Merge tag 'pwm/for-5.4-rc6' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/thierry...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / fs / io_uring.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Shared application/kernel submission and completion ring pairs, for
4  * supporting fast/efficient IO.
5  *
6  * A note on the read/write ordering memory barriers that are matched between
7  * the application and kernel side.
8  *
9  * After the application reads the CQ ring tail, it must use an
10  * appropriate smp_rmb() to pair with the smp_wmb() the kernel uses
11  * before writing the tail (using smp_load_acquire to read the tail will
12  * do). It also needs a smp_mb() before updating CQ head (ordering the
13  * entry load(s) with the head store), pairing with an implicit barrier
14  * through a control-dependency in io_get_cqring (smp_store_release to
15  * store head will do). Failure to do so could lead to reading invalid
16  * CQ entries.
17  *
18  * Likewise, the application must use an appropriate smp_wmb() before
19  * writing the SQ tail (ordering SQ entry stores with the tail store),
20  * which pairs with smp_load_acquire in io_get_sqring (smp_store_release
21  * to store the tail will do). And it needs a barrier ordering the SQ
22  * head load before writing new SQ entries (smp_load_acquire to read
23  * head will do).
24  *
25  * When using the SQ poll thread (IORING_SETUP_SQPOLL), the application
26  * needs to check the SQ flags for IORING_SQ_NEED_WAKEUP *after*
27  * updating the SQ tail; a full memory barrier smp_mb() is needed
28  * between.
29  *
30  * Also see the examples in the liburing library:
31  *
32  *      git://git.kernel.dk/liburing
33  *
34  * io_uring also uses READ/WRITE_ONCE() for _any_ store or load that happens
35  * from data shared between the kernel and application. This is done both
36  * for ordering purposes, but also to ensure that once a value is loaded from
37  * data that the application could potentially modify, it remains stable.
38  *
39  * Copyright (C) 2018-2019 Jens Axboe
40  * Copyright (c) 2018-2019 Christoph Hellwig
41  */
42 #include <linux/kernel.h>
43 #include <linux/init.h>
44 #include <linux/errno.h>
45 #include <linux/syscalls.h>
46 #include <linux/compat.h>
47 #include <linux/refcount.h>
48 #include <linux/uio.h>
49
50 #include <linux/sched/signal.h>
51 #include <linux/fs.h>
52 #include <linux/file.h>
53 #include <linux/fdtable.h>
54 #include <linux/mm.h>
55 #include <linux/mman.h>
56 #include <linux/mmu_context.h>
57 #include <linux/percpu.h>
58 #include <linux/slab.h>
59 #include <linux/workqueue.h>
60 #include <linux/kthread.h>
61 #include <linux/blkdev.h>
62 #include <linux/bvec.h>
63 #include <linux/net.h>
64 #include <net/sock.h>
65 #include <net/af_unix.h>
66 #include <net/scm.h>
67 #include <linux/anon_inodes.h>
68 #include <linux/sched/mm.h>
69 #include <linux/uaccess.h>
70 #include <linux/nospec.h>
71 #include <linux/sizes.h>
72 #include <linux/hugetlb.h>
73
74 #include <uapi/linux/io_uring.h>
75
76 #include "internal.h"
77
78 #define IORING_MAX_ENTRIES      32768
79 #define IORING_MAX_FIXED_FILES  1024
80
81 struct io_uring {
82         u32 head ____cacheline_aligned_in_smp;
83         u32 tail ____cacheline_aligned_in_smp;
84 };
85
86 /*
87  * This data is shared with the application through the mmap at offsets
88  * IORING_OFF_SQ_RING and IORING_OFF_CQ_RING.
89  *
90  * The offsets to the member fields are published through struct
91  * io_sqring_offsets when calling io_uring_setup.
92  */
93 struct io_rings {
94         /*
95          * Head and tail offsets into the ring; the offsets need to be
96          * masked to get valid indices.
97          *
98          * The kernel controls head of the sq ring and the tail of the cq ring,
99          * and the application controls tail of the sq ring and the head of the
100          * cq ring.
101          */
102         struct io_uring         sq, cq;
103         /*
104          * Bitmasks to apply to head and tail offsets (constant, equals
105          * ring_entries - 1)
106          */
107         u32                     sq_ring_mask, cq_ring_mask;
108         /* Ring sizes (constant, power of 2) */
109         u32                     sq_ring_entries, cq_ring_entries;
110         /*
111          * Number of invalid entries dropped by the kernel due to
112          * invalid index stored in array
113          *
114          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
115          * application (i.e. get number of "new events" by comparing to
116          * cached value).
117          *
118          * After a new SQ head value was read by the application this
119          * counter includes all submissions that were dropped reaching
120          * the new SQ head (and possibly more).
121          */
122         u32                     sq_dropped;
123         /*
124          * Runtime flags
125          *
126          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
127          * application.
128          *
129          * The application needs a full memory barrier before checking
130          * for IORING_SQ_NEED_WAKEUP after updating the sq tail.
131          */
132         u32                     sq_flags;
133         /*
134          * Number of completion events lost because the queue was full;
135          * this should be avoided by the application by making sure
136          * there are not more requests pending thatn there is space in
137          * the completion queue.
138          *
139          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
140          * application (i.e. get number of "new events" by comparing to
141          * cached value).
142          *
143          * As completion events come in out of order this counter is not
144          * ordered with any other data.
145          */
146         u32                     cq_overflow;
147         /*
148          * Ring buffer of completion events.
149          *
150          * The kernel writes completion events fresh every time they are
151          * produced, so the application is allowed to modify pending
152          * entries.
153          */
154         struct io_uring_cqe     cqes[] ____cacheline_aligned_in_smp;
155 };
156
157 struct io_mapped_ubuf {
158         u64             ubuf;
159         size_t          len;
160         struct          bio_vec *bvec;
161         unsigned int    nr_bvecs;
162 };
163
164 struct async_list {
165         spinlock_t              lock;
166         atomic_t                cnt;
167         struct list_head        list;
168
169         struct file             *file;
170         off_t                   io_start;
171         size_t                  io_len;
172 };
173
174 struct io_ring_ctx {
175         struct {
176                 struct percpu_ref       refs;
177         } ____cacheline_aligned_in_smp;
178
179         struct {
180                 unsigned int            flags;
181                 bool                    compat;
182                 bool                    account_mem;
183
184                 /*
185                  * Ring buffer of indices into array of io_uring_sqe, which is
186                  * mmapped by the application using the IORING_OFF_SQES offset.
187                  *
188                  * This indirection could e.g. be used to assign fixed
189                  * io_uring_sqe entries to operations and only submit them to
190                  * the queue when needed.
191                  *
192                  * The kernel modifies neither the indices array nor the entries
193                  * array.
194                  */
195                 u32                     *sq_array;
196                 unsigned                cached_sq_head;
197                 unsigned                sq_entries;
198                 unsigned                sq_mask;
199                 unsigned                sq_thread_idle;
200                 unsigned                cached_sq_dropped;
201                 struct io_uring_sqe     *sq_sqes;
202
203                 struct list_head        defer_list;
204                 struct list_head        timeout_list;
205         } ____cacheline_aligned_in_smp;
206
207         /* IO offload */
208         struct workqueue_struct *sqo_wq[2];
209         struct task_struct      *sqo_thread;    /* if using sq thread polling */
210         struct mm_struct        *sqo_mm;
211         wait_queue_head_t       sqo_wait;
212         struct completion       sqo_thread_started;
213
214         struct {
215                 unsigned                cached_cq_tail;
216                 atomic_t                cached_cq_overflow;
217                 unsigned                cq_entries;
218                 unsigned                cq_mask;
219                 struct wait_queue_head  cq_wait;
220                 struct fasync_struct    *cq_fasync;
221                 struct eventfd_ctx      *cq_ev_fd;
222                 atomic_t                cq_timeouts;
223         } ____cacheline_aligned_in_smp;
224
225         struct io_rings *rings;
226
227         /*
228          * If used, fixed file set. Writers must ensure that ->refs is dead,
229          * readers must ensure that ->refs is alive as long as the file* is
230          * used. Only updated through io_uring_register(2).
231          */
232         struct file             **user_files;
233         unsigned                nr_user_files;
234
235         /* if used, fixed mapped user buffers */
236         unsigned                nr_user_bufs;
237         struct io_mapped_ubuf   *user_bufs;
238
239         struct user_struct      *user;
240
241         struct completion       ctx_done;
242
243         struct {
244                 struct mutex            uring_lock;
245                 wait_queue_head_t       wait;
246         } ____cacheline_aligned_in_smp;
247
248         struct {
249                 spinlock_t              completion_lock;
250                 bool                    poll_multi_file;
251                 /*
252                  * ->poll_list is protected by the ctx->uring_lock for
253                  * io_uring instances that don't use IORING_SETUP_SQPOLL.
254                  * For SQPOLL, only the single threaded io_sq_thread() will
255                  * manipulate the list, hence no extra locking is needed there.
256                  */
257                 struct list_head        poll_list;
258                 struct list_head        cancel_list;
259         } ____cacheline_aligned_in_smp;
260
261         struct async_list       pending_async[2];
262
263 #if defined(CONFIG_UNIX)
264         struct socket           *ring_sock;
265 #endif
266 };
267
268 struct sqe_submit {
269         const struct io_uring_sqe       *sqe;
270         unsigned short                  index;
271         u32                             sequence;
272         bool                            has_user;
273         bool                            needs_lock;
274         bool                            needs_fixed_file;
275 };
276
277 /*
278  * First field must be the file pointer in all the
279  * iocb unions! See also 'struct kiocb' in <linux/fs.h>
280  */
281 struct io_poll_iocb {
282         struct file                     *file;
283         struct wait_queue_head          *head;
284         __poll_t                        events;
285         bool                            done;
286         bool                            canceled;
287         struct wait_queue_entry         wait;
288 };
289
290 struct io_timeout {
291         struct file                     *file;
292         struct hrtimer                  timer;
293 };
294
295 /*
296  * NOTE! Each of the iocb union members has the file pointer
297  * as the first entry in their struct definition. So you can
298  * access the file pointer through any of the sub-structs,
299  * or directly as just 'ki_filp' in this struct.
300  */
301 struct io_kiocb {
302         union {
303                 struct file             *file;
304                 struct kiocb            rw;
305                 struct io_poll_iocb     poll;
306                 struct io_timeout       timeout;
307         };
308
309         struct sqe_submit       submit;
310
311         struct io_ring_ctx      *ctx;
312         struct list_head        list;
313         struct list_head        link_list;
314         unsigned int            flags;
315         refcount_t              refs;
316 #define REQ_F_NOWAIT            1       /* must not punt to workers */
317 #define REQ_F_IOPOLL_COMPLETED  2       /* polled IO has completed */
318 #define REQ_F_FIXED_FILE        4       /* ctx owns file */
319 #define REQ_F_SEQ_PREV          8       /* sequential with previous */
320 #define REQ_F_IO_DRAIN          16      /* drain existing IO first */
321 #define REQ_F_IO_DRAINED        32      /* drain done */
322 #define REQ_F_LINK              64      /* linked sqes */
323 #define REQ_F_LINK_DONE         128     /* linked sqes done */
324 #define REQ_F_FAIL_LINK         256     /* fail rest of links */
325 #define REQ_F_SHADOW_DRAIN      512     /* link-drain shadow req */
326 #define REQ_F_TIMEOUT           1024    /* timeout request */
327 #define REQ_F_ISREG             2048    /* regular file */
328 #define REQ_F_MUST_PUNT         4096    /* must be punted even for NONBLOCK */
329         u64                     user_data;
330         u32                     result;
331         u32                     sequence;
332
333         struct work_struct      work;
334 };
335
336 #define IO_PLUG_THRESHOLD               2
337 #define IO_IOPOLL_BATCH                 8
338
339 struct io_submit_state {
340         struct blk_plug         plug;
341
342         /*
343          * io_kiocb alloc cache
344          */
345         void                    *reqs[IO_IOPOLL_BATCH];
346         unsigned                int free_reqs;
347         unsigned                int cur_req;
348
349         /*
350          * File reference cache
351          */
352         struct file             *file;
353         unsigned int            fd;
354         unsigned int            has_refs;
355         unsigned int            used_refs;
356         unsigned int            ios_left;
357 };
358
359 static void io_sq_wq_submit_work(struct work_struct *work);
360 static void io_cqring_fill_event(struct io_ring_ctx *ctx, u64 ki_user_data,
361                                  long res);
362 static void __io_free_req(struct io_kiocb *req);
363
364 static struct kmem_cache *req_cachep;
365
366 static const struct file_operations io_uring_fops;
367
368 struct sock *io_uring_get_socket(struct file *file)
369 {
370 #if defined(CONFIG_UNIX)
371         if (file->f_op == &io_uring_fops) {
372                 struct io_ring_ctx *ctx = file->private_data;
373
374                 return ctx->ring_sock->sk;
375         }
376 #endif
377         return NULL;
378 }
379 EXPORT_SYMBOL(io_uring_get_socket);
380
381 static void io_ring_ctx_ref_free(struct percpu_ref *ref)
382 {
383         struct io_ring_ctx *ctx = container_of(ref, struct io_ring_ctx, refs);
384
385         complete(&ctx->ctx_done);
386 }
387
388 static struct io_ring_ctx *io_ring_ctx_alloc(struct io_uring_params *p)
389 {
390         struct io_ring_ctx *ctx;
391         int i;
392
393         ctx = kzalloc(sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
394         if (!ctx)
395                 return NULL;
396
397         if (percpu_ref_init(&ctx->refs, io_ring_ctx_ref_free,
398                             PERCPU_REF_ALLOW_REINIT, GFP_KERNEL)) {
399                 kfree(ctx);
400                 return NULL;
401         }
402
403         ctx->flags = p->flags;
404         init_waitqueue_head(&ctx->cq_wait);
405         init_completion(&ctx->ctx_done);
406         init_completion(&ctx->sqo_thread_started);
407         mutex_init(&ctx->uring_lock);
408         init_waitqueue_head(&ctx->wait);
409         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ctx->pending_async); i++) {
410                 spin_lock_init(&ctx->pending_async[i].lock);
411                 INIT_LIST_HEAD(&ctx->pending_async[i].list);
412                 atomic_set(&ctx->pending_async[i].cnt, 0);
413         }
414         spin_lock_init(&ctx->completion_lock);
415         INIT_LIST_HEAD(&ctx->poll_list);
416         INIT_LIST_HEAD(&ctx->cancel_list);
417         INIT_LIST_HEAD(&ctx->defer_list);
418         INIT_LIST_HEAD(&ctx->timeout_list);
419         return ctx;
420 }
421
422 static inline bool __io_sequence_defer(struct io_ring_ctx *ctx,
423                                        struct io_kiocb *req)
424 {
425         return req->sequence != ctx->cached_cq_tail + ctx->cached_sq_dropped
426                                         + atomic_read(&ctx->cached_cq_overflow);
427 }
428
429 static inline bool io_sequence_defer(struct io_ring_ctx *ctx,
430                                      struct io_kiocb *req)
431 {
432         if ((req->flags & (REQ_F_IO_DRAIN|REQ_F_IO_DRAINED)) != REQ_F_IO_DRAIN)
433                 return false;
434
435         return __io_sequence_defer(ctx, req);
436 }
437
438 static struct io_kiocb *io_get_deferred_req(struct io_ring_ctx *ctx)
439 {
440         struct io_kiocb *req;
441
442         req = list_first_entry_or_null(&ctx->defer_list, struct io_kiocb, list);
443         if (req && !io_sequence_defer(ctx, req)) {
444                 list_del_init(&req->list);
445                 return req;
446         }
447
448         return NULL;
449 }
450
451 static struct io_kiocb *io_get_timeout_req(struct io_ring_ctx *ctx)
452 {
453         struct io_kiocb *req;
454
455         req = list_first_entry_or_null(&ctx->timeout_list, struct io_kiocb, list);
456         if (req && !__io_sequence_defer(ctx, req)) {
457                 list_del_init(&req->list);
458                 return req;
459         }
460
461         return NULL;
462 }
463
464 static void __io_commit_cqring(struct io_ring_ctx *ctx)
465 {
466         struct io_rings *rings = ctx->rings;
467
468         if (ctx->cached_cq_tail != READ_ONCE(rings->cq.tail)) {
469                 /* order cqe stores with ring update */
470                 smp_store_release(&rings->cq.tail, ctx->cached_cq_tail);
471
472                 if (wq_has_sleeper(&ctx->cq_wait)) {
473                         wake_up_interruptible(&ctx->cq_wait);
474                         kill_fasync(&ctx->cq_fasync, SIGIO, POLL_IN);
475                 }
476         }
477 }
478
479 static inline void io_queue_async_work(struct io_ring_ctx *ctx,
480                                        struct io_kiocb *req)
481 {
482         int rw = 0;
483
484         if (req->submit.sqe) {
485                 switch (req->submit.sqe->opcode) {
486                 case IORING_OP_WRITEV:
487                 case IORING_OP_WRITE_FIXED:
488                         rw = !(req->rw.ki_flags & IOCB_DIRECT);
489                         break;
490                 }
491         }
492
493         queue_work(ctx->sqo_wq[rw], &req->work);
494 }
495
496 static void io_kill_timeout(struct io_kiocb *req)
497 {
498         int ret;
499
500         ret = hrtimer_try_to_cancel(&req->timeout.timer);
501         if (ret != -1) {
502                 atomic_inc(&req->ctx->cq_timeouts);
503                 list_del(&req->list);
504                 io_cqring_fill_event(req->ctx, req->user_data, 0);
505                 __io_free_req(req);
506         }
507 }
508
509 static void io_kill_timeouts(struct io_ring_ctx *ctx)
510 {
511         struct io_kiocb *req, *tmp;
512
513         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
514         list_for_each_entry_safe(req, tmp, &ctx->timeout_list, list)
515                 io_kill_timeout(req);
516         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
517 }
518
519 static void io_commit_cqring(struct io_ring_ctx *ctx)
520 {
521         struct io_kiocb *req;
522
523         while ((req = io_get_timeout_req(ctx)) != NULL)
524                 io_kill_timeout(req);
525
526         __io_commit_cqring(ctx);
527
528         while ((req = io_get_deferred_req(ctx)) != NULL) {
529                 if (req->flags & REQ_F_SHADOW_DRAIN) {
530                         /* Just for drain, free it. */
531                         __io_free_req(req);
532                         continue;
533                 }
534                 req->flags |= REQ_F_IO_DRAINED;
535                 io_queue_async_work(ctx, req);
536         }
537 }
538
539 static struct io_uring_cqe *io_get_cqring(struct io_ring_ctx *ctx)
540 {
541         struct io_rings *rings = ctx->rings;
542         unsigned tail;
543
544         tail = ctx->cached_cq_tail;
545         /*
546          * writes to the cq entry need to come after reading head; the
547          * control dependency is enough as we're using WRITE_ONCE to
548          * fill the cq entry
549          */
550         if (tail - READ_ONCE(rings->cq.head) == rings->cq_ring_entries)
551                 return NULL;
552
553         ctx->cached_cq_tail++;
554         return &rings->cqes[tail & ctx->cq_mask];
555 }
556
557 static void io_cqring_fill_event(struct io_ring_ctx *ctx, u64 ki_user_data,
558                                  long res)
559 {
560         struct io_uring_cqe *cqe;
561
562         /*
563          * If we can't get a cq entry, userspace overflowed the
564          * submission (by quite a lot). Increment the overflow count in
565          * the ring.
