drivers/tty/tty_buffer.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Tty buffer allocation management
   4  */
   5
   6 #include <linux/types.h>
   7 #include <linux/errno.h>
   8 #include <linux/tty.h>
   9 #include <linux/tty_driver.h>
  10 #include <linux/tty_flip.h>
  11 #include <linux/timer.h>
  12 #include <linux/string.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/sched.h>
  15 #include <linux/wait.h>
  16 #include <linux/bitops.h>
  17 #include <linux/delay.h>
  18 #include <linux/module.h>
  19 #include <linux/ratelimit.h>
  20 #include "tty.h"
  21
  22 #define MIN_TTYB_SIZE   256
  23 #define TTYB_ALIGN_MASK 255
  24
  25 /*
  26  * Byte threshold to limit memory consumption for flip buffers.
  27  * The actual memory limit is > 2x this amount.
  28  */
  29 #define TTYB_DEFAULT_MEM_LIMIT  (640 * 1024UL)
  30
  31 /*
  32  * We default to dicing tty buffer allocations to this many characters
  33  * in order to avoid multiple page allocations. We know the size of
  34  * tty_buffer itself but it must also be taken into account that the
  35  * buffer is 256 byte aligned. See tty_buffer_find for the allocation
  36  * logic this must match.
  37  */
  38
  39 #define TTY_BUFFER_PAGE (((PAGE_SIZE - sizeof(struct tty_buffer)) / 2) & ~0xFF)
  40
  41 /**
  42  *      tty_buffer_lock_exclusive       -       gain exclusive access to buffer
  43  *      tty_buffer_unlock_exclusive     -       release exclusive access
  44  *
  45  *      @port: tty port owning the flip buffer
  46  *
  47  *      Guarantees safe use of the line discipline's receive_buf() method by
  48  *      excluding the buffer work and any pending flush from using the flip
  49  *      buffer. Data can continue to be added concurrently to the flip buffer
  50  *      from the driver side.
  51  *
  52  *      On release, the buffer work is restarted if there is data in the
  53  *      flip buffer
  54  */
  55
  56 void tty_buffer_lock_exclusive(struct tty_port *port)
  57 {
  58         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
  59
  60         atomic_inc(&buf->priority);
  61         mutex_lock(&buf->lock);
  62 }
  63 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_lock_exclusive);
  64
  65 void tty_buffer_unlock_exclusive(struct tty_port *port)
  66 {
  67         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
  68         int restart;
  69
  70         restart = buf->head->commit != buf->head->read;
  71
  72         atomic_dec(&buf->priority);
  73         mutex_unlock(&buf->lock);
  74         if (restart)
  75                 queue_work(system_unbound_wq, &buf->work);
  76 }
  77 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_unlock_exclusive);
  78
  79 /**
  80  *      tty_buffer_space_avail  -       return unused buffer space
  81  *      @port: tty port owning the flip buffer
  82  *
  83  *      Returns the # of bytes which can be written by the driver without
  84  *      reaching the buffer limit.
  85  *
  86  *      Note: this does not guarantee that memory is available to write
  87  *      the returned # of bytes (use tty_prepare_flip_string_xxx() to
  88  *      pre-allocate if memory guarantee is required).
