]> git.saurik.com Git - apple/xnu.git/blobdiff - osfmk/kern/kalloc.h
xnu-7195.50.7.100.1.tar.gz
[apple/xnu.git] / osfmk / kern / kalloc.h
index 3c6f5804bb72dfc7015a138dde9b05d272d3a319..f4fe20e332b481f92a5114837992f8efbbc4461b 100644 (file)
@@ -1,8 +1,8 @@
 /*
- * Copyright (c) 2000-2005 Apple Computer, Inc. All rights reserved.
+ * Copyright (c) 2000-2020 Apple Computer, Inc. All rights reserved.
  *
  * @APPLE_OSREFERENCE_LICENSE_HEADER_START@
- * 
+ *
  * This file contains Original Code and/or Modifications of Original Code
  * as defined in and that are subject to the Apple Public Source License
  * Version 2.0 (the 'License'). You may not use this file except in
  * unlawful or unlicensed copies of an Apple operating system, or to
  * circumvent, violate, or enable the circumvention or violation of, any
  * terms of an Apple operating system software license agreement.
- * 
+ *
  * Please obtain a copy of the License at
  * http://www.opensource.apple.com/apsl/ and read it before using this file.
- * 
+ *
  * The Original Code and all software distributed under the License are
  * distributed on an 'AS IS' basis, WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER
  * EXPRESS OR IMPLIED, AND APPLE HEREBY DISCLAIMS ALL SUCH WARRANTIES,
  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, QUIET ENJOYMENT OR NON-INFRINGEMENT.
  * Please see the License for the specific language governing rights and
  * limitations under the License.
- * 
+ *
  * @APPLE_OSREFERENCE_LICENSE_HEADER_END@
  */
 /*
  * @OSF_COPYRIGHT@
  */
-/* 
+/*
  * Mach Operating System
  * Copyright (c) 1991,1990,1989,1988,1987 Carnegie Mellon University
  * All Rights Reserved.
- * 
+ *
  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its
  * documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
- * 
+ *
  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND FOR
  * ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
- * 
+ *
  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
- * 
+ *
  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  *  School of Computer Science
  *  Carnegie Mellon University
  *  Pittsburgh PA 15213-3890
- * 
+ *
  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie Mellon
  * the rights to redistribute these changes.
  */
 
-#ifdef KERNEL_PRIVATE
+#ifdef  KERNEL_PRIVATE
 
-#ifndef        _KERN_KALLOC_H_
+#ifndef _KERN_KALLOC_H_
 #define _KERN_KALLOC_H_
 
 #include <mach/machine/vm_types.h>
 #include <mach/boolean.h>
-#include <sys/cdefs.h>
 #include <mach/vm_types.h>
+#include <kern/zalloc.h>
 
 __BEGIN_DECLS
 
 #if XNU_KERNEL_PRIVATE
 
-extern void *
-kalloc_canblock(
-               vm_size_t                * size,
-               boolean_t              canblock,
-               vm_allocation_site_t * site);
-
-extern vm_size_t
-kalloc_size(
-               void                             * addr);
+/*!
+ * @typedef kalloc_heap_t
+ *
+ * @abstract
+ * A kalloc heap view represents a sub-accounting context
+ * for a given kalloc heap.
+ */
+typedef struct kalloc_heap {
+       struct kheap_zones *kh_zones;
+       zone_stats_t        kh_stats;
+       const char         *kh_name;
+       struct kalloc_heap *kh_next;
+       zone_kheap_id_t     kh_heap_id;
+} *kalloc_heap_t;
+
+/*!
+ * @macro KALLOC_HEAP_DECLARE
+ *
+ * @abstract
+ * (optionally) declare a kalloc heap view in a header.
+ *
+ * @discussion
+ * Unlike kernel zones, new full blown heaps cannot be instantiated.
+ * However new accounting views of the base heaps can be made.
+ */
+#define KALLOC_HEAP_DECLARE(var) \
+       extern struct kalloc_heap var[1]
 
-extern vm_size_t
-kfree_addr(
-               void                             * addr);
+/**
+ * @const KHEAP_ANY
+ *
+ * @brief
+ * A value that represents either the default or kext heap for codepaths that
+ * need to allow @c kheap_free() to either one.
+ *
+ * @discussion
+ * When the memory provenance is not known, this value can be used to free
+ * memory indiscriminately.
+ *
+ * Note: code using this constant can likely be used as a gadget to free
+ * arbitrary memory and its use is strongly discouraged.
+ */
+#define KHEAP_ANY  ((struct kalloc_heap *)NULL)
 