566          */
567         cqe = io_get_cqring(ctx);
568         if (cqe) {
569                 WRITE_ONCE(cqe->user_data, ki_user_data);
570                 WRITE_ONCE(cqe->res, res);
571                 WRITE_ONCE(cqe->flags, 0);
572         } else {
573                 WRITE_ONCE(ctx->rings->cq_overflow,
574                                 atomic_inc_return(&ctx->cached_cq_overflow));
575         }
576 }
577
578 static void io_cqring_ev_posted(struct io_ring_ctx *ctx)
579 {
580         if (waitqueue_active(&ctx->wait))
581                 wake_up(&ctx->wait);
582         if (waitqueue_active(&ctx->sqo_wait))
583                 wake_up(&ctx->sqo_wait);
584         if (ctx->cq_ev_fd)
585                 eventfd_signal(ctx->cq_ev_fd, 1);
586 }
587
588 static void io_cqring_add_event(struct io_ring_ctx *ctx, u64 user_data,
589                                 long res)
590 {
591         unsigned long flags;
592
593         spin_lock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags);
594         io_cqring_fill_event(ctx, user_data, res);
595         io_commit_cqring(ctx);
596         spin_unlock_irqrestore(&ctx->completion_lock, flags);
597
598         io_cqring_ev_posted(ctx);
599 }
600
601 static struct io_kiocb *io_get_req(struct io_ring_ctx *ctx,
602                                    struct io_submit_state *state)
603 {
604         gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN;
605         struct io_kiocb *req;
606
607         if (!percpu_ref_tryget(&ctx->refs))
608                 return NULL;
609
610         if (!state) {
611                 req = kmem_cache_alloc(req_cachep, gfp);
612                 if (unlikely(!req))
613                         goto out;
614         } else if (!state->free_reqs) {
615                 size_t sz;
616                 int ret;
617
618                 sz = min_t(size_t, state->ios_left, ARRAY_SIZE(state->reqs));
619                 ret = kmem_cache_alloc_bulk(req_cachep, gfp, sz, state->reqs);
620
621                 /*
622                  * Bulk alloc is all-or-nothing. If we fail to get a batch,
623                  * retry single alloc to be on the safe side.
624                  */
625                 if (unlikely(ret <= 0)) {
626                         state->reqs[0] = kmem_cache_alloc(req_cachep, gfp);
627                         if (!state->reqs[0])
628                                 goto out;
629                         ret = 1;
630                 }
631                 state->free_reqs = ret - 1;
632                 state->cur_req = 1;
633                 req = state->reqs[0];
634         } else {
635                 req = state->reqs[state->cur_req];
636                 state->free_reqs--;
637                 state->cur_req++;
638         }
639
640         req->file = NULL;
641         req->ctx = ctx;
642         req->flags = 0;
643         /* one is dropped after submission, the other at completion */
644         refcount_set(&req->refs, 2);
645         req->result = 0;
646         return req;
647 out:
648         percpu_ref_put(&ctx->refs);
649         return NULL;
650 }
651
652 static void io_free_req_many(struct io_ring_ctx *ctx, void **reqs, int *nr)
653 {
654         if (*nr) {
655                 kmem_cache_free_bulk(req_cachep, *nr, reqs);
656                 percpu_ref_put_many(&ctx->refs, *nr);
657                 *nr = 0;
658         }
659 }
660
661 static void __io_free_req(struct io_kiocb *req)
662 {
663         if (req->file && !(req->flags & REQ_F_FIXED_FILE))
664                 fput(req->file);
665         percpu_ref_put(&req->ctx->refs);
666         kmem_cache_free(req_cachep, req);
667 }
668
669 static void io_req_link_next(struct io_kiocb *req)
670 {
671         struct io_kiocb *nxt;
672
673         /*
674          * The list should never be empty when we are called here. But could
675          * potentially happen if the chain is messed up, check to be on the
676          * safe side.
677          */
678         nxt = list_first_entry_or_null(&req->link_list, struct io_kiocb, list);
679         if (nxt) {
680                 list_del(&nxt->list);
681                 if (!list_empty(&req->link_list)) {
682                         INIT_LIST_HEAD(&nxt->link_list);
683                         list_splice(&req->link_list, &nxt->link_list);
684                         nxt->flags |= REQ_F_LINK;
685                 }
686
687                 nxt->flags |= REQ_F_LINK_DONE;
688                 INIT_WORK(&nxt->work, io_sq_wq_submit_work);
689                 io_queue_async_work(req->ctx, nxt);
690         }
691 }
692
693 /*
694  * Called if REQ_F_LINK is set, and we fail the head request
695  */
696 static void io_fail_links(struct io_kiocb *req)
697 {
698         struct io_kiocb *link;
699
700         while (!list_empty(&req->link_list)) {
701                 link = list_first_entry(&req->link_list, struct io_kiocb, list);
702                 list_del(&link->list);
703
704                 io_cqring_add_event(req->ctx, link->user_data, -ECANCELED);
705                 __io_free_req(link);
706         }
707 }
708
709 static void io_free_req(struct io_kiocb *req)
710 {
711         /*
712          * If LINK is set, we have dependent requests in this chain. If we
713          * didn't fail this request, queue the first one up, moving any other
714          * dependencies to the next request. In case of failure, fail the rest
715          * of the chain.
716          */
717         if (req->flags & REQ_F_LINK) {
718                 if (req->flags & REQ_F_FAIL_LINK)
719                         io_fail_links(req);
720                 else
721                         io_req_link_next(req);
722         }
723
724         __io_free_req(req);
725 }
726
727 static void io_put_req(struct io_kiocb *req)
728 {
729         if (refcount_dec_and_test(&req->refs))
730                 io_free_req(req);
731 }
732
733 static unsigned io_cqring_events(struct io_rings *rings)
734 {
735         /* See comment at the top of this file */
736         smp_rmb();
737         return READ_ONCE(rings->cq.tail) - READ_ONCE(rings->cq.head);
738 }
739
740 static inline unsigned int io_sqring_entries(struct io_ring_ctx *ctx)
741 {
742         struct io_rings *rings = ctx->rings;
743
744         /* make sure SQ entry isn't read before tail */
745         return smp_load_acquire(&rings->sq.tail) - ctx->cached_sq_head;
746 }
747
748 /*
749  * Find and free completed poll iocbs
750  */
751 static void io_iopoll_complete(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned int *nr_events,
752                                struct list_head *done)
753 {
754         void *reqs[IO_IOPOLL_BATCH];
755         struct io_kiocb *req;
756         int to_free;
757
758         to_free = 0;
759         while (!list_empty(done)) {
760                 req = list_first_entry(done, struct io_kiocb, list);
761                 list_del(&req->list);
762
763                 io_cqring_fill_event(ctx, req->user_data, req->result);
764                 (*nr_events)++;
765
766                 if (refcount_dec_and_test(&req->refs)) {
767                         /* If we're not using fixed files, we have to pair the
768                          * completion part with the file put. Use regular
769                          * completions for those, only batch free for fixed
770                          * file and non-linked commands.
771                          */
772                         if ((req->flags & (REQ_F_FIXED_FILE|REQ_F_LINK)) ==
773                             REQ_F_FIXED_FILE) {
774                                 reqs[to_free++] = req;
775                                 if (to_free == ARRAY_SIZE(reqs))
776                                         io_free_req_many(ctx, reqs, &to_free);
777                         } else {
778                                 io_free_req(req);
779                         }
780                 }
781         }
782
783         io_commit_cqring(ctx);
784         io_free_req_many(ctx, reqs, &to_free);
785 }
786
787 static int io_do_iopoll(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned int *nr_events,
788                         long min)
789 {
790         struct io_kiocb *req, *tmp;
791         LIST_HEAD(done);
792         bool spin;
793         int ret;
794
795         /*
796          * Only spin for completions if we don't have multiple devices hanging
797          * off our complete list, and we're under the requested amount.
798          */
799         spin = !ctx->poll_multi_file && *nr_events < min;
800
801         ret = 0;
802         list_for_each_entry_safe(req, tmp, &ctx->poll_list, list) {
803                 struct kiocb *kiocb = &req->rw;
804
805                 /*
806                  * Move completed entries to our local list. If we find a
807                  * request that requires polling, break out and complete
808                  * the done list first, if we have entries there.
809                  */
810                 if (req->flags & REQ_F_IOPOLL_COMPLETED) {
811                         list_move_tail(&req->list, &done);
812                         continue;
813                 }
814                 if (!list_empty(&done))
815                         break;
816
817                 ret = kiocb->ki_filp->f_op->iopoll(kiocb, spin);
818                 if (ret < 0)
819                         break;
820
821                 if (ret && spin)
822                         spin = false;
823                 ret = 0;
824         }
825
826         if (!list_empty(&done))
827                 io_iopoll_complete(ctx, nr_events, &done);
828
829         return ret;
830 }
831
832 /*
833  * Poll for a mininum of 'min' events. Note that if min == 0 we consider that a
834  * non-spinning poll check - we'll still enter the driver poll loop, but only
835  * as a non-spinning completion check.
836  */
837 static int io_iopoll_getevents(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned int *nr_events,
838                                 long min)
839 {
840         while (!list_empty(&ctx->poll_list) && !need_resched()) {
841                 int ret;
842
843                 ret = io_do_iopoll(ctx, nr_events, min);
844                 if (ret < 0)
845                         return ret;
846                 if (!min || *nr_events >= min)
847                         return 0;
848         }
849
850         return 1;
851 }
852
853 /*
854  * We can't just wait for polled events to come to us, we have to actively
855  * find and complete them.
856  */
857 static void io_iopoll_reap_events(struct io_ring_ctx *ctx)
858 {
859         if (!(ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
860                 return;
861
862         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
863         while (!list_empty(&ctx->poll_list)) {
864                 unsigned int nr_events = 0;
865
866                 io_iopoll_getevents(ctx, &nr_events, 1);
867
868                 /*
869                  * Ensure we allow local-to-the-cpu processing to take place,
870                  * in this case we need to ensure that we reap all events.
871                  */
872                 cond_resched();
873         }
874         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
875 }
876
877 static int __io_iopoll_check(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned *nr_events,
878                             long min)
879 {
880         int iters = 0, ret = 0;
881
882         do {
883                 int tmin = 0;
884
885                 /*
886                  * Don't enter poll loop if we already have events pending.
887                  * If we do, we can potentially be spinning for commands that
888                  * already triggered a CQE (eg in error).
889                  */
890                 if (io_cqring_events(ctx->rings))
891                         break;
892
893                 /*
894                  * If a submit got punted to a workqueue, we can have the
895                  * application entering polling for a command before it gets
896                  * issued. That app will hold the uring_lock for the duration
897                  * of the poll right here, so we need to take a breather every
898                  * now and then to ensure that the issue has a chance to add
899                  * the poll to the issued list. Otherwise we can spin here
900                  * forever, while the workqueue is stuck trying to acquire the
901                  * very same mutex.
902                  */
903                 if (!(++iters & 7)) {
904                         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
905                         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
906                 }
907
908                 if (*nr_events < min)
909                         tmin = min - *nr_events;
910
911                 ret = io_iopoll_getevents(ctx, nr_events, tmin);
912                 if (ret <= 0)
913                         break;
914                 ret = 0;
915         } while (min && !*nr_events && !need_resched());
916
917         return ret;
918 }
919
920 static int io_iopoll_check(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned *nr_events,
921                            long min)
922 {
923         int ret;
924
925         /*
926          * We disallow the app entering submit/complete with polling, but we
927          * still need to lock the ring to prevent racing with polled issue
928          * that got punted to a workqueue.
929          */
930         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
931         ret = __io_iopoll_check(ctx, nr_events, min);
932         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
933         return ret;
934 }
935
936 static void kiocb_end_write(struct io_kiocb *req)
937 {
938         /*
939          * Tell lockdep we inherited freeze protection from submission
940          * thread.
941          */
942         if (req->flags & REQ_F_ISREG) {
943                 struct inode *inode = file_inode(req->file);
944
945                 __sb_writers_acquired(inode->i_sb, SB_FREEZE_WRITE);
946         }
947         file_end_write(req->file);
948 }
949
950 static void io_complete_rw(struct kiocb *kiocb, long res, long res2)
951 {
952         struct io_kiocb *req = container_of(kiocb, struct io_kiocb, rw);
953
954         if (kiocb->ki_flags & IOCB_WRITE)
955                 kiocb_end_write(req);
956
957         if ((req->flags & REQ_F_LINK) && res != req->result)
958                 req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
959         io_cqring_add_event(req->ctx, req->user_data, res);
960         io_put_req(req);
961 }
962
963 static void io_complete_rw_iopoll(struct kiocb *kiocb, long res, long res2)
964 {
965         struct io_kiocb *req = container_of(kiocb, struct io_kiocb, rw);
966
967         if (kiocb->ki_flags & IOCB_WRITE)
968                 kiocb_end_write(req);
969
970         if ((req->flags & REQ_F_LINK) && res != req->result)
971                 req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
972         req->result = res;
973         if (res != -EAGAIN)
974                 req->flags |= REQ_F_IOPOLL_COMPLETED;
975 }
976
977 /*
978  * After the iocb has been issued, it's safe to be found on the poll list.
979  * Adding the kiocb to the list AFTER submission ensures that we don't
980  * find it from a io_iopoll_getevents() thread before the issuer is done
981  * accessing the kiocb cookie.
982  */
983 static void io_iopoll_req_issued(struct io_kiocb *req)
984 {
985         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
986
987         /*
988          * Track whether we have multiple files in our lists. This will impact
989          * how we do polling eventually, not spinning if we're on potentially
990          * different devices.
991          */
992         if (list_empty(&ctx->poll_list)) {
993                 ctx->poll_multi_file = false;
994         } else if (!ctx->poll_multi_file) {
995                 struct io_kiocb *list_req;
996
997                 list_req = list_first_entry(&ctx->poll_list, struct io_kiocb,
998                                                 list);
999                 if (list_req->rw.ki_filp != req->rw.ki_filp)
1000                         ctx->poll_multi_file = true;
1001         }
1002
1003         /*
1004          * For fast devices, IO may have already completed. If it has, add
1005          * it to the front so we find it first.
1006          */
1007         if (req->flags & REQ_F_IOPOLL_COMPLETED)
1008                 list_add(&req->list, &ctx->poll_list);
1009         else
1010                 list_add_tail(&req->list, &ctx->poll_list);
1011 }
1012
1013 static void io_file_put(struct io_submit_state *state)
1014 {
1015         if (state->file) {
1016                 int diff = state->has_refs - state->used_refs;
1017
1018                 if (diff)
1019                         fput_many(state->file, diff);
1020                 state->file = NULL;
1021         }
1022 }
1023
1024 /*
1025  * Get as many references to a file as we have IOs left in this submission,
1026  * assuming most submissions are for one file, or at least that each file
1027  * has more than one submission.
1028  */
1029 static struct file *io_file_get(struct io_submit_state *state, int fd)
1030 {
1031         if (!state)
1032                 return fget(fd);
1033
1034         if (state->file) {
1035                 if (state->fd == fd) {
1036                         state->used_refs++;
1037                         state->ios_left--;
1038                         return state->file;
1039                 }
1040                 io_file_put(state);
1041         }
1042         state->file = fget_many(fd, state->ios_left);
1043         if (!state->file)
1044                 return NULL;
1045
1046         state->fd = fd;
1047         state->has_refs = state->ios_left;
1048         state->used_refs = 1;
1049         state->ios_left--;
1050         return state->file;
1051 }
1052
1053 /*
1054  * If we tracked the file through the SCM inflight mechanism, we could support
1055  * any file. For now, just ensure that anything potentially problematic is done
1056  * inline.
