_min;
 195 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_min, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_min, 0,
 196     "Minimum size of kernel memory");
 197
 198 static u_long vm_kmem_size_max;
 199 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, kmem_size_max, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_max, 0,
 200     "Maximum size of kernel memory");
 201
 202 static u_int vm_kmem_size_scale;
 203 SYSCTL_UINT(_vm, OID_AUTO, kmem_size_scale, CTLFLAG_RDTUN, &vm_kmem_size_scale, 0,
 204     "Scale factor for kernel memory size");
 205
 206 static int sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 207 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_size,
 208     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 209     sysctl_kmem_map_size, "LU", "Current kmem allocation size");
 210
 211 static int sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 212 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kmem_map_free,
 213     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_ULONG | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 214     sysctl_kmem_map_free, "LU", "Free space in kmem");
 215
 216 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 217     "Malloc information");
 218
 219 static u_int vm_malloc_zone_count = nitems(kmemzones);
 220 SYSCTL_UINT(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_count,
 221     CTLFLAG_RD, &vm_malloc_zone_count, 0,
 222     "Number of malloc zones");
 223
 224 static int sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 225 SYSCTL_PROC(_vm_malloc, OID_AUTO, zone_sizes,
 226     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
 227     sysctl_vm_malloc_zone_sizes, "S", "Zone sizes used by malloc");
 228
 229 /*
 230  * The malloc_mtx protects the kmemstatistics linked list.
 231  */
 232 struct mtx malloc_mtx;
 233
 234 static int sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 235
 236 #if defined(MALLOC_MAKE_FAILURES) || (MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1)
 237 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, malloc, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 238     "Kernel malloc debugging options");
 239 #endif
 240
 241 /*
 242  * malloc(9) fault injection -- cause malloc failures every (n) mallocs when
 243  * the caller specifies M_NOWAIT.  If set to 0, no failures are caused.
 244  */
 245 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 246 static int malloc_failure_rate;
 247 static int malloc_nowait_count;
 248 static int malloc_failure_count;
 249 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_rate, CTLFLAG_RWTUN,
 250     &malloc_failure_rate, 0, "Every (n) mallocs with M_NOWAIT will fail");
 251 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, failure_count, CTLFLAG_RD,
 252     &malloc_failure_count, 0, "Number of imposed M_NOWAIT malloc failures");
 253 #endif
 254
 255 static int
 256 sysctl_kmem_map_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 257 {
 258         u_long size;
 259
 260         size = uma_size();
 261         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 262 }
 263
 264 static int
 265 sysctl_kmem_map_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 266 {
 267         u_long size, limit;
 268
 269         /* The sysctl is unsigned, implement as a saturation value. */
 270         size = uma_size();
 271         limit = uma_limit();
 272         if (size > limit)
 273                 size = 0;
 274         else
 275                 size = limit - size;
 276         return (sysctl_handle_long(oidp, &size, 0, req));
 277 }
 278
 279 static int
 280 sysctl_vm_malloc_zone_sizes(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 281 {
 282         int sizes[nitems(kmemzones)];
 283         int i;
 284
 285         for (i = 0; i < nitems(kmemzones); i++) {
 286                 sizes[i] = kmemzones[i].kz_size;
 287         }
 288
 289         return (SYSCTL_OUT(req, &sizes, sizeof(sizes)));
 290 }
 291
 292 /*
 293  * malloc(9) uma zone separation -- sub-page buffer overruns in one
 294  * malloc type will affect only a subset of other malloc types.
 295  */
 296 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
 297 static void
 298 tunable_set_numzones(void)
 299 {
 300
 301         TUNABLE_INT_FETCH("debug.malloc.numzones",
 302             &numzones);
 303
 304         /* Sanity check the number of malloc uma zones. */
 305         if (numzones <= 0)
 306                 numzones = 1;
 307         if (numzones > MALLOC_DEBUG_MAXZONES)
 308                 numzones = MALLOC_DEBUG_MAXZONES;
 309 }
 310 SYSINIT(numzones, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_ANY, tunable_set_numzones, NULL);
 311 SYSCTL_INT(_debug_malloc, OID_AUTO, numzones, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
 312     &numzones, 0, "Number of malloc uma subzones");
 313
 314 /*
 315  * Any number that changes regularly is an okay choice for the
 316  * offset.  Build numbers are pretty good of you have them.
 317  */
 318 static u_int zone_offset = __FreeBSD_version;
 319 TUNABLE_INT("debug.malloc.zone_offset", &zone_offset);
 320 SYSCTL_UINT(_debug_malloc, OID_AUTO, zone_offset, CTLFLAG_RDTUN,
 321     &zone_offset, 0, "Separate malloc types by examining the "
 322     "Nth character in the malloc type short description.");
 323
 324 static void
 325 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 326 {
 327         struct malloc_type_internal *mtip;
 328         const char *desc;
 329         size_t len;
 330         u_int val;
 331
 332         mtip = &mtp->ks_mti;
 333         desc = mtp->ks_shortdesc;
 334         if (desc == NULL || (len = strlen(desc)) == 0)
 335                 val = 0;
 336         else
 337                 val = desc[zone_offset % len];
 338         mtip->mti_zone = (val % numzones);
 339 }
 340
 341 static inline u_int
 342 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 343 {
 344         struct malloc_type_internal *mtip;
 345
 346         mtip = &mtp->ks_mti;
 347
 348         KASSERT(mtip->mti_zone < numzones,
 349             ("mti_zone %u out of range %d",
 350             mtip->mti_zone, numzones));
 351         return (mtip->mti_zone);
 352 }
 353 #elif MALLOC_DEBUG_MAXZONES == 0
 354 #error "MALLOC_DEBUG_MAXZONES must be positive."