-extern vm_size_t
-kalloc_bucket_size(
-               vm_size_t                          size);
+/**
+ * @const KHEAP_DATA_BUFFERS
+ *
+ * @brief
+ * The builtin heap for bags of pure bytes.
+ *
+ * @discussion
+ * This set of kalloc zones should contain pure bags of bytes with no pointers
+ * or length/offset fields.
+ *
+ * The zones forming the heap aren't sequestered from each other, however the
+ * entire heap lives in a different submap from any other kernel allocation.
+ *
+ * The main motivation behind this separation is due to the fact that a lot of
+ * these objects have been used by attackers to spray the heap to make it more
+ * predictable while exploiting use-after-frees or overflows.
+ *
+ * Common attributes that make these objects useful for spraying includes
+ * control of:
+ * - Data in allocation
+ * - Time of alloc and free (lifetime)
+ * - Size of allocation
+ */
+KALLOC_HEAP_DECLARE(KHEAP_DATA_BUFFERS);
 
-#define kalloc(size)                                \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                  \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, TRUE, &site); })
+/**
+ * @const KHEAP_KEXT
+ *
+ * @brief
+ * The builtin heap for allocations made by kexts.
+ *
+ * @discussion
+ * This set of kalloc zones should contain allocations from kexts and the
+ * individual zones in this heap are sequestered.
+ */
+KALLOC_HEAP_DECLARE(KHEAP_KEXT);
 
-#define kalloc_tag(size, itag)                      \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, (itag));             \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, TRUE, &site); })
+/**
+ * @const KHEAP_DEFAULT
+ *
+ * @brief
+ * The builtin default core kernel kalloc heap.
+ *
+ * @discussion
+ * This set of kalloc zones should contain other objects that don't have their
+ * own security mitigations. The individual zones are themselves sequestered.
+ */
+KALLOC_HEAP_DECLARE(KHEAP_DEFAULT);
 
-#define kalloc_tag_bt(size, itag)                   \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));     \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, TRUE, &site); })
+/**
+ * @const KHEAP_TEMP
+ *
+ * @brief
+ * A heap that represents allocations that are always done in "scope" of
+ * a thread.
+ *
+ * @discussion
+ * Allocations in this heap must be allocated and freed "in scope", which means:
+ * - the thread that did the allocation will be the one doing the free,
+ * - allocations will be freed by the time the thread returns to userspace.
+ *
+ * This is an alias on the @c KHEAP_DEFAULT heap with added checks.
+ */
+KALLOC_HEAP_DECLARE(KHEAP_TEMP);
 
-#define kalloc_noblock(size)                        \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                  \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, FALSE, &site); })
+/*!
+ * @macro KALLOC_HEAP_DEFINE
+ *
+ * @abstract
+ * Defines a given kalloc heap view and what it points to.
+ *
+ * @discussion
+ * Kalloc heaps are views over one of the pre-defined builtin heaps
+ * (such as @c KHEAP_DATA_BUFFERS or @c KHEAP_DEFAULT). Instantiating
+ * a new one allows for accounting of allocations through this view.
+ *
+ * Kalloc heap views are initialized during the @c STARTUP_SUB_ZALLOC phase,
+ * as the last rank. If views on zones are created, these must have been
+ * created before this stage.
+ *
+ * @param var           the name for the zone view.
+ * @param name          a string describing the zone view.
+ * @param heap_id       a @c KHEAP_ID_* constant.
+ */
+#define KALLOC_HEAP_DEFINE(var, name, heap_id) \
+       SECURITY_READ_ONLY_LATE(struct kalloc_heap) var[1] = { { \
+           .kh_name = name, \
+           .kh_heap_id = heap_id, \
+       } }; \
+       STARTUP_ARG(ZALLOC, STARTUP_RANK_LAST, kheap_startup_init, var)
 
-#define kalloc_noblock_tag(size, itag)              \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, (itag));             \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, FALSE, &site); })
+#define kalloc(size) \
+       kheap_alloc(KHEAP_DEFAULT, size, Z_WAITOK)
 
-#define kalloc_noblock_tag_bt(size, itag)           \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));     \
-       vm_size_t tsize = (size);                       \
-       kalloc_canblock(&tsize, FALSE, &site); })
+#define kalloc_flags(size, flags) \
+       kheap_alloc(KHEAP_DEFAULT, size, flags)
 