  89  */
  90
  91 unsigned int tty_buffer_space_avail(struct tty_port *port)
  92 {
  93         int space = port->buf.mem_limit - atomic_read(&port->buf.mem_used);
  94
  95         return max(space, 0);
  96 }
  97 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_space_avail);
  98
  99 static void tty_buffer_reset(struct tty_buffer *p, size_t size)
 100 {
 101         p->used = 0;
 102         p->size = size;
 103         p->next = NULL;
 104         p->commit = 0;
 105         p->read = 0;
 106         p->flags = 0;
 107 }
 108
 109 /**
 110  *      tty_buffer_free_all             -       free buffers used by a tty
 111  *      @port: tty port to free from
 112  *
 113  *      Remove all the buffers pending on a tty whether queued with data
 114  *      or in the free ring. Must be called when the tty is no longer in use
 115  */
 116
 117 void tty_buffer_free_all(struct tty_port *port)
 118 {
 119         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 120         struct tty_buffer *p, *next;
 121         struct llist_node *llist;
 122         unsigned int freed = 0;
 123         int still_used;
 124
 125         while ((p = buf->head) != NULL) {
 126                 buf->head = p->next;
 127                 freed += p->size;
 128                 if (p->size > 0)
 129                         kfree(p);
 130         }
 131         llist = llist_del_all(&buf->free);
 132         llist_for_each_entry_safe(p, next, llist, free)
 133                 kfree(p);
 134
 135         tty_buffer_reset(&buf->sentinel, 0);
 136         buf->head = &buf->sentinel;
 137         buf->tail = &buf->sentinel;
 138
 139         still_used = atomic_xchg(&buf->mem_used, 0);
 140         WARN(still_used != freed, "we still have not freed %d bytes!",
 141                         still_used - freed);
 142 }
 143
 144 /**
 145  *      tty_buffer_alloc        -       allocate a tty buffer
 146  *      @port: tty port
 147  *      @size: desired size (characters)
 148  *
 149  *      Allocate a new tty buffer to hold the desired number of characters.
 150  *      We round our buffers off in 256 character chunks to get better
 151  *      allocation behaviour.
 152  *      Return NULL if out of memory or the allocation would exceed the
 153  *      per device queue
 154  */
 155
 156 static struct tty_buffer *tty_buffer_alloc(struct tty_port *port, size_t size)
 157 {
 158         struct llist_node *free;
 159         struct tty_buffer *p;
 160
 161         /* Round the buffer size out */
 162         size = __ALIGN_MASK(size, TTYB_ALIGN_MASK);
 163
 164         if (size <= MIN_TTYB_SIZE) {
 165                 free = llist_del_first(&port->buf.free);
 166                 if (free) {
 167                         p = llist_entry(free, struct tty_buffer, free);
 168                         goto found;
 169                 }
 170         }
 171
 172         /* Should possibly check if this fails for the largest buffer we
 173          * have queued and recycle that ?
 174          */
 175         if (atomic_read(&port->buf.mem_used) > port->buf.mem_limit)
 176                 return NULL;
 177         p = kmalloc(sizeof(struct tty_buffer) + 2 * size,
 178                     GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
 179         if (p == NULL)
 180                 return NULL;
 181
 182 found:
 183         tty_buffer_reset(p, size);
 184         atomic_add(size, &port->buf.mem_used);
 185         return p;
 186 }
 187
 188 /**
 189  *      tty_buffer_free         -       free a tty buffer
 190  *      @port: tty port owning the buffer
 191  *      @b: the buffer to free
 192  *
 193  *      Free a tty buffer, or add it to the free list according to our
 194  *      internal strategy
 195  */
 196
 197 static void tty_buffer_free(struct tty_port *port, struct tty_buffer *b)
 198 {
 199         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 200
 201         /* Dumb strategy for now - should keep some stats */
 202         WARN_ON(atomic_sub_return(b->size, &buf->mem_used) < 0);
 203
 204         if (b->size > MIN_TTYB_SIZE)
 205                 kfree(b);
 206         else if (b->size > 0)
 207                 llist_add(&b->free, &buf->free);
 208 }
 209
 210 /**
 211  *      tty_buffer_flush                -       flush full tty buffers
 212  *      @tty: tty to flush
 213  *      @ld:  optional ldisc ptr (must be referenced)
 214  *
 215  *      flush all the buffers containing receive data. If ld != NULL,
 216  *      flush the ldisc input buffer.