 355 #else
 356 static void
 357 mtp_set_subzone(struct malloc_type *mtp)
 358 {
 359         struct malloc_type_internal *mtip;
 360
 361         mtip = &mtp->ks_mti;
 362         mtip->mti_zone = 0;
 363 }
 364
 365 static inline u_int
 366 mtp_get_subzone(struct malloc_type *mtp)
 367 {
 368
 369         return (0);
 370 }
 371 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
 372
 373 /*
 374  * An allocation has succeeded -- update malloc type statistics for the
 375  * amount of bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 376  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-PCU
 377  * statistics.
 378  */
 379 static void
 380 malloc_type_zone_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size,
 381     int zindx)
 382 {
 383         struct malloc_type_internal *mtip;
 384         struct malloc_type_stats *mtsp;
 385
 386         critical_enter();
 387         mtip = &mtp->ks_mti;
 388         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 389         if (size > 0) {
 390                 mtsp->mts_memalloced += size;
 391                 mtsp->mts_numallocs++;
 392         }
 393         if (zindx != -1)
 394                 mtsp->mts_size |= 1 << zindx;
 395
 396 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 397         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 398                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_MALLOC];
 399                 if (probe_id != 0)
 400                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 401                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 402                             (uintptr_t) mtsp, size, zindx);
 403         }
 404 #endif
 405
 406         critical_exit();
 407 }
 408
 409 void
 410 malloc_type_allocated(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 411 {
 412
 413         if (size > 0)
 414                 malloc_type_zone_allocated(mtp, size, -1);
 415 }
 416
 417 /*
 418  * A free operation has occurred -- update malloc type statistics for the
 419  * amount of the bucket size.  Occurs within a critical section so that the
 420  * thread isn't preempted and doesn't migrate while updating per-CPU
 421  * statistics.
 422  */
 423 void
 424 malloc_type_freed(struct malloc_type *mtp, unsigned long size)
 425 {
 426         struct malloc_type_internal *mtip;
 427         struct malloc_type_stats *mtsp;
 428
 429         critical_enter();
 430         mtip = &mtp->ks_mti;
 431         mtsp = zpcpu_get(mtip->mti_stats);
 432         mtsp->mts_memfreed += size;
 433         mtsp->mts_numfrees++;
 434
 435 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 436         if (__predict_false(dtrace_malloc_enabled)) {
 437                 uint32_t probe_id = mtip->mti_probes[DTMALLOC_PROBE_FREE];
 438                 if (probe_id != 0)
 439                         (dtrace_malloc_probe)(probe_id,
 440                             (uintptr_t) mtp, (uintptr_t) mtip,
 441                             (uintptr_t) mtsp, size, 0);
 442         }
 443 #endif
 444
 445         critical_exit();
 446 }
 447
 448 /*
 449  *      contigmalloc:
 450  *
 451  *      Allocate a block of physically contiguous memory.
 452  *
 453  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 454  *      the allocation fails.
 455  */
 456 void *
 457 contigmalloc(unsigned long size, struct malloc_type *type, int flags,
 458     vm_paddr_t low, vm_paddr_t high, unsigned long alignment,
 459     vm_paddr_t boundary)
 460 {
 461         void *ret;
 462
 463         ret = (void *)kmem_alloc_contig(size, flags, low, high, alignment,
 464             boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 465         if (ret != NULL)
 466                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 467         return (ret);
 468 }
 469
 470 void *
 471 contigmalloc_domainset(unsigned long size, struct malloc_type *type,
 472     struct domainset *ds, int flags, vm_paddr_t low, vm_paddr_t high,
 473     unsigned long alignment, vm_paddr_t boundary)
 474 {
 475         void *ret;
 476
 477         ret = (void *)kmem_alloc_contig_domainset(ds, size, flags, low, high,
 478             alignment, boundary, VM_MEMATTR_DEFAULT);
 479         if (ret != NULL)
 480                 malloc_type_allocated(type, round_page(size));
 481         return (ret);
 482 }
 483
 484 /*
 485  *      contigfree:
 486  *
 487  *      Free a block of memory allocated by contigmalloc.
 488  *
 489  *      This routine may not block.
 490  */
 491 void
 492 contigfree(void *addr, unsigned long size, struct malloc_type *type)
 493 {
 494
 495         kmem_free(addr, size);
 496         malloc_type_freed(type, round_page(size));
 497 }
 498
 499 #ifdef MALLOC_DEBUG
 500 static int
 501 malloc_dbg(caddr_t *vap, size_t *sizep, struct malloc_type *mtp,
 502     int flags)
 503 {
 504 #ifdef INVARIANTS
 505         int indx;
 506
 507         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("malloc: bad malloc type version"));
 508         /*
 509          * Check that exactly one of M_WAITOK or M_NOWAIT is specified.
 510          */
 511         indx = flags & (M_WAITOK | M_NOWAIT);
 512         if (indx != M_NOWAIT && indx != M_WAITOK) {
 513                 static  struct timeval lasterr;
 514                 static  int curerr, once;
 515                 if (once == 0 && ppsratecheck(&lasterr, &curerr, 1)) {
 516                         printf("Bad malloc flags: %x\n", indx);
 517                         kdb_backtrace();
 518                         flags |= M_WAITOK;
 519                         once++;
 520                 }
 521         }
 522 #endif
 523 #ifdef MALLOC_MAKE_FAILURES
 524         if ((flags & M_NOWAIT) && (malloc_failure_rate != 0)) {
 525                 atomic_add_int(&malloc_nowait_count, 1);
 526                 if ((malloc_nowait_count % malloc_failure_rate) == 0) {
 527                         atomic_add_int(&malloc_failure_count, 1);
 528                         *vap = NULL;
 529                         return (EJUSTRETURN);
 530                 }
 531         }
 532 #endif
 533         if (flags & M_WAITOK) {
 534                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
 535                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
 536                 if (__predict_false(!THREAD_CAN_SLEEP())) {
 537 #ifdef EPOCH_TRACE
 538                         epoch_trace_list(curthread);
 539 #endif
 540                         KASSERT(0,
 541                             ("malloc(M_WAITOK) with sleeping prohibited"));
 542                 }
 543         }
 544         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 545             ("malloc: called with spinlock or critical section held"));
 546
 547 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 548         if (memguard_cmp_mtp(mtp, *sizep)) {
 549                 *vap = memguard_alloc(*sizep, flags);
 550                 if (*vap != NULL)
 551                         return (EJUSTRETURN);
 552                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
 553         }
 554 #endif
 555
 556 #ifdef DEBUG_REDZONE
 557         *sizep = redzone_size_ntor(*sizep);
 558 #endif
 559
 560         return (0);
 561 }
 562 #endif
 563
 564 /*
 565  * Handle large allocations and frees by using kmem_malloc directly.