1057  */
1058 static bool io_file_supports_async(struct file *file)
1059 {
1060         umode_t mode = file_inode(file)->i_mode;
1061
1062         if (S_ISBLK(mode) || S_ISCHR(mode))
1063                 return true;
1064         if (S_ISREG(mode) && file->f_op != &io_uring_fops)
1065                 return true;
1066
1067         return false;
1068 }
1069
1070 static int io_prep_rw(struct io_kiocb *req, const struct sqe_submit *s,
1071                       bool force_nonblock)
1072 {
1073         const struct io_uring_sqe *sqe = s->sqe;
1074         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1075         struct kiocb *kiocb = &req->rw;
1076         unsigned ioprio;
1077         int ret;
1078
1079         if (!req->file)
1080                 return -EBADF;
1081
1082         if (S_ISREG(file_inode(req->file)->i_mode))
1083                 req->flags |= REQ_F_ISREG;
1084
1085         /*
1086          * If the file doesn't support async, mark it as REQ_F_MUST_PUNT so
1087          * we know to async punt it even if it was opened O_NONBLOCK
1088          */
1089         if (force_nonblock && !io_file_supports_async(req->file)) {
1090                 req->flags |= REQ_F_MUST_PUNT;
1091                 return -EAGAIN;
1092         }
1093
1094         kiocb->ki_pos = READ_ONCE(sqe->off);
1095         kiocb->ki_flags = iocb_flags(kiocb->ki_filp);
1096         kiocb->ki_hint = ki_hint_validate(file_write_hint(kiocb->ki_filp));
1097
1098         ioprio = READ_ONCE(sqe->ioprio);
1099         if (ioprio) {
1100                 ret = ioprio_check_cap(ioprio);
1101                 if (ret)
1102                         return ret;
1103
1104                 kiocb->ki_ioprio = ioprio;
1105         } else
1106                 kiocb->ki_ioprio = get_current_ioprio();
1107
1108         ret = kiocb_set_rw_flags(kiocb, READ_ONCE(sqe->rw_flags));
1109         if (unlikely(ret))
1110                 return ret;
1111
1112         /* don't allow async punt if RWF_NOWAIT was requested */
1113         if ((kiocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) ||
1114             (req->file->f_flags & O_NONBLOCK))
1115                 req->flags |= REQ_F_NOWAIT;
1116
1117         if (force_nonblock)
1118                 kiocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
1119
1120         if (ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL) {
1121                 if (!(kiocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) ||
1122                     !kiocb->ki_filp->f_op->iopoll)
1123                         return -EOPNOTSUPP;
1124
1125                 kiocb->ki_flags |= IOCB_HIPRI;
1126                 kiocb->ki_complete = io_complete_rw_iopoll;
1127                 req->result = 0;
1128         } else {
1129                 if (kiocb->ki_flags & IOCB_HIPRI)
1130                         return -EINVAL;
1131                 kiocb->ki_complete = io_complete_rw;
1132         }
1133         return 0;
1134 }
1135
1136 static inline void io_rw_done(struct kiocb *kiocb, ssize_t ret)
1137 {
1138         switch (ret) {
1139         case -EIOCBQUEUED:
1140                 break;
1141         case -ERESTARTSYS:
1142         case -ERESTARTNOINTR:
1143         case -ERESTARTNOHAND:
1144         case -ERESTART_RESTARTBLOCK:
1145                 /*
1146                  * We can't just restart the syscall, since previously
1147                  * submitted sqes may already be in progress. Just fail this
1148                  * IO with EINTR.
1149                  */
1150                 ret = -EINTR;
1151                 /* fall through */
1152         default:
1153                 kiocb->ki_complete(kiocb, ret, 0);
1154         }
1155 }
1156
1157 static int io_import_fixed(struct io_ring_ctx *ctx, int rw,
1158                            const struct io_uring_sqe *sqe,
1159                            struct iov_iter *iter)
1160 {
1161         size_t len = READ_ONCE(sqe->len);
1162         struct io_mapped_ubuf *imu;
1163         unsigned index, buf_index;
1164         size_t offset;
1165         u64 buf_addr;
1166
1167         /* attempt to use fixed buffers without having provided iovecs */
1168         if (unlikely(!ctx->user_bufs))
1169                 return -EFAULT;
1170
1171         buf_index = READ_ONCE(sqe->buf_index);
1172         if (unlikely(buf_index >= ctx->nr_user_bufs))
1173                 return -EFAULT;
1174
1175         index = array_index_nospec(buf_index, ctx->nr_user_bufs);
1176         imu = &ctx->user_bufs[index];
1177         buf_addr = READ_ONCE(sqe->addr);
1178
1179         /* overflow */
1180         if (buf_addr + len < buf_addr)
1181                 return -EFAULT;
1182         /* not inside the mapped region */
1183         if (buf_addr < imu->ubuf || buf_addr + len > imu->ubuf + imu->len)
1184                 return -EFAULT;
1185
1186         /*
1187          * May not be a start of buffer, set size appropriately
1188          * and advance us to the beginning.
1189          */
1190         offset = buf_addr - imu->ubuf;
1191         iov_iter_bvec(iter, rw, imu->bvec, imu->nr_bvecs, offset + len);
1192
1193         if (offset) {
1194                 /*
1195                  * Don't use iov_iter_advance() here, as it's really slow for
1196                  * using the latter parts of a big fixed buffer - it iterates
1197                  * over each segment manually. We can cheat a bit here, because
1198                  * we know that:
1199                  *
1200                  * 1) it's a BVEC iter, we set it up
1201                  * 2) all bvecs are PAGE_SIZE in size, except potentially the
1202                  *    first and last bvec
1203                  *
1204                  * So just find our index, and adjust the iterator afterwards.
1205                  * If the offset is within the first bvec (or the whole first
1206                  * bvec, just use iov_iter_advance(). This makes it easier
1207                  * since we can just skip the first segment, which may not
1208                  * be PAGE_SIZE aligned.
1209                  */
1210                 const struct bio_vec *bvec = imu->bvec;
1211
1212                 if (offset <= bvec->bv_len) {
1213                         iov_iter_advance(iter, offset);
1214                 } else {
1215                         unsigned long seg_skip;
1216
1217                         /* skip first vec */
1218                         offset -= bvec->bv_len;
1219                         seg_skip = 1 + (offset >> PAGE_SHIFT);
1220
1221                         iter->bvec = bvec + seg_skip;
1222                         iter->nr_segs -= seg_skip;
1223                         iter->count -= bvec->bv_len + offset;
1224                         iter->iov_offset = offset & ~PAGE_MASK;
1225                 }
1226         }
1227
1228         return 0;
1229 }
1230
1231 static ssize_t io_import_iovec(struct io_ring_ctx *ctx, int rw,
1232                                const struct sqe_submit *s, struct iovec **iovec,
1233                                struct iov_iter *iter)
1234 {
1235         const struct io_uring_sqe *sqe = s->sqe;
1236         void __user *buf = u64_to_user_ptr(READ_ONCE(sqe->addr));
1237         size_t sqe_len = READ_ONCE(sqe->len);
1238         u8 opcode;
1239
1240         /*
1241          * We're reading ->opcode for the second time, but the first read
1242          * doesn't care whether it's _FIXED or not, so it doesn't matter
1243          * whether ->opcode changes concurrently. The first read does care
1244          * about whether it is a READ or a WRITE, so we don't trust this read
1245          * for that purpose and instead let the caller pass in the read/write
1246          * flag.
1247          */
1248         opcode = READ_ONCE(sqe->opcode);
1249         if (opcode == IORING_OP_READ_FIXED ||
1250             opcode == IORING_OP_WRITE_FIXED) {
1251                 ssize_t ret = io_import_fixed(ctx, rw, sqe, iter);
1252                 *iovec = NULL;
1253                 return ret;
1254         }
1255
1256         if (!s->has_user)
1257                 return -EFAULT;
1258
1259 #ifdef CONFIG_COMPAT
1260         if (ctx->compat)
1261                 return compat_import_iovec(rw, buf, sqe_len, UIO_FASTIOV,
1262                                                 iovec, iter);
1263 #endif
1264
1265         return import_iovec(rw, buf, sqe_len, UIO_FASTIOV, iovec, iter);
1266 }
1267
1268 static inline bool io_should_merge(struct async_list *al, struct kiocb *kiocb)
1269 {
1270         if (al->file == kiocb->ki_filp) {
1271                 off_t start, end;
1272
1273                 /*
1274                  * Allow merging if we're anywhere in the range of the same
1275                  * page. Generally this happens for sub-page reads or writes,
1276                  * and it's beneficial to allow the first worker to bring the
1277                  * page in and the piggy backed work can then work on the
1278                  * cached page.
1279                  */
1280                 start = al->io_start & PAGE_MASK;
1281                 end = (al->io_start + al->io_len + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
1282                 if (kiocb->ki_pos >= start && kiocb->ki_pos <= end)
1283                         return true;
1284         }
1285
1286         al->file = NULL;
1287         return false;
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Make a note of the last file/offset/direction we punted to async
1292  * context. We'll use this information to see if we can piggy back a
1293  * sequential request onto the previous one, if it's still hasn't been
1294  * completed by the async worker.
1295  */
1296 static void io_async_list_note(int rw, struct io_kiocb *req, size_t len)
1297 {
1298         struct async_list *async_list = &req->ctx->pending_async[rw];
1299         struct kiocb *kiocb = &req->rw;
1300         struct file *filp = kiocb->ki_filp;
1301
1302         if (io_should_merge(async_list, kiocb)) {
1303                 unsigned long max_bytes;
1304
1305                 /* Use 8x RA size as a decent limiter for both reads/writes */
1306                 max_bytes = filp->f_ra.ra_pages << (PAGE_SHIFT + 3);
1307                 if (!max_bytes)
1308                         max_bytes = VM_READAHEAD_PAGES << (PAGE_SHIFT + 3);
1309
1310                 /* If max len are exceeded, reset the state */
1311                 if (async_list->io_len + len <= max_bytes) {
1312                         req->flags |= REQ_F_SEQ_PREV;
1313                         async_list->io_len += len;
1314                 } else {
1315                         async_list->file = NULL;
1316                 }
1317         }
1318
1319         /* New file? Reset state. */
1320         if (async_list->file != filp) {
1321                 async_list->io_start = kiocb->ki_pos;
1322                 async_list->io_len = len;
1323                 async_list->file = filp;
1324         }
1325 }
1326
1327 /*
1328  * For files that don't have ->read_iter() and ->write_iter(), handle them
1329  * by looping over ->read() or ->write() manually.
1330  */
1331 static ssize_t loop_rw_iter(int rw, struct file *file, struct kiocb *kiocb,
1332                            struct iov_iter *iter)
1333 {
1334         ssize_t ret = 0;
1335
1336         /*
1337          * Don't support polled IO through this interface, and we can't
1338          * support non-blocking either. For the latter, this just causes
1339          * the kiocb to be handled from an async context.
1340          */
1341         if (kiocb->ki_flags & IOCB_HIPRI)
1342                 return -EOPNOTSUPP;
1343         if (kiocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1344                 return -EAGAIN;
1345
1346         while (iov_iter_count(iter)) {
1347                 struct iovec iovec = iov_iter_iovec(iter);
1348                 ssize_t nr;
1349
1350                 if (rw == READ) {
1351                         nr = file->f_op->read(file, iovec.iov_base,
1352                                               iovec.iov_len, &kiocb->ki_pos);
1353                 } else {
1354                         nr = file->f_op->write(file, iovec.iov_base,
1355                                                iovec.iov_len, &kiocb->ki_pos);
1356                 }
1357
1358                 if (nr < 0) {
1359                         if (!ret)
1360                                 ret = nr;
1361                         break;
1362                 }
1363                 ret += nr;
1364                 if (nr != iovec.iov_len)
1365                         break;
1366                 iov_iter_advance(iter, nr);
1367         }
1368
1369         return ret;
1370 }
1371
1372 static int io_read(struct io_kiocb *req, const struct sqe_submit *s,
1373                    bool force_nonblock)
1374 {
1375         struct iovec inline_vecs[UIO_FASTIOV], *iovec = inline_vecs;
1376         struct kiocb *kiocb = &req->rw;
1377         struct iov_iter iter;
1378         struct file *file;
1379         size_t iov_count;
1380         ssize_t read_size, ret;
1381
1382         ret = io_prep_rw(req, s, force_nonblock);
1383         if (ret)
1384                 return ret;
1385         file = kiocb->ki_filp;
1386
1387         if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_READ)))
1388                 return -EBADF;
1389
1390         ret = io_import_iovec(req->ctx, READ, s, &iovec, &iter);
1391         if (ret < 0)
1392                 return ret;
1393
1394         read_size = ret;
1395         if (req->flags & REQ_F_LINK)
1396                 req->result = read_size;
1397
1398         iov_count = iov_iter_count(&iter);
1399         ret = rw_verify_area(READ, file, &kiocb->ki_pos, iov_count);
1400         if (!ret) {
1401                 ssize_t ret2;
1402
1403                 if (file->f_op->read_iter)
1404                         ret2 = call_read_iter(file, kiocb, &iter);
1405                 else
1406                         ret2 = loop_rw_iter(READ, file, kiocb, &iter);
1407
1408                 /*
1409                  * In case of a short read, punt to async. This can happen
1410                  * if we have data partially cached. Alternatively we can
1411                  * return the short read, in which case the application will
1412                  * need to issue another SQE and wait for it. That SQE will
1413                  * need async punt anyway, so it's more efficient to do it
1414                  * here.
1415                  */
1416                 if (force_nonblock && !(req->flags & REQ_F_NOWAIT) &&
1417                     (req->flags & REQ_F_ISREG) &&
1418                     ret2 > 0 && ret2 < read_size)
1419                         ret2 = -EAGAIN;
1420                 /* Catch -EAGAIN return for forced non-blocking submission */
1421                 if (!force_nonblock || ret2 != -EAGAIN) {
1422                         io_rw_done(kiocb, ret2);
1423                 } else {
1424                         /*
1425                          * If ->needs_lock is true, we're already in async
1426                          * context.
1427                          */
1428                         if (!s->needs_lock)
1429                                 io_async_list_note(READ, req, iov_count);
1430                         ret = -EAGAIN;
1431                 }
1432         }
1433         kfree(iovec);
1434         return ret;
1435 }
1436
1437 static int io_write(struct io_kiocb *req, const struct sqe_submit *s,
1438                     bool force_nonblock)
1439 {
1440         struct iovec inline_vecs[UIO_FASTIOV], *iovec = inline_vecs;
1441         struct kiocb *kiocb = &req->rw;
1442         struct iov_iter iter;
1443         struct file *file;
1444         size_t iov_count;
1445         ssize_t ret;
1446
1447         ret = io_prep_rw(req, s, force_nonblock);
1448         if (ret)
1449                 return ret;
1450
1451         file = kiocb->ki_filp;
1452         if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_WRITE)))
1453                 return -EBADF;
1454
1455         ret = io_import_iovec(req->ctx, WRITE, s, &iovec, &iter);
1456         if (ret < 0)
1457                 return ret;
1458
1459         if (req->flags & REQ_F_LINK)
1460                 req->result = ret;
1461
1462         iov_count = iov_iter_count(&iter);
1463
1464         ret = -EAGAIN;
1465         if (force_nonblock && !(kiocb->ki_flags & IOCB_DIRECT)) {
1466                 /* If ->needs_lock is true, we're already in async context. */
1467                 if (!s->needs_lock)
1468                         io_async_list_note(WRITE, req, iov_count);
1469                 goto out_free;
1470         }
1471
1472         ret = rw_verify_area(WRITE, file, &kiocb->ki_pos, iov_count);
1473         if (!ret) {
1474                 ssize_t ret2;
1475
1476                 /*
1477                  * Open-code file_start_write here to grab freeze protection,
1478                  * which will be released by another thread in
1479                  * io_complete_rw().  Fool lockdep by telling it the lock got
1480                  * released so that it doesn't complain about the held lock when
1481                  * we return to userspace.
1482                  */
1483                 if (req->flags & REQ_F_ISREG) {
1484                         __sb_start_write(file_inode(file)->i_sb,
1485                                                 SB_FREEZE_WRITE, true);
1486                         __sb_writers_release(file_inode(file)->i_sb,
1487                                                 SB_FREEZE_WRITE);
1488                 }
1489                 kiocb->ki_flags |= IOCB_WRITE;
1490
1491                 if (file->f_op->write_iter)
1492                         ret2 = call_write_iter(file, kiocb, &iter);
1493                 else
1494                         ret2 = loop_rw_iter(WRITE, file, kiocb, &iter);
1495                 if (!force_nonblock || ret2 != -EAGAIN) {
1496                         io_rw_done(kiocb, ret2);
1497                 } else {
1498                         /*
1499                          * If ->needs_lock is true, we're already in async
1500                          * context.
1501                          */
1502                         if (!s->needs_lock)
1503                                 io_async_list_note(WRITE, req, iov_count);
1504                         ret = -EAGAIN;
1505                 }
1506         }
1507 out_free:
1508         kfree(iovec);
1509         return ret;
1510 }
1511
1512 /*
1513  * IORING_OP_NOP just posts a completion event, nothing else.
