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