 566  */
 567 static inline bool
 568 malloc_large_slab(uma_slab_t slab)
 569 {
 570         uintptr_t va;
 571
 572         va = (uintptr_t)slab;
 573         return ((va & 1) != 0);
 574 }
 575
 576 static inline size_t
 577 malloc_large_size(uma_slab_t slab)
 578 {
 579         uintptr_t va;
 580
 581         va = (uintptr_t)slab;
 582         return (va >> 1);
 583 }
 584
 585 static caddr_t __noinline
 586 malloc_large(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *policy,
 587     int flags DEBUG_REDZONE_ARG_DEF)
 588 {
 589         void *va;
 590
 591         size = roundup(size, PAGE_SIZE);
 592         va = kmem_malloc_domainset(policy, size, flags);
 593         if (va != NULL) {
 594                 /* The low bit is unused for slab pointers. */
 595                 vsetzoneslab((uintptr_t)va, NULL, (void *)((size << 1) | 1));
 596                 uma_total_inc(size);
 597         }
 598         malloc_type_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size);
 599         if (__predict_false(va == NULL)) {
 600                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 601                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 602         } else {
 603 #ifdef DEBUG_REDZONE
 604                 va = redzone_setup(va, osize);
 605 #endif
 606                 kasan_mark(va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 607         }
 608         return (va);
 609 }
 610
 611 static void
 612 free_large(void *addr, size_t size)
 613 {
 614
 615         kmem_free(addr, size);
 616         uma_total_dec(size);
 617 }
 618
 619 /*
 620  *      malloc:
 621  *
 622  *      Allocate a block of memory.
 623  *
 624  *      If M_NOWAIT is set, this routine will not block and return NULL if
 625  *      the allocation fails.
 626  */
 627 void *
 628 (malloc)(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 629 {
 630         int indx;
 631         caddr_t va;
 632         uma_zone_t zone;
 633 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 634         unsigned long osize = size;
 635 #endif
 636
 637         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 638
 639 #ifdef MALLOC_DEBUG
 640         va = NULL;
 641         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 642                 return (va);
 643 #endif
 644
 645         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 646                 return (malloc_large(size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 647                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 648
 649         if (size & KMEM_ZMASK)
 650                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 651         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 652         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 653         va = uma_zalloc(zone, flags);
 654         if (va != NULL) {
 655                 size = zone->uz_size;
 656                 if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 657                         kmsan_mark(va, size, KMSAN_STATE_UNINIT);
 658                         kmsan_orig(va, size, KMSAN_TYPE_MALLOC, KMSAN_RET_ADDR);
 659                 }
 660         }
 661         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 662         if (__predict_false(va == NULL)) {
 663                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 664                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 665         }
 666 #ifdef DEBUG_REDZONE
 667         if (va != NULL)
 668                 va = redzone_setup(va, osize);
 669 #endif
 670 #ifdef KASAN
 671         if (va != NULL)
 672                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 673 #endif
 674         return ((void *) va);
 675 }
 676
 677 static void *
 678 malloc_domain(size_t *sizep, int *indxp, struct malloc_type *mtp, int domain,
 679     int flags)
 680 {
 681         uma_zone_t zone;
 682         caddr_t va;
 683         size_t size;
 684         int indx;
 685
 686         size = *sizep;
 687         KASSERT(size <= kmem_zmax && (flags & M_EXEC) == 0,
 688             ("malloc_domain: Called with bad flag / size combination."));
 689         if (size & KMEM_ZMASK)
 690                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
 691         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
 692         zone = kmemzones[indx].kz_zone[mtp_get_subzone(mtp)];
 693         va = uma_zalloc_domain(zone, NULL, domain, flags);
 694         if (va != NULL)
 695                 *sizep = zone->uz_size;
 696         *indxp = indx;
 697         return ((void *)va);
 698 }
 699
 700 void *
 701 malloc_domainset(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 702     int flags)
 703 {
 704         struct vm_domainset_iter di;
 705         caddr_t va;
 706         int domain;
 707         int indx;
 708 #if defined(KASAN) || defined(DEBUG_REDZONE)
 709         unsigned long osize = size;
 710 #endif
 711
 712         MPASS((flags & M_EXEC) == 0);
 713
 714 #ifdef MALLOC_DEBUG
 715         va = NULL;
 716         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 717                 return (va);
 718 #endif
 719
 720         if (__predict_false(size > kmem_zmax))
 721                 return (malloc_large(size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags
 722                     DEBUG_REDZONE_ARG));
 723
 724         vm_domainset_iter_policy_init(&di, ds, &domain, &flags);
 725         do {
 726                 va = malloc_domain(&size, &indx, mtp, domain, flags);
 727         } while (va == NULL && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) == 0);
 728         malloc_type_zone_allocated(mtp, va == NULL ? 0 : size, indx);
 729         if (__predict_false(va == NULL)) {
 730                 KASSERT((flags & M_WAITOK) == 0,
 731                     ("malloc(M_WAITOK) returned NULL"));
 732         }
 733 #ifdef DEBUG_REDZONE
 734         if (va != NULL)
 735                 va = redzone_setup(va, osize);
 736 #endif
 737 #ifdef KASAN
 738         if (va != NULL)
 739                 kasan_mark((void *)va, osize, size, KASAN_MALLOC_REDZONE);
 740 #endif
 741 #ifdef KMSAN
 742         if ((flags & M_ZERO) == 0) {
 743                 kmsan_mark(va, size, KMSAN_STATE_UNINIT);
 744                 kmsan_orig(va, size, KMSAN_TYPE_MALLOC, KMSAN_RET_ADDR);
 745         }
 746 #endif
 747         return (va);
 748 }
 749
 750 /*
 751  * Allocate an executable area.