1514  */
1515 static int io_nop(struct io_kiocb *req, u64 user_data)
1516 {
1517         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1518         long err = 0;
1519
1520         if (unlikely(ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1521                 return -EINVAL;
1522
1523         io_cqring_add_event(ctx, user_data, err);
1524         io_put_req(req);
1525         return 0;
1526 }
1527
1528 static int io_prep_fsync(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
1529 {
1530         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1531
1532         if (!req->file)
1533                 return -EBADF;
1534
1535         if (unlikely(ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1536                 return -EINVAL;
1537         if (unlikely(sqe->addr || sqe->ioprio || sqe->buf_index))
1538                 return -EINVAL;
1539
1540         return 0;
1541 }
1542
1543 static int io_fsync(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
1544                     bool force_nonblock)
1545 {
1546         loff_t sqe_off = READ_ONCE(sqe->off);
1547         loff_t sqe_len = READ_ONCE(sqe->len);
1548         loff_t end = sqe_off + sqe_len;
1549         unsigned fsync_flags;
1550         int ret;
1551
1552         fsync_flags = READ_ONCE(sqe->fsync_flags);
1553         if (unlikely(fsync_flags & ~IORING_FSYNC_DATASYNC))
1554                 return -EINVAL;
1555
1556         ret = io_prep_fsync(req, sqe);
1557         if (ret)
1558                 return ret;
1559
1560         /* fsync always requires a blocking context */
1561         if (force_nonblock)
1562                 return -EAGAIN;
1563
1564         ret = vfs_fsync_range(req->rw.ki_filp, sqe_off,
1565                                 end > 0 ? end : LLONG_MAX,
1566                                 fsync_flags & IORING_FSYNC_DATASYNC);
1567
1568         if (ret < 0 && (req->flags & REQ_F_LINK))
1569                 req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
1570         io_cqring_add_event(req->ctx, sqe->user_data, ret);
1571         io_put_req(req);
1572         return 0;
1573 }
1574
1575 static int io_prep_sfr(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
1576 {
1577         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1578         int ret = 0;
1579
1580         if (!req->file)
1581                 return -EBADF;
1582
1583         if (unlikely(ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1584                 return -EINVAL;
1585         if (unlikely(sqe->addr || sqe->ioprio || sqe->buf_index))
1586                 return -EINVAL;
1587
1588         return ret;
1589 }
1590
1591 static int io_sync_file_range(struct io_kiocb *req,
1592                               const struct io_uring_sqe *sqe,
1593                               bool force_nonblock)
1594 {
1595         loff_t sqe_off;
1596         loff_t sqe_len;
1597         unsigned flags;
1598         int ret;
1599
1600         ret = io_prep_sfr(req, sqe);
1601         if (ret)
1602                 return ret;
1603
1604         /* sync_file_range always requires a blocking context */
1605         if (force_nonblock)
1606                 return -EAGAIN;
1607
1608         sqe_off = READ_ONCE(sqe->off);
1609         sqe_len = READ_ONCE(sqe->len);
1610         flags = READ_ONCE(sqe->sync_range_flags);
1611
1612         ret = sync_file_range(req->rw.ki_filp, sqe_off, sqe_len, flags);
1613
1614         if (ret < 0 && (req->flags & REQ_F_LINK))
1615                 req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
1616         io_cqring_add_event(req->ctx, sqe->user_data, ret);
1617         io_put_req(req);
1618         return 0;
1619 }
1620
1621 #if defined(CONFIG_NET)
1622 static int io_send_recvmsg(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
1623                            bool force_nonblock,
1624                    long (*fn)(struct socket *, struct user_msghdr __user *,
1625                                 unsigned int))
1626 {
1627         struct socket *sock;
1628         int ret;
1629
1630         if (unlikely(req->ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1631                 return -EINVAL;
1632
1633         sock = sock_from_file(req->file, &ret);
1634         if (sock) {
1635                 struct user_msghdr __user *msg;
1636                 unsigned flags;
1637
1638                 flags = READ_ONCE(sqe->msg_flags);
1639                 if (flags & MSG_DONTWAIT)
1640                         req->flags |= REQ_F_NOWAIT;
1641                 else if (force_nonblock)
1642                         flags |= MSG_DONTWAIT;
1643
1644                 msg = (struct user_msghdr __user *) (unsigned long)
1645                         READ_ONCE(sqe->addr);
1646
1647                 ret = fn(sock, msg, flags);
1648                 if (force_nonblock && ret == -EAGAIN)
1649                         return ret;
1650         }
1651
1652         io_cqring_add_event(req->ctx, sqe->user_data, ret);
1653         io_put_req(req);
1654         return 0;
1655 }
1656 #endif
1657
1658 static int io_sendmsg(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
1659                       bool force_nonblock)
1660 {
1661 #if defined(CONFIG_NET)
1662         return io_send_recvmsg(req, sqe, force_nonblock, __sys_sendmsg_sock);
1663 #else
1664         return -EOPNOTSUPP;
1665 #endif
1666 }
1667
1668 static int io_recvmsg(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
1669                       bool force_nonblock)
1670 {
1671 #if defined(CONFIG_NET)
1672         return io_send_recvmsg(req, sqe, force_nonblock, __sys_recvmsg_sock);
1673 #else
1674         return -EOPNOTSUPP;
1675 #endif
1676 }
1677
1678 static void io_poll_remove_one(struct io_kiocb *req)
1679 {
1680         struct io_poll_iocb *poll = &req->poll;
1681
1682         spin_lock(&poll->head->lock);
1683         WRITE_ONCE(poll->canceled, true);
1684         if (!list_empty(&poll->wait.entry)) {
1685                 list_del_init(&poll->wait.entry);
1686                 io_queue_async_work(req->ctx, req);
1687         }
1688         spin_unlock(&poll->head->lock);
1689
1690         list_del_init(&req->list);
1691 }
1692
1693 static void io_poll_remove_all(struct io_ring_ctx *ctx)
1694 {
1695         struct io_kiocb *req;
1696
1697         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1698         while (!list_empty(&ctx->cancel_list)) {
1699                 req = list_first_entry(&ctx->cancel_list, struct io_kiocb,list);
1700                 io_poll_remove_one(req);
1701         }
1702         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Find a running poll command that matches one specified in sqe->addr,
1707  * and remove it if found.
1708  */
1709 static int io_poll_remove(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
1710 {
1711         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1712         struct io_kiocb *poll_req, *next;
1713         int ret = -ENOENT;
1714
1715         if (unlikely(req->ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1716                 return -EINVAL;
1717         if (sqe->ioprio || sqe->off || sqe->len || sqe->buf_index ||
1718             sqe->poll_events)
1719                 return -EINVAL;
1720
1721         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1722         list_for_each_entry_safe(poll_req, next, &ctx->cancel_list, list) {
1723                 if (READ_ONCE(sqe->addr) == poll_req->user_data) {
1724                         io_poll_remove_one(poll_req);
1725                         ret = 0;
1726                         break;
1727                 }
1728         }
1729         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1730
1731         io_cqring_add_event(req->ctx, sqe->user_data, ret);
1732         io_put_req(req);
1733         return 0;
1734 }
1735
1736 static void io_poll_complete(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
1737                              __poll_t mask)
1738 {
1739         req->poll.done = true;
1740         io_cqring_fill_event(ctx, req->user_data, mangle_poll(mask));
1741         io_commit_cqring(ctx);
1742 }
1743
1744 static void io_poll_complete_work(struct work_struct *work)
1745 {
1746         struct io_kiocb *req = container_of(work, struct io_kiocb, work);
1747         struct io_poll_iocb *poll = &req->poll;
1748         struct poll_table_struct pt = { ._key = poll->events };
1749         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1750         __poll_t mask = 0;
1751
1752         if (!READ_ONCE(poll->canceled))
1753                 mask = vfs_poll(poll->file, &pt) & poll->events;
1754
1755         /*
1756          * Note that ->ki_cancel callers also delete iocb from active_reqs after
1757          * calling ->ki_cancel.  We need the ctx_lock roundtrip here to
1758          * synchronize with them.  In the cancellation case the list_del_init
1759          * itself is not actually needed, but harmless so we keep it in to
1760          * avoid further branches in the fast path.
1761          */
1762         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1763         if (!mask && !READ_ONCE(poll->canceled)) {
1764                 add_wait_queue(poll->head, &poll->wait);
1765                 spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1766                 return;
1767         }
1768         list_del_init(&req->list);
1769         io_poll_complete(ctx, req, mask);
1770         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1771
1772         io_cqring_ev_posted(ctx);
1773         io_put_req(req);
1774 }
1775
1776 static int io_poll_wake(struct wait_queue_entry *wait, unsigned mode, int sync,
1777                         void *key)
1778 {
1779         struct io_poll_iocb *poll = container_of(wait, struct io_poll_iocb,
1780                                                         wait);
1781         struct io_kiocb *req = container_of(poll, struct io_kiocb, poll);
1782         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1783         __poll_t mask = key_to_poll(key);
1784         unsigned long flags;
1785
1786         /* for instances that support it check for an event match first: */
1787         if (mask && !(mask & poll->events))
1788                 return 0;
1789
1790         list_del_init(&poll->wait.entry);
1791
1792         if (mask && spin_trylock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags)) {
1793                 list_del(&req->list);
1794                 io_poll_complete(ctx, req, mask);
1795                 spin_unlock_irqrestore(&ctx->completion_lock, flags);
1796
1797                 io_cqring_ev_posted(ctx);
1798                 io_put_req(req);
1799         } else {
1800                 io_queue_async_work(ctx, req);
1801         }
1802
1803         return 1;
1804 }
1805
1806 struct io_poll_table {
1807         struct poll_table_struct pt;
1808         struct io_kiocb *req;
1809         int error;
1810 };
1811
1812 static void io_poll_queue_proc(struct file *file, struct wait_queue_head *head,
1813                                struct poll_table_struct *p)
1814 {
1815         struct io_poll_table *pt = container_of(p, struct io_poll_table, pt);
1816
1817         if (unlikely(pt->req->poll.head)) {
1818                 pt->error = -EINVAL;
1819                 return;
1820         }
1821
1822         pt->error = 0;
1823         pt->req->poll.head = head;
1824         add_wait_queue(head, &pt->req->poll.wait);
1825 }
1826
1827 static int io_poll_add(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
1828 {
1829         struct io_poll_iocb *poll = &req->poll;
1830         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1831         struct io_poll_table ipt;
1832         bool cancel = false;
1833         __poll_t mask;
1834         u16 events;
1835
1836         if (unlikely(req->ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1837                 return -EINVAL;
1838         if (sqe->addr || sqe->ioprio || sqe->off || sqe->len || sqe->buf_index)
1839                 return -EINVAL;
1840         if (!poll->file)
1841                 return -EBADF;
1842
1843         req->submit.sqe = NULL;
1844         INIT_WORK(&req->work, io_poll_complete_work);
1845         events = READ_ONCE(sqe->poll_events);
1846         poll->events = demangle_poll(events) | EPOLLERR | EPOLLHUP;
1847
1848         poll->head = NULL;
1849         poll->done = false;
1850         poll->canceled = false;
1851
1852         ipt.pt._qproc = io_poll_queue_proc;
1853         ipt.pt._key = poll->events;
1854         ipt.req = req;
1855         ipt.error = -EINVAL; /* same as no support for IOCB_CMD_POLL */
1856
1857         /* initialized the list so that we can do list_empty checks */
1858         INIT_LIST_HEAD(&poll->wait.entry);
1859         init_waitqueue_func_entry(&poll->wait, io_poll_wake);
1860
1861         INIT_LIST_HEAD(&req->list);
1862
1863         mask = vfs_poll(poll->file, &ipt.pt) & poll->events;
1864
1865         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1866         if (likely(poll->head)) {
1867                 spin_lock(&poll->head->lock);
1868                 if (unlikely(list_empty(&poll->wait.entry))) {
1869                         if (ipt.error)
1870                                 cancel = true;
1871                         ipt.error = 0;
1872                         mask = 0;
1873                 }
1874                 if (mask || ipt.error)
1875                         list_del_init(&poll->wait.entry);
1876                 else if (cancel)
1877                         WRITE_ONCE(poll->canceled, true);
1878                 else if (!poll->done) /* actually waiting for an event */
1879                         list_add_tail(&req->list, &ctx->cancel_list);
1880                 spin_unlock(&poll->head->lock);
1881         }
1882         if (mask) { /* no async, we'd stolen it */
1883                 ipt.error = 0;
1884                 io_poll_complete(ctx, req, mask);
1885         }
1886         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1887
1888         if (mask) {
1889                 io_cqring_ev_posted(ctx);
1890                 io_put_req(req);
1891         }
1892         return ipt.error;
1893 }
1894
1895 static enum hrtimer_restart io_timeout_fn(struct hrtimer *timer)
1896 {
1897         struct io_ring_ctx *ctx;
1898         struct io_kiocb *req, *prev;
1899         unsigned long flags;
1900
1901         req = container_of(timer, struct io_kiocb, timeout.timer);
1902         ctx = req->ctx;
1903         atomic_inc(&ctx->cq_timeouts);
1904
1905         spin_lock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags);
1906         /*
1907          * Adjust the reqs sequence before the current one because it
1908          * will consume a slot in the cq_ring and the the cq_tail pointer
1909          * will be increased, otherwise other timeout reqs may return in
1910          * advance without waiting for enough wait_nr.
1911          */
1912         prev = req;
1913         list_for_each_entry_continue_reverse(prev, &ctx->timeout_list, list)
1914                 prev->sequence++;
1915         list_del(&req->list);
1916
1917         io_cqring_fill_event(ctx, req->user_data, -ETIME);
1918         io_commit_cqring(ctx);
1919         spin_unlock_irqrestore(&ctx->completion_lock, flags);
1920
1921         io_cqring_ev_posted(ctx);
1922
1923         io_put_req(req);
1924         return HRTIMER_NORESTART;
1925 }
1926
1927 static int io_timeout(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
1928 {
1929         unsigned count;
1930         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
1931         struct list_head *entry;
1932         struct timespec64 ts;
1933         unsigned span = 0;
1934
1935         if (unlikely(ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL))
1936                 return -EINVAL;
1937         if (sqe->flags || sqe->ioprio || sqe->buf_index || sqe->timeout_flags ||
1938             sqe->len != 1)
1939                 return -EINVAL;
1940
1941         if (get_timespec64(&ts, u64_to_user_ptr(sqe->addr)))
1942                 return -EFAULT;
1943
1944         /*
1945          * sqe->off holds how many events that need to occur for this
1946          * timeout event to be satisfied.
1947          */
1948         count = READ_ONCE(sqe->off);
1949         if (!count)
1950                 count = 1;
1951
1952         req->sequence = ctx->cached_sq_head + count - 1;
1953         /* reuse it to store the count */
1954         req->submit.sequence = count;
1955         req->flags |= REQ_F_TIMEOUT;
1956
1957         /*
1958          * Insertion sort, ensuring the first entry in the list is always
1959          * the one we need first.
1960          */
1961         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1962         list_for_each_prev(entry, &ctx->timeout_list) {
1963                 struct io_kiocb *nxt = list_entry(entry, struct io_kiocb, list);
1964                 unsigned nxt_sq_head;
1965                 long long tmp, tmp_nxt;
1966
1967                 /*
1968                  * Since cached_sq_head + count - 1 can overflow, use type long
1969                  * long to store it.
1970                  */
1971                 tmp = (long long)ctx->cached_sq_head + count - 1;
1972                 nxt_sq_head = nxt->sequence - nxt->submit.sequence + 1;
1973                 tmp_nxt = (long long)nxt_sq_head + nxt->submit.sequence - 1;
1974
1975                 /*
1976                  * cached_sq_head may overflow, and it will never overflow twice
1977                  * once there is some timeout req still be valid.
1978                  */
1979                 if (ctx->cached_sq_head < nxt_sq_head)
1980                         tmp += UINT_MAX;
1981
1982                 if (tmp > tmp_nxt)
1983                         break;
1984
1985                 /*
1986                  * Sequence of reqs after the insert one and itself should
1987                  * be adjusted because each timeout req consumes a slot.