 217  *
 218  *      Locking: takes buffer lock to ensure single-threaded flip buffer
 219  *               'consumer'
 220  */
 221
 222 void tty_buffer_flush(struct tty_struct *tty, struct tty_ldisc *ld)
 223 {
 224         struct tty_port *port = tty->port;
 225         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 226         struct tty_buffer *next;
 227
 228         atomic_inc(&buf->priority);
 229
 230         mutex_lock(&buf->lock);
 231         /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room; ensures there are
 232          * no pending memory accesses to the freed buffer
 233          */
 234         while ((next = smp_load_acquire(&buf->head->next)) != NULL) {
 235                 tty_buffer_free(port, buf->head);
 236                 buf->head = next;
 237         }
 238         buf->head->read = buf->head->commit;
 239
 240         if (ld && ld->ops->flush_buffer)
 241                 ld->ops->flush_buffer(tty);
 242
 243         atomic_dec(&buf->priority);
 244         mutex_unlock(&buf->lock);
 245 }
 246
 247 /**
 248  *      __tty_buffer_request_room               -       grow tty buffer if needed
 249  *      @port: tty port
 250  *      @size: size desired
 251  *      @flags: buffer flags if new buffer allocated (default = 0)
 252  *
 253  *      Make at least size bytes of linear space available for the tty
 254  *      buffer. If we fail return the size we managed to find.
 255  *
 256  *      Will change over to a new buffer if the current buffer is encoded as
 257  *      TTY_NORMAL (so has no flags buffer) and the new buffer requires
 258  *      a flags buffer.
 259  */
 260 static int __tty_buffer_request_room(struct tty_port *port, size_t size,
 261                                      int flags)
 262 {
 263         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 264         struct tty_buffer *b, *n;
 265         int left, change;
 266
 267         b = buf->tail;
 268         if (b->flags & TTYB_NORMAL)
 269                 left = 2 * b->size - b->used;
 270         else
 271                 left = b->size - b->used;
 272
 273         change = (b->flags & TTYB_NORMAL) && (~flags & TTYB_NORMAL);
 274         if (change || left < size) {
 275                 /* This is the slow path - looking for new buffers to use */
 276                 n = tty_buffer_alloc(port, size);
 277                 if (n != NULL) {
 278                         n->flags = flags;
 279                         buf->tail = n;
 280                         /* paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures
 281                          * flush_to_ldisc() sees buffer data.
 282                          */
 283                         smp_store_release(&b->commit, b->used);
 284                         /* paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures the
 285                          * latest commit value can be read before the head is
 286                          * advanced to the next buffer
 287                          */
 288                         smp_store_release(&b->next, n);
 289                 } else if (change)
 290                         size = 0;
 291                 else
 292                         size = left;
 293         }
 294         return size;
 295 }
 296
 297 int tty_buffer_request_room(struct tty_port *port, size_t size)
 298 {
 299         return __tty_buffer_request_room(port, size, 0);
 300 }
 301 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_request_room);
 302
 303 /**
 304  *      tty_insert_flip_string_fixed_flag - Add characters to the tty buffer
 305  *      @port: tty port
 306  *      @chars: characters
 307  *      @flag: flag value for each character
 308  *      @size: size
 309  *
 310  *      Queue a series of bytes to the tty buffering. All the characters
 311  *      passed are marked with the supplied flag. Returns the number added.
 312  */
 313
 314 int tty_insert_flip_string_fixed_flag(struct tty_port *port,
 315                 const unsigned char *chars, char flag, size_t size)
 316 {
 317         int copied = 0;
 318
 319         do {
 320                 int goal = min_t(size_t, size - copied, TTY_BUFFER_PAGE);
 321                 int flags = (flag == TTY_NORMAL) ? TTYB_NORMAL : 0;
 322                 int space = __tty_buffer_request_room(port, goal, flags);
 323                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 324
 325                 if (unlikely(space == 0))
 326                         break;
 327                 memcpy(char_buf_ptr(tb, tb->used), chars, space);
 328                 if (~tb->flags & TTYB_NORMAL)
 329                         memset(flag_buf_ptr(tb, tb->used), flag, space);
 330                 tb->used += space;
 331                 copied += space;
 332                 chars += space;
 333                 /* There is a small chance that we need to split the data over
 334                  * several buffers. If this is the case we must loop.