 752  */
 753 void *
 754 malloc_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 755 {
 756
 757         return (malloc_domainset_exec(size, mtp, DOMAINSET_RR(), flags));
 758 }
 759
 760 void *
 761 malloc_domainset_exec(size_t size, struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds,
 762     int flags)
 763 {
 764 #if defined(DEBUG_REDZONE) || defined(KASAN)
 765         unsigned long osize = size;
 766 #endif
 767 #ifdef MALLOC_DEBUG
 768         caddr_t va;
 769 #endif
 770
 771         flags |= M_EXEC;
 772
 773 #ifdef MALLOC_DEBUG
 774         va = NULL;
 775         if (malloc_dbg(&va, &size, mtp, flags) != 0)
 776                 return (va);
 777 #endif
 778
 779         return (malloc_large(size, mtp, ds, flags DEBUG_REDZONE_ARG));
 780 }
 781
 782 void *
 783 malloc_aligned(size_t size, size_t align, struct malloc_type *type, int flags)
 784 {
 785         return (malloc_domainset_aligned(size, align, type, DOMAINSET_RR(),
 786             flags));
 787 }
 788
 789 void *
 790 malloc_domainset_aligned(size_t size, size_t align,
 791     struct malloc_type *mtp, struct domainset *ds, int flags)
 792 {
 793         void *res;
 794         size_t asize;
 795
 796         KASSERT(powerof2(align),
 797             ("malloc_domainset_aligned: wrong align %#zx size %#zx",
 798             align, size));
 799         KASSERT(align <= PAGE_SIZE,
 800             ("malloc_domainset_aligned: align %#zx (size %#zx) too large",
 801             align, size));
 802
 803         /*
 804          * Round the allocation size up to the next power of 2,
 805          * because we can only guarantee alignment for
 806          * power-of-2-sized allocations.  Further increase the
 807          * allocation size to align if the rounded size is less than
 808          * align, since malloc zones provide alignment equal to their
 809          * size.
 810          */
 811         if (size == 0)
 812                 size = 1;
 813         asize = size <= align ? align : 1UL << flsl(size - 1);
 814
 815         res = malloc_domainset(asize, mtp, ds, flags);
 816         KASSERT(res == NULL || ((uintptr_t)res & (align - 1)) == 0,
 817             ("malloc_domainset_aligned: result not aligned %p size %#zx "
 818             "allocsize %#zx align %#zx", res, size, asize, align));
 819         return (res);
 820 }
 821
 822 void *
 823 mallocarray(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type, int flags)
 824 {
 825
 826         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 827                 panic("mallocarray: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 828
 829         return (malloc(size * nmemb, type, flags));
 830 }
 831
 832 void *
 833 mallocarray_domainset(size_t nmemb, size_t size, struct malloc_type *type,
 834     struct domainset *ds, int flags)
 835 {
 836
 837         if (WOULD_OVERFLOW(nmemb, size))
 838                 panic("mallocarray_domainset: %zu * %zu overflowed", nmemb, size);
 839
 840         return (malloc_domainset(size * nmemb, type, ds, flags));
 841 }
 842
 843 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 844 static void
 845 free_save_type(void *addr, struct malloc_type *mtp, u_long size)
 846 {
 847         struct malloc_type **mtpp = addr;
 848
 849         /*
 850          * Cache a pointer to the malloc_type that most recently freed
 851          * this memory here.  This way we know who is most likely to
 852          * have stepped on it later.
 853          *
 854          * This code assumes that size is a multiple of 8 bytes for
 855          * 64 bit machines
 856          */
 857         mtpp = (struct malloc_type **) ((unsigned long)mtpp & ~UMA_ALIGN_PTR);
 858         mtpp += (size - sizeof(struct malloc_type *)) /
 859             sizeof(struct malloc_type *);
 860         *mtpp = mtp;
 861 }
 862 #endif
 863
 864 #ifdef MALLOC_DEBUG
 865 static int
 866 free_dbg(void **addrp, struct malloc_type *mtp)
 867 {
 868         void *addr;
 869
 870         addr = *addrp;
 871         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION, ("free: bad malloc type version"));
 872         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 873             ("free: called with spinlock or critical section held"));
 874
 875         /* free(NULL, ...) does nothing */
 876         if (addr == NULL)
 877                 return (EJUSTRETURN);
 878
 879 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 880         if (is_memguard_addr(addr)) {
 881                 memguard_free(addr);
 882                 return (EJUSTRETURN);
 883         }
 884 #endif
 885
 886 #ifdef DEBUG_REDZONE
 887         redzone_check(addr);
 888         *addrp = redzone_addr_ntor(addr);
 889 #endif
 890
 891         return (0);
 892 }
 893 #endif
 894
 895 /*
 896  *      free:
 897  *
 898  *      Free a block of memory allocated by malloc.
 899  *
 900  *      This routine may not block.