1988                  */
1989                 span++;
1990                 nxt->sequence++;
1991         }
1992         req->sequence -= span;
1993         list_add(&req->list, entry);
1994         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1995
1996         hrtimer_init(&req->timeout.timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
1997         req->timeout.timer.function = io_timeout_fn;
1998         hrtimer_start(&req->timeout.timer, timespec64_to_ktime(ts),
1999                         HRTIMER_MODE_REL);
2000         return 0;
2001 }
2002
2003 static int io_req_defer(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
2004                         const struct io_uring_sqe *sqe)
2005 {
2006         struct io_uring_sqe *sqe_copy;
2007
2008         if (!io_sequence_defer(ctx, req) && list_empty(&ctx->defer_list))
2009                 return 0;
2010
2011         sqe_copy = kmalloc(sizeof(*sqe_copy), GFP_KERNEL);
2012         if (!sqe_copy)
2013                 return -EAGAIN;
2014
2015         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
2016         if (!io_sequence_defer(ctx, req) && list_empty(&ctx->defer_list)) {
2017                 spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
2018                 kfree(sqe_copy);
2019                 return 0;
2020         }
2021
2022         memcpy(sqe_copy, sqe, sizeof(*sqe_copy));
2023         req->submit.sqe = sqe_copy;
2024
2025         INIT_WORK(&req->work, io_sq_wq_submit_work);
2026         list_add_tail(&req->list, &ctx->defer_list);
2027         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
2028         return -EIOCBQUEUED;
2029 }
2030
2031 static int __io_submit_sqe(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
2032                            const struct sqe_submit *s, bool force_nonblock)
2033 {
2034         int ret, opcode;
2035
2036         req->user_data = READ_ONCE(s->sqe->user_data);
2037
2038         if (unlikely(s->index >= ctx->sq_entries))
2039                 return -EINVAL;
2040
2041         opcode = READ_ONCE(s->sqe->opcode);
2042         switch (opcode) {
2043         case IORING_OP_NOP:
2044                 ret = io_nop(req, req->user_data);
2045                 break;
2046         case IORING_OP_READV:
2047                 if (unlikely(s->sqe->buf_index))
2048                         return -EINVAL;
2049                 ret = io_read(req, s, force_nonblock);
2050                 break;
2051         case IORING_OP_WRITEV:
2052                 if (unlikely(s->sqe->buf_index))
2053                         return -EINVAL;
2054                 ret = io_write(req, s, force_nonblock);
2055                 break;
2056         case IORING_OP_READ_FIXED:
2057                 ret = io_read(req, s, force_nonblock);
2058                 break;
2059         case IORING_OP_WRITE_FIXED:
2060                 ret = io_write(req, s, force_nonblock);
2061                 break;
2062         case IORING_OP_FSYNC:
2063                 ret = io_fsync(req, s->sqe, force_nonblock);
2064                 break;
2065         case IORING_OP_POLL_ADD:
2066                 ret = io_poll_add(req, s->sqe);
2067                 break;
2068         case IORING_OP_POLL_REMOVE:
2069                 ret = io_poll_remove(req, s->sqe);
2070                 break;
2071         case IORING_OP_SYNC_FILE_RANGE:
2072                 ret = io_sync_file_range(req, s->sqe, force_nonblock);
2073                 break;
2074         case IORING_OP_SENDMSG:
2075                 ret = io_sendmsg(req, s->sqe, force_nonblock);
2076                 break;
2077         case IORING_OP_RECVMSG:
2078                 ret = io_recvmsg(req, s->sqe, force_nonblock);
2079                 break;
2080         case IORING_OP_TIMEOUT:
2081                 ret = io_timeout(req, s->sqe);
2082                 break;
2083         default:
2084                 ret = -EINVAL;
2085                 break;
2086         }
2087
2088         if (ret)
2089                 return ret;
2090
2091         if (ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL) {
2092                 if (req->result == -EAGAIN)
2093                         return -EAGAIN;
2094
2095                 /* workqueue context doesn't hold uring_lock, grab it now */
2096                 if (s->needs_lock)
2097                         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
2098                 io_iopoll_req_issued(req);
2099                 if (s->needs_lock)
2100                         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
2101         }
2102
2103         return 0;
2104 }
2105
2106 static struct async_list *io_async_list_from_sqe(struct io_ring_ctx *ctx,
2107                                                  const struct io_uring_sqe *sqe)
2108 {
2109         switch (sqe->opcode) {
2110         case IORING_OP_READV:
2111         case IORING_OP_READ_FIXED:
2112                 return &ctx->pending_async[READ];
2113         case IORING_OP_WRITEV:
2114         case IORING_OP_WRITE_FIXED:
2115                 return &ctx->pending_async[WRITE];
2116         default:
2117                 return NULL;
2118         }
2119 }
2120
2121 static inline bool io_sqe_needs_user(const struct io_uring_sqe *sqe)
2122 {
2123         u8 opcode = READ_ONCE(sqe->opcode);
2124
2125         return !(opcode == IORING_OP_READ_FIXED ||
2126                  opcode == IORING_OP_WRITE_FIXED);
2127 }
2128
2129 static void io_sq_wq_submit_work(struct work_struct *work)
2130 {
2131         struct io_kiocb *req = container_of(work, struct io_kiocb, work);
2132         struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
2133         struct mm_struct *cur_mm = NULL;
2134         struct async_list *async_list;
2135         LIST_HEAD(req_list);
2136         mm_segment_t old_fs;
2137         int ret;
2138
2139         async_list = io_async_list_from_sqe(ctx, req->submit.sqe);
2140 restart:
2141         do {
2142                 struct sqe_submit *s = &req->submit;
2143                 const struct io_uring_sqe *sqe = s->sqe;
2144                 unsigned int flags = req->flags;
2145
2146                 /* Ensure we clear previously set non-block flag */
2147                 req->rw.ki_flags &= ~IOCB_NOWAIT;
2148
2149                 ret = 0;
2150                 if (io_sqe_needs_user(sqe) && !cur_mm) {
2151                         if (!mmget_not_zero(ctx->sqo_mm)) {
2152                                 ret = -EFAULT;
2153                         } else {
2154                                 cur_mm = ctx->sqo_mm;
2155                                 use_mm(cur_mm);
2156                                 old_fs = get_fs();
2157                                 set_fs(USER_DS);
2158                         }
2159                 }
2160
2161                 if (!ret) {
2162                         s->has_user = cur_mm != NULL;
2163                         s->needs_lock = true;
2164                         do {
2165                                 ret = __io_submit_sqe(ctx, req, s, false);
2166                                 /*
2167                                  * We can get EAGAIN for polled IO even though
2168                                  * we're forcing a sync submission from here,
2169                                  * since we can't wait for request slots on the
2170                                  * block side.
2171                                  */
2172                                 if (ret != -EAGAIN)
2173                                         break;
2174                                 cond_resched();
2175                         } while (1);
2176                 }
2177
2178                 /* drop submission reference */
2179                 io_put_req(req);
2180
2181                 if (ret) {
2182                         io_cqring_add_event(ctx, sqe->user_data, ret);
2183                         io_put_req(req);
2184                 }
2185
2186                 /* async context always use a copy of the sqe */
2187                 kfree(sqe);
2188
2189                 /* req from defer and link list needn't decrease async cnt */
2190                 if (flags & (REQ_F_IO_DRAINED | REQ_F_LINK_DONE))
2191                         goto out;
2192
2193                 if (!async_list)
2194                         break;
2195                 if (!list_empty(&req_list)) {
2196                         req = list_first_entry(&req_list, struct io_kiocb,
2197                                                 list);
2198                         list_del(&req->list);
2199                         continue;
2200                 }
2201                 if (list_empty(&async_list->list))
2202                         break;
2203
2204                 req = NULL;
2205                 spin_lock(&async_list->lock);
2206                 if (list_empty(&async_list->list)) {
2207                         spin_unlock(&async_list->lock);
2208                         break;
2209                 }
2210                 list_splice_init(&async_list->list, &req_list);
2211                 spin_unlock(&async_list->lock);
2212
2213                 req = list_first_entry(&req_list, struct io_kiocb, list);
2214                 list_del(&req->list);
2215         } while (req);
2216
2217         /*
2218          * Rare case of racing with a submitter. If we find the count has
2219          * dropped to zero AND we have pending work items, then restart
2220          * the processing. This is a tiny race window.
2221          */
2222         if (async_list) {
2223                 ret = atomic_dec_return(&async_list->cnt);
2224                 while (!ret && !list_empty(&async_list->list)) {
2225                         spin_lock(&async_list->lock);
2226                         atomic_inc(&async_list->cnt);
2227                         list_splice_init(&async_list->list, &req_list);
2228                         spin_unlock(&async_list->lock);
2229
2230                         if (!list_empty(&req_list)) {
2231                                 req = list_first_entry(&req_list,
2232                                                         struct io_kiocb, list);
2233                                 list_del(&req->list);
2234                                 goto restart;
2235                         }
2236                         ret = atomic_dec_return(&async_list->cnt);
2237                 }
2238         }
2239
2240 out:
2241         if (cur_mm) {
2242                 set_fs(old_fs);
2243                 unuse_mm(cur_mm);
2244                 mmput(cur_mm);
2245         }
2246 }
2247
2248 /*
2249  * See if we can piggy back onto previously submitted work, that is still
2250  * running. We currently only allow this if the new request is sequential
2251  * to the previous one we punted.
2252  */
2253 static bool io_add_to_prev_work(struct async_list *list, struct io_kiocb *req)
2254 {
2255         bool ret;
2256
2257         if (!list)
2258                 return false;
2259         if (!(req->flags & REQ_F_SEQ_PREV))
2260                 return false;
2261         if (!atomic_read(&list->cnt))
2262                 return false;
2263
2264         ret = true;
2265         spin_lock(&list->lock);
2266         list_add_tail(&req->list, &list->list);
2267         /*
2268          * Ensure we see a simultaneous modification from io_sq_wq_submit_work()
2269          */
2270         smp_mb();
2271         if (!atomic_read(&list->cnt)) {
2272                 list_del_init(&req->list);
2273                 ret = false;
2274         }
2275         spin_unlock(&list->lock);
2276         return ret;
2277 }
2278
2279 static bool io_op_needs_file(const struct io_uring_sqe *sqe)
2280 {
2281         int op = READ_ONCE(sqe->opcode);
2282
2283         switch (op) {
2284         case IORING_OP_NOP:
2285         case IORING_OP_POLL_REMOVE:
2286                 return false;
2287         default:
2288                 return true;
2289         }
2290 }
2291
2292 static int io_req_set_file(struct io_ring_ctx *ctx, const struct sqe_submit *s,
2293                            struct io_submit_state *state, struct io_kiocb *req)
2294 {
2295         unsigned flags;
2296         int fd;
2297
2298         flags = READ_ONCE(s->sqe->flags);
2299         fd = READ_ONCE(s->sqe->fd);
2300
2301         if (flags & IOSQE_IO_DRAIN)
2302                 req->flags |= REQ_F_IO_DRAIN;
2303         /*
2304          * All io need record the previous position, if LINK vs DARIN,
2305          * it can be used to mark the position of the first IO in the
2306          * link list.
2307          */
2308         req->sequence = s->sequence;
2309
2310         if (!io_op_needs_file(s->sqe))
2311                 return 0;
2312
2313         if (flags & IOSQE_FIXED_FILE) {
2314                 if (unlikely(!ctx->user_files ||
2315                     (unsigned) fd >= ctx->nr_user_files))
2316                         return -EBADF;
2317                 req->file = ctx->user_files[fd];
2318                 req->flags |= REQ_F_FIXED_FILE;
2319         } else {
2320                 if (s->needs_fixed_file)
2321                         return -EBADF;
2322                 req->file = io_file_get(state, fd);
2323                 if (unlikely(!req->file))
2324                         return -EBADF;
2325         }
2326
2327         return 0;
2328 }
2329
2330 static int __io_queue_sqe(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
2331                         struct sqe_submit *s)
2332 {
2333         int ret;
2334
2335         ret = __io_submit_sqe(ctx, req, s, true);
2336
2337         /*
2338          * We async punt it if the file wasn't marked NOWAIT, or if the file
2339          * doesn't support non-blocking read/write attempts
2340          */
2341         if (ret == -EAGAIN && (!(req->flags & REQ_F_NOWAIT) ||
2342             (req->flags & REQ_F_MUST_PUNT))) {
2343                 struct io_uring_sqe *sqe_copy;
2344
2345                 sqe_copy = kmemdup(s->sqe, sizeof(*sqe_copy), GFP_KERNEL);
2346                 if (sqe_copy) {
2347                         struct async_list *list;
2348
2349                         s->sqe = sqe_copy;
2350                         memcpy(&req->submit, s, sizeof(*s));
2351                         list = io_async_list_from_sqe(ctx, s->sqe);
2352                         if (!io_add_to_prev_work(list, req)) {
2353                                 if (list)
2354                                         atomic_inc(&list->cnt);
2355                                 INIT_WORK(&req->work, io_sq_wq_submit_work);
2356                                 io_queue_async_work(ctx, req);
2357                         }
2358
2359                         /*
2360                          * Queued up for async execution, worker will release
2361                          * submit reference when the iocb is actually submitted.
2362                          */
2363                         return 0;
2364                 }
2365         }
2366
2367         /* drop submission reference */
2368         io_put_req(req);
2369
2370         /* and drop final reference, if we failed */
2371         if (ret) {
2372                 io_cqring_add_event(ctx, req->user_data, ret);
2373                 if (req->flags & REQ_F_LINK)
2374                         req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
2375                 io_put_req(req);
2376         }
2377
2378         return ret;
2379 }
2380
2381 static int io_queue_sqe(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
2382                         struct sqe_submit *s)
2383 {
2384         int ret;
2385
2386         ret = io_req_defer(ctx, req, s->sqe);
2387         if (ret) {
2388                 if (ret != -EIOCBQUEUED) {
2389                         io_free_req(req);
2390                         io_cqring_add_event(ctx, s->sqe->user_data, ret);
2391                 }
2392                 return 0;
2393         }
2394
2395         return __io_queue_sqe(ctx, req, s);
2396 }
2397
2398 static int io_queue_link_head(struct io_ring_ctx *ctx, struct io_kiocb *req,
2399                               struct sqe_submit *s, struct io_kiocb *shadow)
2400 {
2401         int ret;
2402         int need_submit = false;
2403
2404         if (!shadow)
2405                 return io_queue_sqe(ctx, req, s);
2406
2407         /*
2408          * Mark the first IO in link list as DRAIN, let all the following
2409          * IOs enter the defer list. all IO needs to be completed before link
2410          * list.
2411          */
2412         req->flags |= REQ_F_IO_DRAIN;
2413         ret = io_req_defer(ctx, req, s->sqe);
2414         if (ret) {
2415                 if (ret != -EIOCBQUEUED) {
2416                         io_free_req(req);
2417                         __io_free_req(shadow);
2418                         io_cqring_add_event(ctx, s->sqe->user_data, ret);
2419                         return 0;
2420                 }
2421         } else {
2422                 /*
2423                  * If ret == 0 means that all IOs in front of link io are
2424                  * running done. let's queue link head.
2425                  */
2426                 need_submit = true;
2427         }
2428
2429         /* Insert shadow req to defer_list, blocking next IOs */
2430         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
2431         list_add_tail(&shadow->list, &ctx->defer_list);
2432         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
2433
2434         if (need_submit)
2435                 return __io_queue_sqe(ctx, req, s);
2436
2437         return 0;
2438 }
2439
2440 #define SQE_VALID_FLAGS (IOSQE_FIXED_FILE|IOSQE_IO_DRAIN|IOSQE_IO_LINK)
2441
2442 static void io_submit_sqe(struct io_ring_ctx *ctx, struct sqe_submit *s,
2443                           struct io_submit_state *state, struct io_kiocb **link)
2444 {
2445         struct io_uring_sqe *sqe_copy;
2446         struct io_kiocb *req;
2447         int ret;
2448
2449         /* enforce forwards compatibility on users */
2450         if (unlikely(s->sqe->flags & ~SQE_VALID_FLAGS)) {
2451                 ret = -EINVAL;
2452                 goto err;
2453         }
2454
2455         req = io_get_req(ctx, state);
2456         if (unlikely(!req)) {
2457                 ret = -EAGAIN;
2458                 goto err;
2459         }
2460
2461         ret = io_req_set_file(ctx, s, state, req);
2462         if (unlikely(ret)) {
2463 err_req:
2464                 io_free_req(req);
2465 err:
2466                 io_cqring_add_event(ctx, s->sqe->user_data, ret);
2467                 return;
2468         }
2469
2470         req->user_data = s->sqe->user_data;
2471
2472         /*
2473          * If we already have a head request, queue this one for async
2474          * submittal once the head completes. If we don't have a head but
2475          * IOSQE_IO_LINK is set in the sqe, start a new head. This one will be
2476          * submitted sync once the chain is complete. If none of those
2477          * conditions are true (normal request), then just queue it.
2478          */
2479         if (*link) {
2480                 struct io_kiocb *prev = *link;
2481
2482                 sqe_copy = kmemdup(s->sqe, sizeof(*sqe_copy), GFP_KERNEL);
2483                 if (!sqe_copy) {
2484                         ret = -EAGAIN;
2485                         goto err_req;
2486                 }
2487
2488                 s->sqe = sqe_copy;
2489                 memcpy(&req->submit, s, sizeof(*s));
2490                 list_add_tail(&req->list, &prev->link_list);
2491         } else if (s->sqe->flags & IOSQE_IO_LINK) {
2492                 req->flags |= REQ_F_LINK;
2493
2494                 memcpy(&req->submit, s, sizeof(*s));
2495                 INIT_LIST_HEAD(&req->link_list);
2496                 *link = req;
2497         } else {
2498                 io_queue_sqe(ctx, req, s);
2499         }
2500 }
2501
2502 /*
2503  * Batched submission is done, ensure local IO is flushed out.
2504  */
2505 static void io_submit_state_end(struct io_submit_state *state)
2506 {
2507         blk_finish_plug(&state->plug);
2508         io_file_put(state);
2509         if (state->free_reqs)
2510                 kmem_cache_free_bulk(req_cachep, state->free_reqs,
2511                                         &state->reqs[state->cur_req]);
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Start submission side cache.
2516  */
2517 static void io_submit_state_start(struct io_submit_state *state,
2518                                   struct io_ring_ctx *ctx, unsigned max_ios)
2519 {
2520         blk_start_plug(&state->plug);
2521         state->free_reqs = 0;
2522         state->file = NULL;
2523         state->ios_left = max_ios;
2524 }
2525
2526 static void io_commit_sqring(struct io_ring_ctx *ctx)
2527 {
2528         struct io_rings *rings = ctx->rings;
2529
2530         if (ctx->cached_sq_head != READ_ONCE(rings->sq.head)) {
2531                 /*
2532                  * Ensure any loads from the SQEs are done at this point,
2533                  * since once we write the new head, the application could
2534                  * write new data to them.
2535                  */
2536                 smp_store_release(&rings->sq.head, ctx->cached_sq_head);
2537         }
2538 }
2539
2540 /*
2541  * Fetch an sqe, if one is available. Note that s->sqe will point to memory
2542  * that is mapped by userspace. This means that care needs to be taken to
2543  * ensure that reads are stable, as we cannot rely on userspace always
2544  * being a good citizen. If members of the sqe are validated and then later
2545  * used, it's important that those reads are done through READ_ONCE() to
2546  * prevent a re-load down the line.