+#define kalloc_tag(size, itag) \
+       kheap_alloc_tag(KHEAP_DEFAULT, size, Z_WAITOK, itag)
 
-/* these versions update the size reference with the actual size allocated */
+#define kalloc_tag_bt(size, itag) \
+       kheap_alloc_tag_bt(KHEAP_DEFAULT, size, Z_WAITOK, itag)
 
-#define kallocp(size)                               \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                  \
-       kalloc_canblock((size), TRUE, &site); })
+#define krealloc(elem, old_size, new_size, flags) \
+       kheap_realloc(KHEAP_DEFAULT, elem, old_size, new_size, flags)
 
-#define kallocp_tag(size, itag)                     \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, (itag));             \
-       kalloc_canblock((size), TRUE, &site); })
+/*
+ * These versions allow specifying the kalloc heap to allocate memory
+ * from
+ */
+#define kheap_alloc(kalloc_heap, size, flags)                           \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                                  \
+       kalloc_ext(kalloc_heap, size, flags, &site).addr; })
 
-#define kallocp_tag_bt(size, itag)                  \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));     \
-       kalloc_canblock((size), TRUE, &site); })
+#define kheap_alloc_tag(kalloc_heap, size, flags, itag)                 \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, (itag));                             \
+       kalloc_ext(kalloc_heap, size, flags, &site).addr; })
 
-#define kallocp_noblock(size)                       \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                  \
-       kalloc_canblock((size), FALSE, &site); })
+#define kheap_alloc_tag_bt(kalloc_heap, size, flags, itag)              \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));                     \
+       kalloc_ext(kalloc_heap, size, flags, &site).addr; })
 
-#define kallocp_noblock_tag_bt(size, itag)          \
-       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));     \
-       kalloc_canblock((size), FALSE, &site); })
+#define kheap_realloc(kalloc_heap, elem, old_size, new_size, flags)     \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                                  \
+       krealloc_ext(kalloc_heap, elem, old_size, new_size, flags, &site).addr; })
 
+extern void
+kfree(
+       void         *data,
+       vm_size_t     size);
 
+extern void
+kheap_free(
+       kalloc_heap_t heap,
+       void         *data,
+       vm_size_t     size);
 
-extern void kfree(void         *data,
-                 vm_size_t     size);
+__abortlike
+extern void
+kheap_temp_leak_panic(thread_t self);
 
 #else /* XNU_KERNEL_PRIVATE */
 
-extern void *kalloc(vm_size_t  size) __attribute__((alloc_size(1)));
-
-extern void *kalloc_noblock(vm_size_t  size) __attribute__((alloc_size(1)));
+extern void *kalloc(vm_size_t size) __attribute__((alloc_size(1)));
 
-extern void kfree(void         *data,
-                 vm_size_t     size);
+extern void  kfree(void *data, vm_size_t size);
 
 #endif /* !XNU_KERNEL_PRIVATE */
+#pragma mark implementation details
+#if XNU_KERNEL_PRIVATE
+#pragma GCC visibility push(hidden)
 
-__END_DECLS
+/* Used by kern_os_* and operator new */
+KALLOC_HEAP_DECLARE(KERN_OS_MALLOC);
+
+extern void kheap_startup_init(
+       kalloc_heap_t heap);
+
+
+/*
+ * This type is used so that kalloc_internal has good calling conventions
+ * for callers who want to cheaply both know the allocated address
+ * and the actual size of the allocation.
+ */
+struct kalloc_result {
+       void     *addr;
+       vm_size_t size;
+};
+
+extern struct kalloc_result
+kalloc_ext(
+       kalloc_heap_t           kheap,
+       vm_size_t               size,
+       zalloc_flags_t          flags,
+       vm_allocation_site_t   *site);
+
+extern struct kalloc_result
+krealloc_ext(
+       kalloc_heap_t           kheap,
+       void                   *addr,
+       vm_size_t               old_size,
+       vm_size_t               new_size,
+       zalloc_flags_t          flags,
+       vm_allocation_site_t   *site);
+
+extern struct kalloc_result
+kheap_realloc_addr(
+       kalloc_heap_t           kheap,
+       void                   *addr,
+       vm_size_t               new_size,
+       zalloc_flags_t          flags,
+       vm_allocation_site_t   *site);
+
+
+/* these versions update the size reference with the actual size allocated */
+
+static inline void *
+kallocp_ext(
+       kalloc_heap_t           kheap,
+       vm_size_t              *size,
+       zalloc_flags_t          flags,
+       vm_allocation_site_t   *site)
+{
+       struct kalloc_result kar = kalloc_ext(kheap, *size, flags, site);
+       *size = kar.size;
+       return kar.addr;
+}
+
+#define kallocp(sizep)                                  \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, 0);                  \
+       kallocp_ext(KHEAP_DEFAULT, sizep, Z_WAITOK, &site); })
+
+#define kallocp_tag(sizep, itag)                        \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(0, (itag));             \
+       kallocp_ext(KHEAP_DEFAULT, sizep, Z_WAITOK, &site); })
+
+#define kallocp_tag_bt(sizep, itag)                     \
+       ({ VM_ALLOC_SITE_STATIC(VM_TAG_BT, (itag));     \
+       kallocp_ext(KHEAP_DEFAULT, sizep, Z_WAITOK, &site); })
 