 335                  */
 336         } while (unlikely(size > copied));
 337         return copied;
 338 }
 339 EXPORT_SYMBOL(tty_insert_flip_string_fixed_flag);
 340
 341 /**
 342  *      tty_insert_flip_string_flags    -       Add characters to the tty buffer
 343  *      @port: tty port
 344  *      @chars: characters
 345  *      @flags: flag bytes
 346  *      @size: size
 347  *
 348  *      Queue a series of bytes to the tty buffering. For each character
 349  *      the flags array indicates the status of the character. Returns the
 350  *      number added.
 351  */
 352
 353 int tty_insert_flip_string_flags(struct tty_port *port,
 354                 const unsigned char *chars, const char *flags, size_t size)
 355 {
 356         int copied = 0;
 357
 358         do {
 359                 int goal = min_t(size_t, size - copied, TTY_BUFFER_PAGE);
 360                 int space = tty_buffer_request_room(port, goal);
 361                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 362
 363                 if (unlikely(space == 0))
 364                         break;
 365                 memcpy(char_buf_ptr(tb, tb->used), chars, space);
 366                 memcpy(flag_buf_ptr(tb, tb->used), flags, space);
 367                 tb->used += space;
 368                 copied += space;
 369                 chars += space;
 370                 flags += space;
 371                 /* There is a small chance that we need to split the data over
 372                  * several buffers. If this is the case we must loop.
 373                  */
 374         } while (unlikely(size > copied));
 375         return copied;
 376 }
 377 EXPORT_SYMBOL(tty_insert_flip_string_flags);
 378
 379 /**
 380  *      __tty_insert_flip_char   -      Add one character to the tty buffer
 381  *      @port: tty port
 382  *      @ch: character
 383  *      @flag: flag byte
 384  *
 385  *      Queue a single byte to the tty buffering, with an optional flag.
 386  *      This is the slow path of tty_insert_flip_char.
 387  */
 388 int __tty_insert_flip_char(struct tty_port *port, unsigned char ch, char flag)
 389 {
 390         struct tty_buffer *tb;
 391         int flags = (flag == TTY_NORMAL) ? TTYB_NORMAL : 0;
 392
 393         if (!__tty_buffer_request_room(port, 1, flags))
 394                 return 0;
 395
 396         tb = port->buf.tail;
 397         if (~tb->flags & TTYB_NORMAL)
 398                 *flag_buf_ptr(tb, tb->used) = flag;
 399         *char_buf_ptr(tb, tb->used++) = ch;
 400
 401         return 1;
 402 }
 403 EXPORT_SYMBOL(__tty_insert_flip_char);
 404
 405 /**
 406  *      tty_prepare_flip_string         -       make room for characters
 407  *      @port: tty port
 408  *      @chars: return pointer for character write area
 409  *      @size: desired size
 410  *
 411  *      Prepare a block of space in the buffer for data. Returns the length
 412  *      available and buffer pointer to the space which is now allocated and
 413  *      accounted for as ready for normal characters. This is used for drivers
 414  *      that need their own block copy routines into the buffer. There is no
 415  *      guarantee the buffer is a DMA target!