2547  */
2548 static bool io_get_sqring(struct io_ring_ctx *ctx, struct sqe_submit *s)
2549 {
2550         struct io_rings *rings = ctx->rings;
2551         u32 *sq_array = ctx->sq_array;
2552         unsigned head;
2553
2554         /*
2555          * The cached sq head (or cq tail) serves two purposes:
2556          *
2557          * 1) allows us to batch the cost of updating the user visible
2558          *    head updates.
2559          * 2) allows the kernel side to track the head on its own, even
2560          *    though the application is the one updating it.
2561          */
2562         head = ctx->cached_sq_head;
2563         /* make sure SQ entry isn't read before tail */
2564         if (head == smp_load_acquire(&rings->sq.tail))
2565                 return false;
2566
2567         head = READ_ONCE(sq_array[head & ctx->sq_mask]);
2568         if (head < ctx->sq_entries) {
2569                 s->index = head;
2570                 s->sqe = &ctx->sq_sqes[head];
2571                 s->sequence = ctx->cached_sq_head;
2572                 ctx->cached_sq_head++;
2573                 return true;
2574         }
2575
2576         /* drop invalid entries */
2577         ctx->cached_sq_head++;
2578         ctx->cached_sq_dropped++;
2579         WRITE_ONCE(rings->sq_dropped, ctx->cached_sq_dropped);
2580         return false;
2581 }
2582
2583 static int io_submit_sqes(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned int nr,
2584                           bool has_user, bool mm_fault)
2585 {
2586         struct io_submit_state state, *statep = NULL;
2587         struct io_kiocb *link = NULL;
2588         struct io_kiocb *shadow_req = NULL;
2589         bool prev_was_link = false;
2590         int i, submitted = 0;
2591
2592         if (nr > IO_PLUG_THRESHOLD) {
2593                 io_submit_state_start(&state, ctx, nr);
2594                 statep = &state;
2595         }
2596
2597         for (i = 0; i < nr; i++) {
2598                 struct sqe_submit s;
2599
2600                 if (!io_get_sqring(ctx, &s))
2601                         break;
2602
2603                 /*
2604                  * If previous wasn't linked and we have a linked command,
2605                  * that's the end of the chain. Submit the previous link.
2606                  */
2607                 if (!prev_was_link && link) {
2608                         io_queue_link_head(ctx, link, &link->submit, shadow_req);
2609                         link = NULL;
2610                         shadow_req = NULL;
2611                 }
2612                 prev_was_link = (s.sqe->flags & IOSQE_IO_LINK) != 0;
2613
2614                 if (link && (s.sqe->flags & IOSQE_IO_DRAIN)) {
2615                         if (!shadow_req) {
2616                                 shadow_req = io_get_req(ctx, NULL);
2617                                 if (unlikely(!shadow_req))
2618                                         goto out;
2619                                 shadow_req->flags |= (REQ_F_IO_DRAIN | REQ_F_SHADOW_DRAIN);
2620                                 refcount_dec(&shadow_req->refs);
2621                         }
2622                         shadow_req->sequence = s.sequence;
2623                 }
2624
2625 out:
2626                 if (unlikely(mm_fault)) {
2627                         io_cqring_add_event(ctx, s.sqe->user_data,
2628                                                 -EFAULT);
2629                 } else {
2630                         s.has_user = has_user;
2631                         s.needs_lock = true;
2632                         s.needs_fixed_file = true;
2633                         io_submit_sqe(ctx, &s, statep, &link);
2634                         submitted++;
2635                 }
2636         }
2637
2638         if (link)
2639                 io_queue_link_head(ctx, link, &link->submit, shadow_req);
2640         if (statep)
2641                 io_submit_state_end(&state);
2642
2643         return submitted;
2644 }
2645
2646 static int io_sq_thread(void *data)
2647 {
2648         struct io_ring_ctx *ctx = data;
2649         struct mm_struct *cur_mm = NULL;
2650         mm_segment_t old_fs;
2651         DEFINE_WAIT(wait);
2652         unsigned inflight;
2653         unsigned long timeout;
2654
2655         complete(&ctx->sqo_thread_started);
2656
2657         old_fs = get_fs();
2658         set_fs(USER_DS);
2659
2660         timeout = inflight = 0;
2661         while (!kthread_should_park()) {
2662                 bool mm_fault = false;
2663                 unsigned int to_submit;
2664
2665                 if (inflight) {
2666                         unsigned nr_events = 0;
2667
2668                         if (ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL) {
2669                                 /*
2670                                  * inflight is the count of the maximum possible
2671                                  * entries we submitted, but it can be smaller
2672                                  * if we dropped some of them. If we don't have
2673                                  * poll entries available, then we know that we
2674                                  * have nothing left to poll for. Reset the
2675                                  * inflight count to zero in that case.
2676                                  */
2677                                 mutex_lock(&ctx->uring_lock);
2678                                 if (!list_empty(&ctx->poll_list))
2679                                         __io_iopoll_check(ctx, &nr_events, 0);
2680                                 else
2681                                         inflight = 0;
2682                                 mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
2683                         } else {
2684                                 /*
2685                                  * Normal IO, just pretend everything completed.
2686                                  * We don't have to poll completions for that.
2687                                  */
2688                                 nr_events = inflight;
2689                         }
2690
2691                         inflight -= nr_events;
2692                         if (!inflight)
2693                                 timeout = jiffies + ctx->sq_thread_idle;
2694                 }
2695
2696                 to_submit = io_sqring_entries(ctx);
2697                 if (!to_submit) {
2698                         /*
2699                          * We're polling. If we're within the defined idle
2700                          * period, then let us spin without work before going
2701                          * to sleep.
2702                          */
2703                         if (inflight || !time_after(jiffies, timeout)) {
2704                                 cond_resched();
2705                                 continue;
2706                         }
2707
2708                         /*
2709                          * Drop cur_mm before scheduling, we can't hold it for
2710                          * long periods (or over schedule()). Do this before
2711                          * adding ourselves to the waitqueue, as the unuse/drop
2712                          * may sleep.
2713                          */
2714                         if (cur_mm) {
2715                                 unuse_mm(cur_mm);
2716                                 mmput(cur_mm);
2717                                 cur_mm = NULL;
2718                         }
2719
2720                         prepare_to_wait(&ctx->sqo_wait, &wait,
2721                                                 TASK_INTERRUPTIBLE);
2722
2723                         /* Tell userspace we may need a wakeup call */
2724                         ctx->rings->sq_flags |= IORING_SQ_NEED_WAKEUP;
2725                         /* make sure to read SQ tail after writing flags */
2726                         smp_mb();
2727
2728                         to_submit = io_sqring_entries(ctx);
2729                         if (!to_submit) {
2730                                 if (kthread_should_park()) {
2731                                         finish_wait(&ctx->sqo_wait, &wait);
2732                                         break;
2733                                 }
2734                                 if (signal_pending(current))
2735                                         flush_signals(current);
2736                                 schedule();
2737                                 finish_wait(&ctx->sqo_wait, &wait);
2738
2739                                 ctx->rings->sq_flags &= ~IORING_SQ_NEED_WAKEUP;
2740                                 continue;
2741                         }
2742                         finish_wait(&ctx->sqo_wait, &wait);
2743
2744                         ctx->rings->sq_flags &= ~IORING_SQ_NEED_WAKEUP;
2745                 }
2746
2747                 /* Unless all new commands are FIXED regions, grab mm */
2748                 if (!cur_mm) {
2749                         mm_fault = !mmget_not_zero(ctx->sqo_mm);
2750                         if (!mm_fault) {
2751                                 use_mm(ctx->sqo_mm);
2752                                 cur_mm = ctx->sqo_mm;
2753                         }
2754                 }
2755
2756                 to_submit = min(to_submit, ctx->sq_entries);
2757                 inflight += io_submit_sqes(ctx, to_submit, cur_mm != NULL,
2758                                            mm_fault);
2759
2760                 /* Commit SQ ring head once we've consumed all SQEs */
2761                 io_commit_sqring(ctx);
2762         }
2763
2764         set_fs(old_fs);
2765         if (cur_mm) {
2766                 unuse_mm(cur_mm);
2767                 mmput(cur_mm);
2768         }
2769
2770         kthread_parkme();
2771
2772         return 0;
2773 }
2774
2775 static int io_ring_submit(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned int to_submit)
2776 {
2777         struct io_submit_state state, *statep = NULL;
2778         struct io_kiocb *link = NULL;
2779         struct io_kiocb *shadow_req = NULL;
2780         bool prev_was_link = false;
2781         int i, submit = 0;
2782
2783         if (to_submit > IO_PLUG_THRESHOLD) {
2784                 io_submit_state_start(&state, ctx, to_submit);
2785                 statep = &state;
2786         }
2787
2788         for (i = 0; i < to_submit; i++) {
2789                 struct sqe_submit s;
2790
2791                 if (!io_get_sqring(ctx, &s))
2792                         break;
2793
2794                 /*
2795                  * If previous wasn't linked and we have a linked command,
2796                  * that's the end of the chain. Submit the previous link.
2797                  */
2798                 if (!prev_was_link && link) {
2799                         io_queue_link_head(ctx, link, &link->submit, shadow_req);
2800                         link = NULL;
2801                         shadow_req = NULL;
2802                 }
2803                 prev_was_link = (s.sqe->flags & IOSQE_IO_LINK) != 0;
2804
2805                 if (link && (s.sqe->flags & IOSQE_IO_DRAIN)) {
2806                         if (!shadow_req) {
2807                                 shadow_req = io_get_req(ctx, NULL);
2808                                 if (unlikely(!shadow_req))
2809                                         goto out;
2810                                 shadow_req->flags |= (REQ_F_IO_DRAIN | REQ_F_SHADOW_DRAIN);
2811                                 refcount_dec(&shadow_req->refs);
2812                         }
2813                         shadow_req->sequence = s.sequence;
2814                 }
2815
2816 out:
2817                 s.has_user = true;
2818                 s.needs_lock = false;
2819                 s.needs_fixed_file = false;
2820                 submit++;
2821                 io_submit_sqe(ctx, &s, statep, &link);
2822         }
2823
2824         if (link)
2825                 io_queue_link_head(ctx, link, &link->submit, shadow_req);
2826         if (statep)
2827                 io_submit_state_end(statep);
2828
2829         io_commit_sqring(ctx);
2830
2831         return submit;
2832 }
2833
2834 struct io_wait_queue {
2835         struct wait_queue_entry wq;
2836         struct io_ring_ctx *ctx;
2837         unsigned to_wait;
2838         unsigned nr_timeouts;
2839 };
2840
2841 static inline bool io_should_wake(struct io_wait_queue *iowq)
2842 {
2843         struct io_ring_ctx *ctx = iowq->ctx;
2844
2845         /*
2846          * Wake up if we have enough events, or if a timeout occured since we
2847          * started waiting. For timeouts, we always want to return to userspace,
2848          * regardless of event count.
2849          */
2850         return io_cqring_events(ctx->rings) >= iowq->to_wait ||
2851                         atomic_read(&ctx->cq_timeouts) != iowq->nr_timeouts;
2852 }
2853
2854 static int io_wake_function(struct wait_queue_entry *curr, unsigned int mode,
2855                             int wake_flags, void *key)
2856 {
2857         struct io_wait_queue *iowq = container_of(curr, struct io_wait_queue,
2858                                                         wq);
2859
2860         if (!io_should_wake(iowq))
2861                 return -1;
2862
2863         return autoremove_wake_function(curr, mode, wake_flags, key);
2864 }
2865
2866 /*
2867  * Wait until events become available, if we don't already have some. The
2868  * application must reap them itself, as they reside on the shared cq ring.
2869  */
2870 static int io_cqring_wait(struct io_ring_ctx *ctx, int min_events,
2871                           const sigset_t __user *sig, size_t sigsz)
2872 {
2873         struct io_wait_queue iowq = {
2874                 .wq = {
2875                         .private        = current,
2876                         .func           = io_wake_function,
2877                         .entry          = LIST_HEAD_INIT(iowq.wq.entry),
2878                 },
2879                 .ctx            = ctx,
2880                 .to_wait        = min_events,
2881         };
2882         struct io_rings *rings = ctx->rings;
2883         int ret;
2884
2885         if (io_cqring_events(rings) >= min_events)
2886                 return 0;
2887
2888         if (sig) {
2889 #ifdef CONFIG_COMPAT
2890                 if (in_compat_syscall())
2891                         ret = set_compat_user_sigmask((const compat_sigset_t __user *)sig,
2892                                                       sigsz);
2893                 else
2894 #endif
2895                         ret = set_user_sigmask(sig, sigsz);
2896
2897                 if (ret)
2898                         return ret;
2899         }
2900
2901         ret = 0;
2902         iowq.nr_timeouts = atomic_read(&ctx->cq_timeouts);
2903         do {
2904                 prepare_to_wait_exclusive(&ctx->wait, &iowq.wq,
2905                                                 TASK_INTERRUPTIBLE);
2906                 if (io_should_wake(&iowq))
2907                         break;
2908                 schedule();
2909                 if (signal_pending(current)) {
2910                         ret = -ERESTARTSYS;
2911                         break;
2912                 }
2913         } while (1);
2914         finish_wait(&ctx->wait, &iowq.wq);
2915
2916         restore_saved_sigmask_unless(ret == -ERESTARTSYS);
2917         if (ret == -ERESTARTSYS)
2918                 ret = -EINTR;
2919
2920         return READ_ONCE(rings->cq.head) == READ_ONCE(rings->cq.tail) ? ret : 0;
2921 }
2922
2923 static void __io_sqe_files_unregister(struct io_ring_ctx *ctx)
2924 {
2925 #if defined(CONFIG_UNIX)
2926         if (ctx->ring_sock) {
2927                 struct sock *sock = ctx->ring_sock->sk;
2928                 struct sk_buff *skb;
2929
2930                 while ((skb = skb_dequeue(&sock->sk_receive_queue)) != NULL)
2931                         kfree_skb(skb);
2932         }
2933 #else
2934         int i;
2935
2936         for (i = 0; i < ctx->nr_user_files; i++)
2937                 fput(ctx->user_files[i]);
2938 #endif
2939 }
2940
2941 static int io_sqe_files_unregister(struct io_ring_ctx *ctx)
2942 {
2943         if (!ctx->user_files)
2944                 return -ENXIO;
2945
2946         __io_sqe_files_unregister(ctx);
2947         kfree(ctx->user_files);
2948         ctx->user_files = NULL;
2949         ctx->nr_user_files = 0;
2950         return 0;
2951 }
2952
2953 static void io_sq_thread_stop(struct io_ring_ctx *ctx)
2954 {
2955         if (ctx->sqo_thread) {
2956                 wait_for_completion(&ctx->sqo_thread_started);
2957                 /*
2958                  * The park is a bit of a work-around, without it we get
2959                  * warning spews on shutdown with SQPOLL set and affinity
2960                  * set to a single CPU.
2961                  */
2962                 kthread_park(ctx->sqo_thread);
2963                 kthread_stop(ctx->sqo_thread);
2964                 ctx->sqo_thread = NULL;
2965         }
2966 }
2967
2968 static void io_finish_async(struct io_ring_ctx *ctx)
2969 {
2970         int i;
2971
2972         io_sq_thread_stop(ctx);
2973
2974         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ctx->sqo_wq); i++) {
2975                 if (ctx->sqo_wq[i]) {
2976                         destroy_workqueue(ctx->sqo_wq[i]);
2977                         ctx->sqo_wq[i] = NULL;
2978                 }
2979         }
2980 }
2981
2982 #if defined(CONFIG_UNIX)
2983 static void io_destruct_skb(struct sk_buff *skb)
2984 {
2985         struct io_ring_ctx *ctx = skb->sk->sk_user_data;
2986         int i;
2987
2988         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ctx->sqo_wq); i++)
2989                 if (ctx->sqo_wq[i])
2990                         flush_workqueue(ctx->sqo_wq[i]);
2991
2992         unix_destruct_scm(skb);
2993 }
2994
2995 /*
2996  * Ensure the UNIX gc is aware of our file set, so we are certain that
2997  * the io_uring can be safely unregistered on process exit, even if we have
2998  * loops in the file referencing.
2999  */
3000 static int __io_sqe_files_scm(struct io_ring_ctx *ctx, int nr, int offset)
3001 {
3002         struct sock *sk = ctx->ring_sock->sk;
3003         struct scm_fp_list *fpl;
3004         struct sk_buff *skb;
3005         int i;
3006
3007         if (!capable(CAP_SYS_RESOURCE) && !capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
3008                 unsigned long inflight = ctx->user->unix_inflight + nr;
3009
3010                 if (inflight > task_rlimit(current, RLIMIT_NOFILE))
3011                         return -EMFILE;
3012         }
3013
3014         fpl = kzalloc(sizeof(*fpl), GFP_KERNEL);
3015         if (!fpl)
3016                 return -ENOMEM;
3017
3018         skb = alloc_skb(0, GFP_KERNEL);
3019         if (!skb) {
3020                 kfree(fpl);
3021                 return -ENOMEM;
3022         }
3023
3024         skb->sk = sk;
3025         skb->destructor = io_destruct_skb;
3026
3027         fpl->user = get_uid(ctx->user);
3028         for (i = 0; i < nr; i++) {
3029                 fpl->fp[i] = get_file(ctx->user_files[i + offset]);
3030                 unix_inflight(fpl->user, fpl->fp[i]);
3031         }
3032
3033         fpl->max = fpl->count = nr;
3034         UNIXCB(skb).fp = fpl;
3035         refcount_add(skb->truesize, &sk->sk_wmem_alloc);
3036         skb_queue_head(&sk->sk_receive_queue, skb);
3037
3038         for (i = 0; i < nr; i++)
3039                 fput(fpl->fp[i]);
3040
3041         return 0;
3042 }
3043
3044 /*
3045  * If UNIX sockets are enabled, fd passing can cause a reference cycle which
3046  * causes regular reference counting to break down. We rely on the UNIX
3047  * garbage collection to take care of this problem for us.