 901  */
 902 void
 903 free(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 904 {
 905         uma_zone_t zone;
 906         uma_slab_t slab;
 907         u_long size;
 908
 909 #ifdef MALLOC_DEBUG
 910         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 911                 return;
 912 #endif
 913         /* free(NULL, ...) does nothing */
 914         if (addr == NULL)
 915                 return;
 916
 917         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 918         if (slab == NULL)
 919                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 920                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 921
 922         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 923                 size = zone->uz_size;
 924 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 925                 free_save_type(addr, mtp, size);
 926 #endif
 927                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 928         } else {
 929                 size = malloc_large_size(slab);
 930                 free_large(addr, size);
 931         }
 932         malloc_type_freed(mtp, size);
 933 }
 934
 935 /*
 936  *      zfree:
 937  *
 938  *      Zero then free a block of memory allocated by malloc.
 939  *
 940  *      This routine may not block.
 941  */
 942 void
 943 zfree(void *addr, struct malloc_type *mtp)
 944 {
 945         uma_zone_t zone;
 946         uma_slab_t slab;
 947         u_long size;
 948
 949 #ifdef MALLOC_DEBUG
 950         if (free_dbg(&addr, mtp) != 0)
 951                 return;
 952 #endif
 953         /* free(NULL, ...) does nothing */
 954         if (addr == NULL)
 955                 return;
 956
 957         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
 958         if (slab == NULL)
 959                 panic("free: address %p(%p) has not been allocated.\n",
 960                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
 961
 962         if (__predict_true(!malloc_large_slab(slab))) {
 963                 size = zone->uz_size;
 964 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN)
 965                 free_save_type(addr, mtp, size);
 966 #endif
 967                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 968                 explicit_bzero(addr, size);
 969                 uma_zfree_arg(zone, addr, slab);
 970         } else {
 971                 size = malloc_large_size(slab);
 972                 kasan_mark(addr, size, size, 0);
 973                 explicit_bzero(addr, size);
 974                 free_large(addr, size);
 975         }
 976         malloc_type_freed(mtp, size);
 977 }
 978
 979 /*
 980  *      realloc: change the size of a memory block
 981  */
 982 void *
 983 realloc(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
 984 {
 985 #ifndef DEBUG_REDZONE
 986         uma_zone_t zone;
 987         uma_slab_t slab;
 988 #endif
 989         unsigned long alloc;
 990         void *newaddr;
 991
 992         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
 993             ("realloc: bad malloc type version"));
 994         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
 995             ("realloc: called with spinlock or critical section held"));
 996
 997         /* realloc(NULL, ...) is equivalent to malloc(...) */
 998         if (addr == NULL)
 999                 return (malloc(size, mtp, flags));
1000
1001         /*
1002          * XXX: Should report free of old memory and alloc of new memory to
1003          * per-CPU stats.
1004          */
1005
1006 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1007         if (is_memguard_addr(addr))
1008                 return (memguard_realloc(addr, size, mtp, flags));
1009 #endif
1010
1011 #ifdef DEBUG_REDZONE
1012         alloc = redzone_get_size(addr);
1013 #else
1014         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1015
1016         /* Sanity check */
1017         KASSERT(slab != NULL,
1018             ("realloc: address %p out of range", (void *)addr));
1019
1020         /* Get the size of the original block */
1021         if (!malloc_large_slab(slab))
1022                 alloc = zone->uz_size;
1023         else
1024                 alloc = malloc_large_size(slab);
1025
1026         /* Reuse the original block if appropriate */
1027         if (size <= alloc &&
1028             (size > (alloc >> REALLOC_FRACTION) || alloc == MINALLOCSIZE)) {
1029                 kasan_mark((void *)addr, size, alloc, KASAN_MALLOC_REDZONE);
1030                 return (addr);
1031         }
1032 #endif /* !DEBUG_REDZONE */
1033
1034         /* Allocate a new, bigger (or smaller) block */
1035         if ((newaddr = malloc(size, mtp, flags)) == NULL)
1036                 return (NULL);
1037
1038         /*
1039          * Copy over original contents.  For KASAN, the redzone must be marked
1040          * valid before performing the copy.
1041          */
1042         kasan_mark(addr, alloc, alloc, 0);
1043         bcopy(addr, newaddr, min(size, alloc));
1044         free(addr, mtp);
1045         return (newaddr);
1046 }
1047
1048 /*
1049  *      reallocf: same as realloc() but free memory on failure.
1050  */
1051 void *
1052 reallocf(void *addr, size_t size, struct malloc_type *mtp, int flags)
1053 {
1054         void *mem;
1055
1056         if ((mem = realloc(addr, size, mtp, flags)) == NULL)
1057                 free(addr, mtp);
1058         return (mem);
1059 }
1060
1061 /*
1062  *      malloc_size: returns the number of bytes allocated for a request of the
1063  *                   specified size
1064  */
1065 size_t
1066 malloc_size(size_t size)
1067 {
1068         int indx;
1069
1070         if (size > kmem_zmax)
1071                 return (0);
1072         if (size & KMEM_ZMASK)
1073                 size = (size & ~KMEM_ZMASK) + KMEM_ZBASE;
1074         indx = kmemsize[size >> KMEM_ZSHIFT];
1075         return (kmemzones[indx].kz_size);
1076 }
1077
1078 /*
1079  *      malloc_usable_size: returns the usable size of the allocation.
1080  */
1081 size_t
1082 malloc_usable_size(const void *addr)
1083 {
1084 #ifndef DEBUG_REDZONE
1085         uma_zone_t zone;
1086         uma_slab_t slab;
1087 #endif
1088         u_long size;
1089
1090         if (addr == NULL)
1091                 return (0);
1092
1093 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1094         if (is_memguard_addr(__DECONST(void *, addr)))
1095                 return (memguard_get_req_size(addr));
1096 #endif
1097
1098 #ifdef DEBUG_REDZONE
1099         size = redzone_get_size(__DECONST(void *, addr));
1100 #else
1101         vtozoneslab((vm_offset_t)addr & (~UMA_SLAB_MASK), &zone, &slab);
1102         if (slab == NULL)
1103                 panic("malloc_usable_size: address %p(%p) is not allocated.\n",
1104                     addr, (void *)((u_long)addr & (~UMA_SLAB_MASK)));
1105
1106         if (!malloc_large_slab(slab))
1107                 size = zone->uz_size;
1108         else
1109                 size = malloc_large_size(slab);
1110 #endif
1111
1112         /*
1113          * Unmark the redzone to avoid reports from consumers who are
1114          * (presumably) about to use the full allocation size.