 416  */
 417
 418 int tty_prepare_flip_string(struct tty_port *port, unsigned char **chars,
 419                 size_t size)
 420 {
 421         int space = __tty_buffer_request_room(port, size, TTYB_NORMAL);
 422
 423         if (likely(space)) {
 424                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 425
 426                 *chars = char_buf_ptr(tb, tb->used);
 427                 if (~tb->flags & TTYB_NORMAL)
 428                         memset(flag_buf_ptr(tb, tb->used), TTY_NORMAL, space);
 429                 tb->used += space;
 430         }
 431         return space;
 432 }
 433 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_prepare_flip_string);
 434
 435 /**
 436  *      tty_ldisc_receive_buf           -       forward data to line discipline
 437  *      @ld:    line discipline to process input
 438  *      @p:     char buffer
 439  *      @f:     TTY_* flags buffer
 440  *      @count: number of bytes to process
 441  *
 442  *      Callers other than flush_to_ldisc() need to exclude the kworker
 443  *      from concurrent use of the line discipline, see paste_selection().
 444  *
 445  *      Returns the number of bytes processed
 446  */
 447 int tty_ldisc_receive_buf(struct tty_ldisc *ld, const unsigned char *p,
 448                           const char *f, int count)
 449 {
 450         if (ld->ops->receive_buf2)
 451                 count = ld->ops->receive_buf2(ld->tty, p, f, count);
 452         else {
 453                 count = min_t(int, count, ld->tty->receive_room);
 454                 if (count && ld->ops->receive_buf)
 455                         ld->ops->receive_buf(ld->tty, p, f, count);
 456         }
 457         return count;
 458 }
 459 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_ldisc_receive_buf);
 460
 461 static int
 462 receive_buf(struct tty_port *port, struct tty_buffer *head, int count)
 463 {
 464         unsigned char *p = char_buf_ptr(head, head->read);
 465         const char *f = NULL;
 466         int n;
 467
 468         if (~head->flags & TTYB_NORMAL)
 469                 f = flag_buf_ptr(head, head->read);
 470
 471         n = port->client_ops->receive_buf(port, p, f, count);
 472         if (n > 0)
 473                 memset(p, 0, n);
 474         return n;
 475 }
 476
 477 /**
 478  *      flush_to_ldisc
 479  *      @work: tty structure passed from work queue.
 480  *
 481  *      This routine is called out of the software interrupt to flush data
 482  *      from the buffer chain to the line discipline.
 483  *
 484  *      The receive_buf method is single threaded for each tty instance.
 485  *
 486  *      Locking: takes buffer lock to ensure single-threaded flip buffer
 487  *               'consumer'
 488  */
 489
 490 static void flush_to_ldisc(struct work_struct *work)
 491 {
 492         struct tty_port *port = container_of(work, struct tty_port, buf.work);
 493         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 494
 495         mutex_lock(&buf->lock);
 496
 497         while (1) {
 498                 struct tty_buffer *head = buf->head;
 499                 struct tty_buffer *next;
 500                 int count;
 501
 502                 /* Ldisc or user is trying to gain exclusive access */
 503                 if (atomic_read(&buf->priority))
 504                         break;
 505
 506                 /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room();
 507                  * ensures commit value read is not stale if the head
 508                  * is advancing to the next buffer
 509                  */
 510                 next = smp_load_acquire(&head->next);
 511                 /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room() or in
 512                  * tty_buffer_flush(); ensures we see the committed buffer data
 513                  */
 514                 count = smp_load_acquire(&head->commit) - head->read;
 515                 if (!count) {
 516                         if (next == NULL)
 517                                 break;
 518                         buf->head = next;
 519                         tty_buffer_free(port, head);
 520                         continue;
 521                 }
 522
 523                 count = receive_buf(port, head, count);
 524                 if (!count)
 525                         break;
 526                 head->read += count;
 527
 528                 if (need_resched())
 529                         cond_resched();
 530         }
 531
 532         mutex_unlock(&buf->lock);
 533
 534 }
 535
 536 static inline void tty_flip_buffer_commit(struct tty_buffer *tail)
 537 {
 538         /*
 539          * Paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures flush_to_ldisc() sees
 540          * buffer data.
 541          */
 542         smp_store_release(&tail->commit, tail->used);
 543 }
 544
 545 /**
 546  *      tty_flip_buffer_push    -       terminal
 547  *      @port: tty port to push
 548  *
 549  *      Queue a push of the terminal flip buffers to the line discipline.