-#ifdef MACH_KERNEL_PRIVATE
+extern vm_size_t
+kalloc_size(
+       void                 *addr);
 
-extern void            kalloc_init(void);
+extern void
+kheap_free_addr(
+       kalloc_heap_t         heap,
+       void                 *addr);
 
-extern void            kalloc_fake_zone_init( int );
+extern vm_size_t
+kalloc_bucket_size(
+       vm_size_t             size);
 
-extern void            kalloc_fake_zone_info(
-                               int             *count,
-                               vm_size_t       *cur_size,
-                               vm_size_t       *max_size,
-                               vm_size_t       *elem_size,
-                               vm_size_t       *alloc_size,
-                               uint64_t        *sum_size,
-                               int             *collectable,
-                               int             *exhaustable,
-                               int             *caller_acct);
+/*
+ * These macros set "elem" to NULL on free.
+ *
+ * Note: all values passed to k*free() might be in the element to be freed,
+ *       temporaries must be taken, and the resetting to be done prior to free.
+ */
+#define kfree(elem, size) ({ \
+       _Static_assert(sizeof(elem) == sizeof(void *), "elem isn't pointer sized"); \
+       __auto_type __kfree_eptr = &(elem); \
+       __auto_type __kfree_elem = *__kfree_eptr; \
+       __auto_type __kfree_size = (size); \
+       *__kfree_eptr = (__typeof__(__kfree_elem))NULL; \
+       (kfree)((void *)__kfree_elem, __kfree_size); \
+})
+
+#define kheap_free(heap, elem, size) ({ \
+       _Static_assert(sizeof(elem) == sizeof(void *), "elem isn't pointer sized"); \
+       __auto_type __kfree_heap = (heap); \
+       __auto_type __kfree_eptr = &(elem); \
+       __auto_type __kfree_elem = *__kfree_eptr; \
+       __auto_type __kfree_size = (size); \
+       *__kfree_eptr = (__typeof__(__kfree_elem))NULL; \
+       (kheap_free)(__kfree_heap, (void *)__kfree_elem, __kfree_size); \
+})
+
+#define kheap_free_addr(heap, elem) ({ \
+       _Static_assert(sizeof(elem) == sizeof(void *), "elem isn't pointer sized"); \
+       __auto_type __kfree_heap = (heap); \
+       __auto_type __kfree_eptr = &(elem); \
+       __auto_type __kfree_elem = *__kfree_eptr; \
+       *__kfree_eptr = (__typeof__(__kfree_elem))NULL; \
+       (kheap_free_addr)(__kfree_heap, (void *)__kfree_elem); \
+})
+
+extern zone_t
+kalloc_heap_zone_for_size(
+       kalloc_heap_t             heap,
+       vm_size_t           size);
 
 extern vm_size_t kalloc_max_prerounded;
 extern vm_size_t kalloc_large_total;
 
-#endif /* MACH_KERNEL_PRIVATE */
+extern void
+kern_os_kfree(
+       void *addr,
+       vm_size_t size);
+
+#pragma GCC visibility pop
+#endif  /* XNU_KERNEL_PRIVATE */
+
+extern void
+kern_os_zfree(
+       zone_t zone,
+       void *addr,
+       vm_size_t size);
+
+__END_DECLS
 
-#endif /* _KERN_KALLOC_H_ */
+#endif  /* _KERN_KALLOC_H_ */
 
-#endif /* KERNEL_PRIVATE */
+#endif  /* KERNEL_PRIVATE */