1115          */
1116         kasan_mark(addr, size, size, 0);
1117
1118         return (size);
1119 }
1120
1121 CTASSERT(VM_KMEM_SIZE_SCALE >= 1);
1122
1123 /*
1124  * Initialize the kernel memory (kmem) arena.
1125  */
1126 void
1127 kmeminit(void)
1128 {
1129         u_long mem_size;
1130         u_long tmp;
1131
1132 #ifdef VM_KMEM_SIZE
1133         if (vm_kmem_size == 0)
1134                 vm_kmem_size = VM_KMEM_SIZE;
1135 #endif
1136 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MIN
1137         if (vm_kmem_size_min == 0)
1138                 vm_kmem_size_min = VM_KMEM_SIZE_MIN;
1139 #endif
1140 #ifdef VM_KMEM_SIZE_MAX
1141         if (vm_kmem_size_max == 0)
1142                 vm_kmem_size_max = VM_KMEM_SIZE_MAX;
1143 #endif
1144         /*
1145          * Calculate the amount of kernel virtual address (KVA) space that is
1146          * preallocated to the kmem arena.  In order to support a wide range
1147          * of machines, it is a function of the physical memory size,
1148          * specifically,
1149          *
1150          *      min(max(physical memory size / VM_KMEM_SIZE_SCALE,
1151          *          VM_KMEM_SIZE_MIN), VM_KMEM_SIZE_MAX)
1152          *
1153          * Every architecture must define an integral value for
1154          * VM_KMEM_SIZE_SCALE.  However, the definitions of VM_KMEM_SIZE_MIN
1155          * and VM_KMEM_SIZE_MAX, which represent respectively the floor and
1156          * ceiling on this preallocation, are optional.  Typically,
1157          * VM_KMEM_SIZE_MAX is itself a function of the available KVA space on
1158          * a given architecture.
1159          */
1160         mem_size = vm_cnt.v_page_count;
1161         if (mem_size <= 32768) /* delphij XXX 128MB */
1162                 kmem_zmax = PAGE_SIZE;
1163
1164         if (vm_kmem_size_scale < 1)
1165                 vm_kmem_size_scale = VM_KMEM_SIZE_SCALE;
1166
1167         /*
1168          * Check if we should use defaults for the "vm_kmem_size"
1169          * variable:
1170          */
1171         if (vm_kmem_size == 0) {
1172                 vm_kmem_size = mem_size / vm_kmem_size_scale;
1173                 vm_kmem_size = vm_kmem_size * PAGE_SIZE < vm_kmem_size ?
1174                     vm_kmem_size_max : vm_kmem_size * PAGE_SIZE;
1175                 if (vm_kmem_size_min > 0 && vm_kmem_size < vm_kmem_size_min)
1176                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_min;
1177                 if (vm_kmem_size_max > 0 && vm_kmem_size >= vm_kmem_size_max)
1178                         vm_kmem_size = vm_kmem_size_max;
1179         }
1180         if (vm_kmem_size == 0)
1181                 panic("Tune VM_KMEM_SIZE_* for the platform");
1182
1183         /*
1184          * The amount of KVA space that is preallocated to the
1185          * kmem arena can be set statically at compile-time or manually
1186          * through the kernel environment.  However, it is still limited to
1187          * twice the physical memory size, which has been sufficient to handle
1188          * the most severe cases of external fragmentation in the kmem arena.
1189          */
1190         if (vm_kmem_size / 2 / PAGE_SIZE > mem_size)
1191                 vm_kmem_size = 2 * mem_size * PAGE_SIZE;
1192
1193         vm_kmem_size = round_page(vm_kmem_size);
1194
1195         /*
1196          * With KASAN or KMSAN enabled, dynamically allocated kernel memory is
1197          * shadowed.  Account for this when setting the UMA limit.
1198          */
1199 #if defined(KASAN)
1200         vm_kmem_size = (vm_kmem_size * KASAN_SHADOW_SCALE) /
1201             (KASAN_SHADOW_SCALE + 1);
1202 #elif defined(KMSAN)
1203         vm_kmem_size /= 3;
1204 #endif
1205
1206 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1207         tmp = memguard_fudge(vm_kmem_size, kernel_map);
1208 #else
1209         tmp = vm_kmem_size;
1210 #endif
1211         uma_set_limit(tmp);
1212
1213 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
1214         /*
1215          * Initialize MemGuard if support compiled in.  MemGuard is a
1216          * replacement allocator used for detecting tamper-after-free
1217          * scenarios as they occur.  It is only used for debugging.
