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