3048  */
3049 static int io_sqe_files_scm(struct io_ring_ctx *ctx)
3050 {
3051         unsigned left, total;
3052         int ret = 0;
3053
3054         total = 0;
3055         left = ctx->nr_user_files;
3056         while (left) {
3057                 unsigned this_files = min_t(unsigned, left, SCM_MAX_FD);
3058
3059                 ret = __io_sqe_files_scm(ctx, this_files, total);
3060                 if (ret)
3061                         break;
3062                 left -= this_files;
3063                 total += this_files;
3064         }
3065
3066         if (!ret)
3067                 return 0;
3068
3069         while (total < ctx->nr_user_files) {
3070                 fput(ctx->user_files[total]);
3071                 total++;
3072         }
3073
3074         return ret;
3075 }
3076 #else
3077 static int io_sqe_files_scm(struct io_ring_ctx *ctx)
3078 {
3079         return 0;
3080 }
3081 #endif
3082
3083 static int io_sqe_files_register(struct io_ring_ctx *ctx, void __user *arg,
3084                                  unsigned nr_args)
3085 {
3086         __s32 __user *fds = (__s32 __user *) arg;
3087         int fd, ret = 0;
3088         unsigned i;
3089
3090         if (ctx->user_files)
3091                 return -EBUSY;
3092         if (!nr_args)
3093                 return -EINVAL;
3094         if (nr_args > IORING_MAX_FIXED_FILES)
3095                 return -EMFILE;
3096
3097         ctx->user_files = kcalloc(nr_args, sizeof(struct file *), GFP_KERNEL);
3098         if (!ctx->user_files)
3099                 return -ENOMEM;
3100
3101         for (i = 0; i < nr_args; i++) {
3102                 ret = -EFAULT;
3103                 if (copy_from_user(&fd, &fds[i], sizeof(fd)))
3104                         break;
3105
3106                 ctx->user_files[i] = fget(fd);
3107
3108                 ret = -EBADF;
3109                 if (!ctx->user_files[i])
3110                         break;
3111                 /*
3112                  * Don't allow io_uring instances to be registered. If UNIX
3113                  * isn't enabled, then this causes a reference cycle and this
3114                  * instance can never get freed. If UNIX is enabled we'll
3115                  * handle it just fine, but there's still no point in allowing
3116                  * a ring fd as it doesn't support regular read/write anyway.
3117                  */
3118                 if (ctx->user_files[i]->f_op == &io_uring_fops) {
3119                         fput(ctx->user_files[i]);
3120                         break;
3121                 }
3122                 ctx->nr_user_files++;
3123                 ret = 0;
3124         }
3125
3126         if (ret) {
3127                 for (i = 0; i < ctx->nr_user_files; i++)
3128                         fput(ctx->user_files[i]);
3129
3130                 kfree(ctx->user_files);
3131                 ctx->user_files = NULL;
3132                 ctx->nr_user_files = 0;
3133                 return ret;
3134         }
3135
3136         ret = io_sqe_files_scm(ctx);
3137         if (ret)
3138                 io_sqe_files_unregister(ctx);
3139
3140         return ret;
3141 }
3142
3143 static int io_sq_offload_start(struct io_ring_ctx *ctx,
3144                                struct io_uring_params *p)
3145 {
3146         int ret;
3147
3148         init_waitqueue_head(&ctx->sqo_wait);
3149         mmgrab(current->mm);
3150         ctx->sqo_mm = current->mm;
3151
3152         if (ctx->flags & IORING_SETUP_SQPOLL) {
3153                 ret = -EPERM;
3154                 if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
3155                         goto err;
3156
3157                 ctx->sq_thread_idle = msecs_to_jiffies(p->sq_thread_idle);
3158                 if (!ctx->sq_thread_idle)
3159                         ctx->sq_thread_idle = HZ;
3160
3161                 if (p->flags & IORING_SETUP_SQ_AFF) {
3162                         int cpu = p->sq_thread_cpu;
3163
3164                         ret = -EINVAL;
3165                         if (cpu >= nr_cpu_ids)
3166                                 goto err;
3167                         if (!cpu_online(cpu))
3168                                 goto err;
3169
3170                         ctx->sqo_thread = kthread_create_on_cpu(io_sq_thread,
3171                                                         ctx, cpu,
3172                                                         "io_uring-sq");
3173                 } else {
3174                         ctx->sqo_thread = kthread_create(io_sq_thread, ctx,
3175                                                         "io_uring-sq");
3176                 }
3177                 if (IS_ERR(ctx->sqo_thread)) {
3178                         ret = PTR_ERR(ctx->sqo_thread);
3179                         ctx->sqo_thread = NULL;
3180                         goto err;
3181                 }
3182                 wake_up_process(ctx->sqo_thread);
3183         } else if (p->flags & IORING_SETUP_SQ_AFF) {
3184                 /* Can't have SQ_AFF without SQPOLL */
3185                 ret = -EINVAL;
3186                 goto err;
3187         }
3188
3189         /* Do QD, or 2 * CPUS, whatever is smallest */
3190         ctx->sqo_wq[0] = alloc_workqueue("io_ring-wq",
3191                         WQ_UNBOUND | WQ_FREEZABLE,
3192                         min(ctx->sq_entries - 1, 2 * num_online_cpus()));
3193         if (!ctx->sqo_wq[0]) {
3194                 ret = -ENOMEM;
3195                 goto err;
3196         }
3197
3198         /*
3199          * This is for buffered writes, where we want to limit the parallelism
3200          * due to file locking in file systems. As "normal" buffered writes
3201          * should parellelize on writeout quite nicely, limit us to having 2
3202          * pending. This avoids massive contention on the inode when doing
3203          * buffered async writes.
3204          */
3205         ctx->sqo_wq[1] = alloc_workqueue("io_ring-write-wq",
3206                                                 WQ_UNBOUND | WQ_FREEZABLE, 2);
3207         if (!ctx->sqo_wq[1]) {
3208                 ret = -ENOMEM;
3209                 goto err;
3210         }
3211
3212         return 0;
3213 err:
3214         io_finish_async(ctx);
3215         mmdrop(ctx->sqo_mm);
3216         ctx->sqo_mm = NULL;
3217         return ret;
3218 }
3219
3220 static void io_unaccount_mem(struct user_struct *user, unsigned long nr_pages)
3221 {
3222         atomic_long_sub(nr_pages, &user->locked_vm);
3223 }
3224
3225 static int io_account_mem(struct user_struct *user, unsigned long nr_pages)
3226 {
3227         unsigned long page_limit, cur_pages, new_pages;
3228
3229         /* Don't allow more pages than we can safely lock */
3230         page_limit = rlimit(RLIMIT_MEMLOCK) >> PAGE_SHIFT;
3231
3232         do {
3233                 cur_pages = atomic_long_read(&user->locked_vm);
3234                 new_pages = cur_pages + nr_pages;
3235                 if (new_pages > page_limit)
3236                         return -ENOMEM;
3237         } while (atomic_long_cmpxchg(&user->locked_vm, cur_pages,
3238                                         new_pages) != cur_pages);
3239
3240         return 0;
3241 }
3242
3243 static void io_mem_free(void *ptr)
3244 {
3245         struct page *page;
3246
3247         if (!ptr)
3248                 return;
3249
3250         page = virt_to_head_page(ptr);
3251         if (put_page_testzero(page))
3252                 free_compound_page(page);
3253 }
3254
3255 static void *io_mem_alloc(size_t size)
3256 {
3257         gfp_t gfp_flags = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN | __GFP_COMP |
3258                                 __GFP_NORETRY;
3259
3260         return (void *) __get_free_pages(gfp_flags, get_order(size));
3261 }
3262
3263 static unsigned long rings_size(unsigned sq_entries, unsigned cq_entries,
3264                                 size_t *sq_offset)
3265 {
3266         struct io_rings *rings;
3267         size_t off, sq_array_size;
3268
3269         off = struct_size(rings, cqes, cq_entries);
3270         if (off == SIZE_MAX)
3271                 return SIZE_MAX;
3272
3273 #ifdef CONFIG_SMP
3274         off = ALIGN(off, SMP_CACHE_BYTES);
3275         if (off == 0)
3276                 return SIZE_MAX;
3277 #endif
3278
3279         sq_array_size = array_size(sizeof(u32), sq_entries);
3280         if (sq_array_size == SIZE_MAX)
3281                 return SIZE_MAX;
3282
3283         if (check_add_overflow(off, sq_array_size, &off))
3284                 return SIZE_MAX;
3285
3286         if (sq_offset)
3287                 *sq_offset = off;
3288
3289         return off;
3290 }
3291
3292 static unsigned long ring_pages(unsigned sq_entries, unsigned cq_entries)
3293 {
3294         size_t pages;
3295
3296         pages = (size_t)1 << get_order(
3297                 rings_size(sq_entries, cq_entries, NULL));
3298         pages += (size_t)1 << get_order(
3299                 array_size(sizeof(struct io_uring_sqe), sq_entries));
3300
3301         return pages;
3302 }
3303
3304 static int io_sqe_buffer_unregister(struct io_ring_ctx *ctx)
3305 {
3306         int i, j;
3307
3308         if (!ctx->user_bufs)
3309                 return -ENXIO;
3310
3311         for (i = 0; i < ctx->nr_user_bufs; i++) {
3312                 struct io_mapped_ubuf *imu = &ctx->user_bufs[i];
3313
3314                 for (j = 0; j < imu->nr_bvecs; j++)
3315                         put_user_page(imu->bvec[j].bv_page);
3316
3317                 if (ctx->account_mem)
3318                         io_unaccount_mem(ctx->user, imu->nr_bvecs);
3319                 kvfree(imu->bvec);
3320                 imu->nr_bvecs = 0;
3321         }
3322
3323         kfree(ctx->user_bufs);
3324         ctx->user_bufs = NULL;
3325         ctx->nr_user_bufs = 0;
3326         return 0;
3327 }
3328
3329 static int io_copy_iov(struct io_ring_ctx *ctx, struct iovec *dst,
3330                        void __user *arg, unsigned index)
3331 {
3332         struct iovec __user *src;
3333
3334 #ifdef CONFIG_COMPAT
3335         if (ctx->compat) {
3336                 struct compat_iovec __user *ciovs;
3337                 struct compat_iovec ciov;
3338
3339                 ciovs = (struct compat_iovec __user *) arg;
3340                 if (copy_from_user(&ciov, &ciovs[index], sizeof(ciov)))
3341                         return -EFAULT;
3342
3343                 dst->iov_base = (void __user *) (unsigned long) ciov.iov_base;
3344                 dst->iov_len = ciov.iov_len;
3345                 return 0;
3346         }
3347 #endif
3348         src = (struct iovec __user *) arg;
3349         if (copy_from_user(dst, &src[index], sizeof(*dst)))
3350                 return -EFAULT;
3351         return 0;
3352 }
3353
3354 static int io_sqe_buffer_register(struct io_ring_ctx *ctx, void __user *arg,
3355                                   unsigned nr_args)
3356 {
3357         struct vm_area_struct **vmas = NULL;
3358         struct page **pages = NULL;
3359         int i, j, got_pages = 0;
3360         int ret = -EINVAL;
3361
3362         if (ctx->user_bufs)
3363                 return -EBUSY;
3364         if (!nr_args || nr_args > UIO_MAXIOV)
3365                 return -EINVAL;
3366
3367         ctx->user_bufs = kcalloc(nr_args, sizeof(struct io_mapped_ubuf),
3368                                         GFP_KERNEL);
3369         if (!ctx->user_bufs)
3370                 return -ENOMEM;
3371
3372         for (i = 0; i < nr_args; i++) {
3373                 struct io_mapped_ubuf *imu = &ctx->user_bufs[i];
3374                 unsigned long off, start, end, ubuf;
3375                 int pret, nr_pages;
3376                 struct iovec iov;
3377                 size_t size;
3378
3379                 ret = io_copy_iov(ctx, &iov, arg, i);
3380                 if (ret)
3381                         goto err;
3382
3383                 /*
3384                  * Don't impose further limits on the size and buffer
3385                  * constraints here, we'll -EINVAL later when IO is
3386                  * submitted if they are wrong.
3387                  */
3388                 ret = -EFAULT;
3389                 if (!iov.iov_base || !iov.iov_len)
3390                         goto err;
3391
3392                 /* arbitrary limit, but we need something */
3393                 if (iov.iov_len > SZ_1G)
3394                         goto err;
3395
3396                 ubuf = (unsigned long) iov.iov_base;
3397                 end = (ubuf + iov.iov_len + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
3398                 start = ubuf >> PAGE_SHIFT;
3399                 nr_pages = end - start;
3400
3401                 if (ctx->account_mem) {
3402                         ret = io_account_mem(ctx->user, nr_pages);
3403                         if (ret)
3404                                 goto err;
3405                 }
3406
3407                 ret = 0;
3408                 if (!pages || nr_pages > got_pages) {
3409                         kfree(vmas);
3410                         kfree(pages);
3411                         pages = kvmalloc_array(nr_pages, sizeof(struct page *),
3412                                                 GFP_KERNEL);
3413                         vmas = kvmalloc_array(nr_pages,
3414                                         sizeof(struct vm_area_struct *),
3415                                         GFP_KERNEL);
3416                         if (!pages || !vmas) {
3417                                 ret = -ENOMEM;
3418                                 if (ctx->account_mem)
3419                                         io_unaccount_mem(ctx->user, nr_pages);
3420                                 goto err;
3421                         }
3422                         got_pages = nr_pages;
3423                 }
3424
3425                 imu->bvec = kvmalloc_array(nr_pages, sizeof(struct bio_vec),
3426                                                 GFP_KERNEL);
3427                 ret = -ENOMEM;
3428                 if (!imu->bvec) {
3429                         if (ctx->account_mem)
3430                                 io_unaccount_mem(ctx->user, nr_pages);
3431                         goto err;
3432                 }
3433
3434                 ret = 0;
3435                 down_read(&current->mm->mmap_sem);
3436                 pret = get_user_pages(ubuf, nr_pages,
3437                                       FOLL_WRITE | FOLL_LONGTERM,
3438                                       pages, vmas);
3439                 if (pret == nr_pages) {
3440                         /* don't support file backed memory */
3441                         for (j = 0; j < nr_pages; j++) {
3442                                 struct vm_area_struct *vma = vmas[j];
3443
3444                                 if (vma->vm_file &&
3445                                     !is_file_hugepages(vma->vm_file)) {
3446                                         ret = -EOPNOTSUPP;
3447                                         break;
3448                                 }
3449                         }
3450                 } else {
3451                         ret = pret < 0 ? pret : -EFAULT;
3452                 }
3453                 up_read(&current->mm->mmap_sem);
3454                 if (ret) {
3455                         /*
3456                          * if we did partial map, or found file backed vmas,
3457                          * release any pages we did get
3458                          */
3459                         if (pret > 0)
3460                                 put_user_pages(pages, pret);
3461                         if (ctx->account_mem)
3462                                 io_unaccount_mem(ctx->user, nr_pages);
3463                         kvfree(imu->bvec);
3464                         goto err;
3465                 }
3466
3467                 off = ubuf & ~PAGE_MASK;
3468                 size = iov.iov_len;
3469                 for (j = 0; j < nr_pages; j++) {
3470                         size_t vec_len;
3471
3472                         vec_len = min_t(size_t, size, PAGE_SIZE - off);
3473                         imu->bvec[j].bv_page = pages[j];
3474                         imu->bvec[j].bv_len = vec_len;
3475                         imu->bvec[j].bv_offset = off;
3476                         off = 0;
3477                         size -= vec_len;
3478                 }
3479                 /* store original address for later verification */
3480                 imu->ubuf = ubuf;
3481                 imu->len = iov.iov_len;
3482                 imu->nr_bvecs = nr_pages;
3483
3484                 ctx->nr_user_bufs++;
3485         }
3486         kvfree(pages);
3487         kvfree(vmas);
3488         return 0;
3489 err:
3490         kvfree(pages);
3491         kvfree(vmas);
3492         io_sqe_buffer_unregister(ctx);
3493         return ret;
3494 }
3495
3496 static int io_eventfd_register(struct io_ring_ctx *ctx, void __user *arg)
3497 {
3498         __s32 __user *fds = arg;
3499         int fd;
3500
3501         if (ctx->cq_ev_fd)
3502                 return -EBUSY;
3503
3504         if (copy_from_user(&fd, fds, sizeof(*fds)))
3505                 return -EFAULT;
3506
3507         ctx->cq_ev_fd = eventfd_ctx_fdget(fd);
3508         if (IS_ERR(ctx->cq_ev_fd)) {
3509                 int ret = PTR_ERR(ctx->cq_ev_fd);
3510                 ctx->cq_ev_fd = NULL;
3511                 return ret;
3512         }
3513
3514         return 0;
3515 }
3516
3517 static int io_eventfd_unregister(struct io_ring_ctx *ctx)
3518 {
3519         if (ctx->cq_ev_fd) {
3520                 eventfd_ctx_put(ctx->cq_ev_fd);
3521                 ctx->cq_ev_fd = NULL;
3522                 return 0;
3523         }
3524
3525         return -ENXIO;
3526 }
3527
3528 static void io_ring_ctx_free(struct io_ring_ctx *ctx)
3529 {
3530         io_finish_async(ctx);
3531         if (ctx->sqo_mm)
3532                 mmdrop(ctx->sqo_mm);
3533
3534         io_iopoll_reap_events(ctx);
3535         io_sqe_buffer_unregister(ctx);
3536         io_sqe_files_unregister(ctx);
3537         io_eventfd_unregister(ctx);
3538
3539 #if defined(CONFIG_UNIX)
3540         if (ctx->ring_sock) {
3541                 ctx->ring_sock->file = NULL; /* so that iput() is called */
3542                 sock_release(ctx->ring_sock);
3543         }
3544 #endif
3545
3546         io_mem_free(ctx->rings);
3547         io_mem_free(ctx->sq_sqes);
3548
3549         percpu_ref_exit(&ctx->refs);
3550         if (ctx->account_mem)
3551                 io_unaccount_mem(ctx->user,
3552                                 ring_pages(ctx->sq_entries, ctx->cq_entries));
3553         free_uid(ctx->user);
3554         kfree(ctx);
3555 }
3556
3557 static __poll_t io_uring_poll(struct file *file, poll_table *wait)
3558 {
3559         struct io_ring_ctx *ctx = file->private_data;
3560         __poll_t mask = 0;
3561
3562         poll_wait(file, &ctx->cq_wait, wait);
3563         /*
3564          * synchronizes with barrier from wq_has_sleeper call in
3565          * io_commit_cqring
3566          */
3567         smp_rmb();
3568         if (READ_ONCE(ctx->rings->sq.tail) - ctx->cached_sq_head !=
3569             ctx->rings->sq_ring_entries)
3570                 mask |= EPOLLOUT | EPOLLWRNORM;
3571         if (READ_ONCE(ctx->rings->cq.head) != ctx->cached_cq_tail)
3572                 mask |= EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
3573
3574         return mask;
3575 }
3576
3577 static int io_uring_fasync(int fd, struct file *file, int on)
3578 {
3579         struct io_ring_ctx *ctx = file->private_data;
3580
3581         return fasync_helper(fd, file, on, &ctx->cq_fasync);
3582 }
3583
3584 static void io_ring_ctx_wait_and_kill(struct io_ring_ctx *ctx)
3585 {
3586         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
3587         percpu_ref_kill(&ctx->refs);
3588         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
3589
3590         io_kill_timeouts(ctx);
3591         io_poll_remove_all(ctx);
3592         io_iopoll_reap_events(ctx);
3593         wait_for_completion(&ctx->ctx_done);
3594         io_ring_ctx_free(ctx);
3595 }
3596
3597 static int io_uring_release(struct inode *inode, struct file *file)
3598 {
3599         struct io_ring_ctx *ctx = file->private_data;
3600
3601         file->private_data = NULL;
3602         io_ring_ctx_wait_and_kill(ctx);
3603         return 0;
3604 }
3605
3606 static int io_uring_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3607 {
3608         loff_t offset = (loff_t) vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
3609         unsigned long sz = vma->vm_end - vma->vm_start;
3610         struct io_ring_ctx *ctx = file->private_data;
3611         unsigned long pfn;
3612         struct page *page;
3613         void *ptr;
3614
3615         switch (offset) {
3616         case IORING_OFF_SQ_RING:
3617         case IORING_OFF_CQ_RING:
3618                 ptr = ctx->rings;
3619                 break;
3620         case IORING_OFF_SQES:
3621                 ptr = ctx->sq_sqes;
3622                 break;
3623         default:
3624                 return -EINVAL;
3625         }
3626
3627         page = virt_to_head_page(ptr);
3628         if (sz > page_size(page))
3629                 return -EINVAL;
3630
3631         pfn = virt_to_phys(ptr) >> PAGE_SHIFT;
3632         return remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn, sz, vma->vm_page_prot);
3633 }
3634
3635 SYSCALL_DEFINE6(io_uring_enter, unsigned int, fd, u32, to_submit,
3636                 u32, min_complete, u32, flags, const sigset_t __user *, sig,
3637                 size_t, sigsz)
3638 {
3639         struct io_ring_ctx *ctx;
3640         long ret = -EBADF;
3641         int submitted = 0;
3642         struct fd f;
3643
3644         if (flags & ~(IORING_ENTER_GETEVENTS | IORING_ENTER_SQ_WAKEUP))
3645                 return -EINVAL;
3646
3647         f = fdget(fd);
3648         if (!f.file)
3649                 return -EBADF;
3650
3651         ret = -EOPNOTSUPP;
3652         if (f.file->f_op != &io_uring_fops)
3653                 goto out_fput;
3654
3655         ret = -ENXIO;
3656         ctx = f.file->private_data;
3657         if (!percpu_ref_tryget(&ctx->refs))
3658                 goto out_fput;
3659
3660         /*
3661          * For SQ polling, the thread will do all submissions and completions.