1218          */
1219         memguard_init(kernel_arena);
1220 #endif
1221 }
1222
1223 /*
1224  * Initialize the kernel memory allocator
1225  */
1226 /* ARGSUSED*/
1227 static void
1228 mallocinit(void *dummy)
1229 {
1230         int i;
1231         uint8_t indx;
1232
1233         mtx_init(&malloc_mtx, "malloc", NULL, MTX_DEF);
1234
1235         kmeminit();
1236
1237         if (kmem_zmax < PAGE_SIZE || kmem_zmax > KMEM_ZMAX)
1238                 kmem_zmax = KMEM_ZMAX;
1239
1240         for (i = 0, indx = 0; kmemzones[indx].kz_size != 0; indx++) {
1241                 int size = kmemzones[indx].kz_size;
1242                 const char *name = kmemzones[indx].kz_name;
1243                 size_t align;
1244                 int subzone;
1245
1246                 align = UMA_ALIGN_PTR;
1247                 if (powerof2(size) && size > sizeof(void *))
1248                         align = MIN(size, PAGE_SIZE) - 1;
1249                 for (subzone = 0; subzone < numzones; subzone++) {
1250                         kmemzones[indx].kz_zone[subzone] =
1251                             uma_zcreate(name, size,
1252 #if defined(INVARIANTS) && !defined(KASAN) && !defined(KMSAN)
1253                             mtrash_ctor, mtrash_dtor, mtrash_init, mtrash_fini,
1254 #else
1255                             NULL, NULL, NULL, NULL,
1256 #endif
1257                             align, UMA_ZONE_MALLOC);
1258                 }
1259                 for (;i <= size; i+= KMEM_ZBASE)
1260                         kmemsize[i >> KMEM_ZSHIFT] = indx;
1261         }
1262 }
1263 SYSINIT(kmem, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_SECOND, mallocinit, NULL);
1264
1265 void
1266 malloc_init(void *data)
1267 {
1268         struct malloc_type_internal *mtip;
1269         struct malloc_type *mtp;
1270
1271         KASSERT(vm_cnt.v_page_count != 0, ("malloc_register before vm_init"));
1272
1273         mtp = data;
1274         if (mtp->ks_version != M_VERSION)
1275                 panic("malloc_init: type %s with unsupported version %lu",
1276                     mtp->ks_shortdesc, mtp->ks_version);
1277
1278         mtip = &mtp->ks_mti;
1279         mtip->mti_stats = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_64, M_WAITOK | M_ZERO);
1280         mtp_set_subzone(mtp);
1281
1282         mtx_lock(&malloc_mtx);
1283         mtp->ks_next = kmemstatistics;
1284         kmemstatistics = mtp;
1285         kmemcount++;
1286         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1287 }
1288
1289 void
1290 malloc_uninit(void *data)
1291 {
1292         struct malloc_type_internal *mtip;
1293         struct malloc_type_stats *mtsp;
1294         struct malloc_type *mtp, *temp;
1295         long temp_allocs, temp_bytes;
1296         int i;
1297
1298         mtp = data;
1299         KASSERT(mtp->ks_version == M_VERSION,
1300             ("malloc_uninit: bad malloc type version"));
1301
1302         mtx_lock(&malloc_mtx);
1303         mtip = &mtp->ks_mti;
1304         if (mtp != kmemstatistics) {
1305                 for (temp = kmemstatistics; temp != NULL;
1306                     temp = temp->ks_next) {
1307                         if (temp->ks_next == mtp) {
1308                                 temp->ks_next = mtp->ks_next;
1309                                 break;
1310                         }
1311                 }
1312                 KASSERT(temp,
1313                     ("malloc_uninit: type '%s' not found", mtp->ks_shortdesc));
1314         } else
1315                 kmemstatistics = mtp->ks_next;
1316         kmemcount--;
1317         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1318
1319         /*
1320          * Look for memory leaks.
1321          */
1322         temp_allocs = temp_bytes = 0;
1323         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1324                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1325                 temp_allocs += mtsp->mts_numallocs;
1326                 temp_allocs -= mtsp->mts_numfrees;
1327                 temp_bytes += mtsp->mts_memalloced;
1328                 temp_bytes -= mtsp->mts_memfreed;
1329         }
1330         if (temp_allocs > 0 || temp_bytes > 0) {
1331                 printf("Warning: memory type %s leaked memory on destroy "
1332                     "(%ld allocations, %ld bytes leaked).\n", mtp->ks_shortdesc,
1333                     temp_allocs, temp_bytes);
1334         }
1335
1336         uma_zfree_pcpu(pcpu_zone_64, mtip->mti_stats);
1337 }
1338
1339 struct malloc_type *
1340 malloc_desc2type(const char *desc)
1341 {
1342         struct malloc_type *mtp;
1343
1344         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1345         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1346                 if (strcmp(mtp->ks_shortdesc, desc) == 0)
1347                         return (mtp);
1348         }
1349         return (NULL);
1350 }
1351
1352 static int
1353 sysctl_kern_malloc_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1354 {
1355         struct malloc_type_stream_header mtsh;
1356         struct malloc_type_internal *mtip;
1357         struct malloc_type_stats *mtsp, zeromts;
1358         struct malloc_type_header mth;
1359         struct malloc_type *mtp;
1360         int error, i;
1361         struct sbuf sbuf;
1362
1363         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
1364         if (error != 0)
1365                 return (error);
1366         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
1367         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
1368         mtx_lock(&malloc_mtx);
1369
1370         bzero(&zeromts, sizeof(zeromts));
1371
1372         /*
1373          * Insert stream header.
1374          */
1375         bzero(&mtsh, sizeof(mtsh));
1376         mtsh.mtsh_version = MALLOC_TYPE_STREAM_VERSION;
1377         mtsh.mtsh_maxcpus = MAXCPU;
1378         mtsh.mtsh_count = kmemcount;
1379         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mtsh, sizeof(mtsh));
1380
1381         /*
1382          * Insert alternating sequence of type headers and type statistics.
1383          */
1384         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1385                 mtip = &mtp->ks_mti;
1386
1387                 /*
1388                  * Insert type header.
1389                  */
1390                 bzero(&mth, sizeof(mth));
1391                 strlcpy(mth.mth_name, mtp->ks_shortdesc, MALLOC_MAX_NAME);
1392                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &mth, sizeof(mth));
1393
1394                 /*
1395                  * Insert type statistics for each CPU.
1396                  */
1397                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1398                         mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1399                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, mtsp, sizeof(*mtsp));
1400                 }
1401                 /*
1402                  * Fill in the missing CPUs.