 550  *      Can be called from IRQ/atomic context.
 551  *
 552  *      In the event of the queue being busy for flipping the work will be
 553  *      held off and retried later.
 554  */
 555
 556 void tty_flip_buffer_push(struct tty_port *port)
 557 {
 558         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 559
 560         tty_flip_buffer_commit(buf->tail);
 561         queue_work(system_unbound_wq, &buf->work);
 562 }
 563 EXPORT_SYMBOL(tty_flip_buffer_push);
 564
 565 /**
 566  * tty_insert_flip_string_and_push_buffer - add characters to the tty buffer and
 567  *      push
 568  * @port: tty port
 569  * @chars: characters
 570  * @size: size
 571  *
 572  * The function combines tty_insert_flip_string() and tty_flip_buffer_push()
 573  * with the exception of properly holding the @port->lock.
 574  *
 575  * To be used only internally (by pty currently).
 576  *
 577  * Returns: the number added.
 578  */
 579 int tty_insert_flip_string_and_push_buffer(struct tty_port *port,
 580                 const unsigned char *chars, size_t size)
 581 {
 582         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 583         unsigned long flags;
 584
 585         spin_lock_irqsave(&port->lock, flags);
 586         size = tty_insert_flip_string(port, chars, size);
 587         if (size)
 588                 tty_flip_buffer_commit(buf->tail);
 589         spin_unlock_irqrestore(&port->lock, flags);
 590
 591         queue_work(system_unbound_wq, &buf->work);
 592
 593         return size;
 594 }
 595
 596 /**
 597  *      tty_buffer_init         -       prepare a tty buffer structure
 598  *      @port: tty port to initialise
 599  *
 600  *      Set up the initial state of the buffer management for a tty device.
 601  *      Must be called before the other tty buffer functions are used.
 602  */
 603
 604 void tty_buffer_init(struct tty_port *port)
 605 {
 606         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 607
 608         mutex_init(&buf->lock);
 609         tty_buffer_reset(&buf->sentinel, 0);
 610         buf->head = &buf->sentinel;
 611         buf->tail = &buf->sentinel;
 612         init_llist_head(&buf->free);
 613         atomic_set(&buf->mem_used, 0);
 614         atomic_set(&buf->priority, 0);
 615         INIT_WORK(&buf->work, flush_to_ldisc);
 616         buf->mem_limit = TTYB_DEFAULT_MEM_LIMIT;
 617 }
 618
 619 /**
 620  *      tty_buffer_set_limit    -       change the tty buffer memory limit
 621  *      @port: tty port to change
 622  *      @limit: memory limit to set
 623  *
 624  *      Change the tty buffer memory limit.
 625  *      Must be called before the other tty buffer functions are used.
 626  */
 627
 628 int tty_buffer_set_limit(struct tty_port *port, int limit)
 629 {
 630         if (limit < MIN_TTYB_SIZE)
 631                 return -EINVAL;
 632         port->buf.mem_limit = limit;
 633         return 0;
 634 }
 635 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_set_limit);
 636
 637 /* slave ptys can claim nested buffer lock when handling BRK and INTR */
 638 void tty_buffer_set_lock_subclass(struct tty_port *port)
 639 {
 640         lockdep_set_subclass(&port->buf.lock, TTY_LOCK_SLAVE);
 641 }
 642
 643 bool tty_buffer_restart_work(struct tty_port *port)
 644 {
 645         return queue_work(system_unbound_wq, &port->buf.work);
 646 }
 647
 648 bool tty_buffer_cancel_work(struct tty_port *port)
 649 {
 650         return cancel_work_sync(&port->buf.work);
 651 }
 652
 653 void tty_buffer_flush_work(struct tty_port *port)
 654 {
 655         flush_work(&port->buf.work);
 656 }