3662          * Just return the requested submit count, and wake the thread if
3663          * we were asked to.
3664          */
3665         ret = 0;
3666         if (ctx->flags & IORING_SETUP_SQPOLL) {
3667                 if (flags & IORING_ENTER_SQ_WAKEUP)
3668                         wake_up(&ctx->sqo_wait);
3669                 submitted = to_submit;
3670         } else if (to_submit) {
3671                 to_submit = min(to_submit, ctx->sq_entries);
3672
3673                 mutex_lock(&ctx->uring_lock);
3674                 submitted = io_ring_submit(ctx, to_submit);
3675                 mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
3676         }
3677         if (flags & IORING_ENTER_GETEVENTS) {
3678                 unsigned nr_events = 0;
3679
3680                 min_complete = min(min_complete, ctx->cq_entries);
3681
3682                 if (ctx->flags & IORING_SETUP_IOPOLL) {
3683                         ret = io_iopoll_check(ctx, &nr_events, min_complete);
3684                 } else {
3685                         ret = io_cqring_wait(ctx, min_complete, sig, sigsz);
3686                 }
3687         }
3688
3689         percpu_ref_put(&ctx->refs);
3690 out_fput:
3691         fdput(f);
3692         return submitted ? submitted : ret;
3693 }
3694
3695 static const struct file_operations io_uring_fops = {
3696         .release        = io_uring_release,
3697         .mmap           = io_uring_mmap,
3698         .poll           = io_uring_poll,
3699         .fasync         = io_uring_fasync,
3700 };
3701
3702 static int io_allocate_scq_urings(struct io_ring_ctx *ctx,
3703                                   struct io_uring_params *p)
3704 {
3705         struct io_rings *rings;
3706         size_t size, sq_array_offset;
3707
3708         size = rings_size(p->sq_entries, p->cq_entries, &sq_array_offset);
3709         if (size == SIZE_MAX)
3710                 return -EOVERFLOW;
3711
3712         rings = io_mem_alloc(size);
3713         if (!rings)
3714                 return -ENOMEM;
3715
3716         ctx->rings = rings;
3717         ctx->sq_array = (u32 *)((char *)rings + sq_array_offset);
3718         rings->sq_ring_mask = p->sq_entries - 1;
3719         rings->cq_ring_mask = p->cq_entries - 1;
3720         rings->sq_ring_entries = p->sq_entries;
3721         rings->cq_ring_entries = p->cq_entries;
3722         ctx->sq_mask = rings->sq_ring_mask;
3723         ctx->cq_mask = rings->cq_ring_mask;
3724         ctx->sq_entries = rings->sq_ring_entries;
3725         ctx->cq_entries = rings->cq_ring_entries;
3726
3727         size = array_size(sizeof(struct io_uring_sqe), p->sq_entries);
3728         if (size == SIZE_MAX)
3729                 return -EOVERFLOW;
3730
3731         ctx->sq_sqes = io_mem_alloc(size);
3732         if (!ctx->sq_sqes)
3733                 return -ENOMEM;
3734
3735         return 0;
3736 }
3737
3738 /*
3739  * Allocate an anonymous fd, this is what constitutes the application
3740  * visible backing of an io_uring instance. The application mmaps this
3741  * fd to gain access to the SQ/CQ ring details. If UNIX sockets are enabled,
3742  * we have to tie this fd to a socket for file garbage collection purposes.
3743  */
3744 static int io_uring_get_fd(struct io_ring_ctx *ctx)
3745 {
3746         struct file *file;
3747         int ret;
3748
3749 #if defined(CONFIG_UNIX)
3750         ret = sock_create_kern(&init_net, PF_UNIX, SOCK_RAW, IPPROTO_IP,
3751                                 &ctx->ring_sock);
3752         if (ret)
3753                 return ret;
3754 #endif
3755
3756         ret = get_unused_fd_flags(O_RDWR | O_CLOEXEC);
3757         if (ret < 0)
3758                 goto err;
3759
3760         file = anon_inode_getfile("[io_uring]", &io_uring_fops, ctx,
3761                                         O_RDWR | O_CLOEXEC);
3762         if (IS_ERR(file)) {
3763                 put_unused_fd(ret);
3764                 ret = PTR_ERR(file);
3765                 goto err;
3766         }
3767
3768 #if defined(CONFIG_UNIX)
3769         ctx->ring_sock->file = file;
3770         ctx->ring_sock->sk->sk_user_data = ctx;
3771 #endif
3772         fd_install(ret, file);
3773         return ret;
3774 err:
3775 #if defined(CONFIG_UNIX)
3776         sock_release(ctx->ring_sock);
3777         ctx->ring_sock = NULL;
3778 #endif
3779         return ret;
3780 }
3781
3782 static int io_uring_create(unsigned entries, struct io_uring_params *p)
3783 {
3784         struct user_struct *user = NULL;
3785         struct io_ring_ctx *ctx;
3786         bool account_mem;
3787         int ret;
3788
3789         if (!entries || entries > IORING_MAX_ENTRIES)
3790                 return -EINVAL;
3791
3792         /*
3793          * Use twice as many entries for the CQ ring. It's possible for the
3794          * application to drive a higher depth than the size of the SQ ring,
3795          * since the sqes are only used at submission time. This allows for
3796          * some flexibility in overcommitting a bit.
3797          */
3798         p->sq_entries = roundup_pow_of_two(entries);
3799         p->cq_entries = 2 * p->sq_entries;
3800
3801         user = get_uid(current_user());
3802         account_mem = !capable(CAP_IPC_LOCK);
3803
3804         if (account_mem) {
3805                 ret = io_account_mem(user,
3806                                 ring_pages(p->sq_entries, p->cq_entries));
3807                 if (ret) {
3808                         free_uid(user);
3809                         return ret;
3810                 }
3811         }
3812
3813         ctx = io_ring_ctx_alloc(p);
3814         if (!ctx) {
3815                 if (account_mem)
3816                         io_unaccount_mem(user, ring_pages(p->sq_entries,
3817                                                                 p->cq_entries));
3818                 free_uid(user);
3819                 return -ENOMEM;
3820         }
3821         ctx->compat = in_compat_syscall();
3822         ctx->account_mem = account_mem;
3823         ctx->user = user;
3824
3825         ret = io_allocate_scq_urings(ctx, p);
3826         if (ret)
3827                 goto err;
3828
3829         ret = io_sq_offload_start(ctx, p);
3830         if (ret)
3831                 goto err;
3832
3833         memset(&p->sq_off, 0, sizeof(p->sq_off));
3834         p->sq_off.head = offsetof(struct io_rings, sq.head);
3835         p->sq_off.tail = offsetof(struct io_rings, sq.tail);
3836         p->sq_off.ring_mask = offsetof(struct io_rings, sq_ring_mask);
3837         p->sq_off.ring_entries = offsetof(struct io_rings, sq_ring_entries);
3838         p->sq_off.flags = offsetof(struct io_rings, sq_flags);
3839         p->sq_off.dropped = offsetof(struct io_rings, sq_dropped);
3840         p->sq_off.array = (char *)ctx->sq_array - (char *)ctx->rings;
3841
3842         memset(&p->cq_off, 0, sizeof(p->cq_off));
3843         p->cq_off.head = offsetof(struct io_rings, cq.head);
3844         p->cq_off.tail = offsetof(struct io_rings, cq.tail);
3845         p->cq_off.ring_mask = offsetof(struct io_rings, cq_ring_mask);
3846         p->cq_off.ring_entries = offsetof(struct io_rings, cq_ring_entries);
3847         p->cq_off.overflow = offsetof(struct io_rings, cq_overflow);
3848         p->cq_off.cqes = offsetof(struct io_rings, cqes);
3849
3850         /*
3851          * Install ring fd as the very last thing, so we don't risk someone
3852          * having closed it before we finish setup
3853          */
3854         ret = io_uring_get_fd(ctx);
3855         if (ret < 0)
3856                 goto err;
3857
3858         p->features = IORING_FEAT_SINGLE_MMAP;
3859         return ret;
3860 err:
3861         io_ring_ctx_wait_and_kill(ctx);
3862         return ret;
3863 }
3864
3865 /*
3866  * Sets up an aio uring context, and returns the fd. Applications asks for a
3867  * ring size, we return the actual sq/cq ring sizes (among other things) in the
3868  * params structure passed in.
3869  */
3870 static long io_uring_setup(u32 entries, struct io_uring_params __user *params)
3871 {
3872         struct io_uring_params p;
3873         long ret;
3874         int i;
3875
3876         if (copy_from_user(&p, params, sizeof(p)))
3877                 return -EFAULT;
3878         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(p.resv); i++) {
3879                 if (p.resv[i])
3880                         return -EINVAL;
3881         }
3882
3883         if (p.flags & ~(IORING_SETUP_IOPOLL | IORING_SETUP_SQPOLL |
3884                         IORING_SETUP_SQ_AFF))
3885                 return -EINVAL;
3886
3887         ret = io_uring_create(entries, &p);
3888         if (ret < 0)
3889                 return ret;
3890
3891         if (copy_to_user(params, &p, sizeof(p)))
3892                 return -EFAULT;
3893
3894         return ret;
3895 }
3896
3897 SYSCALL_DEFINE2(io_uring_setup, u32, entries,
3898                 struct io_uring_params __user *, params)
3899 {
3900         return io_uring_setup(entries, params);
3901 }
3902
3903 static int __io_uring_register(struct io_ring_ctx *ctx, unsigned opcode,
3904                                void __user *arg, unsigned nr_args)
3905         __releases(ctx->uring_lock)
3906         __acquires(ctx->uring_lock)
3907 {
3908         int ret;
3909
3910         /*
3911          * We're inside the ring mutex, if the ref is already dying, then
3912          * someone else killed the ctx or is already going through
3913          * io_uring_register().
3914          */
3915         if (percpu_ref_is_dying(&ctx->refs))
3916                 return -ENXIO;
3917
3918         percpu_ref_kill(&ctx->refs);
3919
3920         /*
3921          * Drop uring mutex before waiting for references to exit. If another
3922          * thread is currently inside io_uring_enter() it might need to grab
3923          * the uring_lock to make progress. If we hold it here across the drain
3924          * wait, then we can deadlock. It's safe to drop the mutex here, since
3925          * no new references will come in after we've killed the percpu ref.
3926          */
3927         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
3928         wait_for_completion(&ctx->ctx_done);
3929         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
3930
3931         switch (opcode) {
3932         case IORING_REGISTER_BUFFERS:
3933                 ret = io_sqe_buffer_register(ctx, arg, nr_args);
3934                 break;
3935         case IORING_UNREGISTER_BUFFERS:
3936                 ret = -EINVAL;
3937                 if (arg || nr_args)
3938                         break;
3939                 ret = io_sqe_buffer_unregister(ctx);
3940                 break;
3941         case IORING_REGISTER_FILES:
3942                 ret = io_sqe_files_register(ctx, arg, nr_args);
3943                 break;
3944         case IORING_UNREGISTER_FILES:
3945                 ret = -EINVAL;
3946                 if (arg || nr_args)
3947                         break;
3948                 ret = io_sqe_files_unregister(ctx);
3949                 break;
3950         case IORING_REGISTER_EVENTFD:
3951                 ret = -EINVAL;
3952                 if (nr_args != 1)
3953                         break;
3954                 ret = io_eventfd_register(ctx, arg);
3955                 break;
3956         case IORING_UNREGISTER_EVENTFD:
3957                 ret = -EINVAL;
3958                 if (arg || nr_args)
3959                         break;
3960                 ret = io_eventfd_unregister(ctx);
3961                 break;
3962         default:
3963                 ret = -EINVAL;
3964                 break;
3965         }
3966
3967         /* bring the ctx back to life */
3968         reinit_completion(&ctx->ctx_done);
3969         percpu_ref_reinit(&ctx->refs);
3970         return ret;
3971 }
3972
3973 SYSCALL_DEFINE4(io_uring_register, unsigned int, fd, unsigned int, opcode,
3974                 void __user *, arg, unsigned int, nr_args)
3975 {
3976         struct io_ring_ctx *ctx;
3977         long ret = -EBADF;
3978         struct fd f;
3979
3980         f = fdget(fd);
3981         if (!f.file)
3982                 return -EBADF;
3983
3984         ret = -EOPNOTSUPP;
3985         if (f.file->f_op != &io_uring_fops)
3986                 goto out_fput;
3987
3988         ctx = f.file->private_data;
3989
3990         mutex_lock(&ctx->uring_lock);
3991         ret = __io_uring_register(ctx, opcode, arg, nr_args);
3992         mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
3993 out_fput:
3994         fdput(f);
3995         return ret;
3996 }
3997
3998 static int __init io_uring_init(void)
3999 {
4000         req_cachep = KMEM_CACHE(io_kiocb, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC);
4001         return 0;
4002 };
4003 __initcall(io_uring_init);