1403                  */
1404                 for (; i < MAXCPU; i++) {
1405                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &zeromts, sizeof(zeromts));
1406                 }
1407         }
1408         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1409         error = sbuf_finish(&sbuf);
1410         sbuf_delete(&sbuf);
1411         return (error);
1412 }
1413
1414 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, malloc_stats,
1415     CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRUCT | CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0,
1416     sysctl_kern_malloc_stats, "s,malloc_type_ustats",
1417     "Return malloc types");
1418
1419 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, malloc_count, CTLFLAG_RD, &kmemcount, 0,
1420     "Count of kernel malloc types");
1421
1422 void
1423 malloc_type_list(malloc_type_list_func_t *func, void *arg)
1424 {
1425         struct malloc_type *mtp, **bufmtp;
1426         int count, i;
1427         size_t buflen;
1428
1429         mtx_lock(&malloc_mtx);
1430 restart:
1431         mtx_assert(&malloc_mtx, MA_OWNED);
1432         count = kmemcount;
1433         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1434
1435         buflen = sizeof(struct malloc_type *) * count;
1436         bufmtp = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
1437
1438         mtx_lock(&malloc_mtx);
1439
1440         if (count < kmemcount) {
1441                 free(bufmtp, M_TEMP);
1442                 goto restart;
1443         }
1444
1445         for (mtp = kmemstatistics, i = 0; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next, i++)
1446                 bufmtp[i] = mtp;
1447
1448         mtx_unlock(&malloc_mtx);
1449
1450         for (i = 0; i < count; i++)
1451                 (func)(bufmtp[i], arg);
1452
1453         free(bufmtp, M_TEMP);
1454 }
1455
1456 #ifdef DDB
1457 static int64_t
1458 get_malloc_stats(const struct malloc_type_internal *mtip, uint64_t *allocs,
1459     uint64_t *inuse)
1460 {
1461         const struct malloc_type_stats *mtsp;
1462         uint64_t frees, alloced, freed;
1463         int i;
1464
1465         *allocs = 0;
1466         frees = 0;
1467         alloced = 0;
1468         freed = 0;
1469         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
1470                 mtsp = zpcpu_get_cpu(mtip->mti_stats, i);
1471
1472                 *allocs += mtsp->mts_numallocs;
1473                 frees += mtsp->mts_numfrees;
1474                 alloced += mtsp->mts_memalloced;
1475                 freed += mtsp->mts_memfreed;
1476         }
1477         *inuse = *allocs - frees;
1478         return (alloced - freed);
1479 }
1480
1481 DB_SHOW_COMMAND_FLAGS(malloc, db_show_malloc, DB_CMD_MEMSAFE)
1482 {
1483         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
1484         struct malloc_type *mtp;
1485         uint64_t allocs, inuse;
1486         int64_t size;
1487         /* variables for sorting */
1488         struct malloc_type *last_mtype, *cur_mtype;
1489         int64_t cur_size, last_size;
1490         int ties;
1491
1492         if (modif[0] == 'i') {
1493                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s\n";
1494                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jdK,%ju\n";
1495         } else {
1496                 fmt_hdr = "%18s %12s  %12s %12s\n";
1497                 fmt_entry = "%18s %12ju %12jdK %12ju\n";
1498         }
1499
1500         db_printf(fmt_hdr, "Type", "InUse", "MemUse", "Requests");
1501
1502         /* Select sort, largest size first. */
1503         last_mtype = NULL;
1504         last_size = INT64_MAX;
1505         for (;;) {
1506                 cur_mtype = NULL;
1507                 cur_size = -1;
1508                 ties = 0;
1509
1510                 for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1511                         /*
1512                          * In the case of size ties, print out mtypes
1513                          * in the order they are encountered.  That is,
1514                          * when we encounter the most recently output
1515                          * mtype, we have already printed all preceding
1516                          * ties, and we must print all following ties.
1517                          */
1518                         if (mtp == last_mtype) {
1519                                 ties = 1;
1520                                 continue;
1521                         }
1522                         size = get_malloc_stats(&mtp->ks_mti, &allocs,
1523                             &inuse);
1524                         if (size > cur_size && size < last_size + ties) {
1525                                 cur_size = size;
1526                                 cur_mtype = mtp;
1527                         }
1528                 }
1529                 if (cur_mtype == NULL)
1530                         break;
1531
1532                 size = get_malloc_stats(&cur_mtype->ks_mti, &allocs, &inuse);
1533                 db_printf(fmt_entry, cur_mtype->ks_shortdesc, inuse,
1534                     howmany(size, 1024), allocs);
1535
1536                 if (db_pager_quit)
1537                         break;
1538
1539                 last_mtype = cur_mtype;
1540                 last_size = cur_size;
1541         }
1542 }
1543
1544 #if MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1
1545 DB_SHOW_COMMAND(multizone_matches, db_show_multizone_matches)
1546 {
1547         struct malloc_type_internal *mtip;
1548         struct malloc_type *mtp;
1549         u_int subzone;
1550
1551         if (!have_addr) {
1552                 db_printf("Usage: show multizone_matches <malloc type/addr>\n");
1553                 return;
1554         }
1555         mtp = (void *)addr;
1556         if (mtp->ks_version != M_VERSION) {
1557                 db_printf("Version %lx does not match expected %x\n",
1558                     mtp->ks_version, M_VERSION);
1559                 return;
1560         }
1561
1562         mtip = &mtp->ks_mti;
1563         subzone = mtip->mti_zone;
1564
1565         for (mtp = kmemstatistics; mtp != NULL; mtp = mtp->ks_next) {
1566                 mtip = &mtp->ks_mti;
1567                 if (mtip->mti_zone != subzone)
1568                         continue;
1569                 db_printf("%s\n", mtp->ks_shortdesc);
1570                 if (db_pager_quit)
1571                         break;
1572         }
1573 }
1574 #endif /* MALLOC_DEBUG_MAXZONES > 1 */
1575 #endif /* DDB */