futex: Don't include process MM in futex key on no-MMU
[platform/kernel/linux-starfive.git] / kernel / futex / core.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  *  Fast Userspace Mutexes (which I call "Futexes!").
4  *  (C) Rusty Russell, IBM 2002
5  *
6  *  Generalized futexes, futex requeueing, misc fixes by Ingo Molnar
7  *  (C) Copyright 2003 Red Hat Inc, All Rights Reserved
8  *
9  *  Removed page pinning, fix privately mapped COW pages and other cleanups
10  *  (C) Copyright 2003, 2004 Jamie Lokier
11  *
12  *  Robust futex support started by Ingo Molnar
13  *  (C) Copyright 2006 Red Hat Inc, All Rights Reserved
14  *  Thanks to Thomas Gleixner for suggestions, analysis and fixes.
15  *
16  *  PI-futex support started by Ingo Molnar and Thomas Gleixner
17  *  Copyright (C) 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
18  *  Copyright (C) 2006 Timesys Corp., Thomas Gleixner <tglx@timesys.com>
19  *
20  *  PRIVATE futexes by Eric Dumazet
21  *  Copyright (C) 2007 Eric Dumazet <dada1@cosmosbay.com>
22  *
23  *  Requeue-PI support by Darren Hart <dvhltc@us.ibm.com>
24  *  Copyright (C) IBM Corporation, 2009
25  *  Thanks to Thomas Gleixner for conceptual design and careful reviews.
26  *
27  *  Thanks to Ben LaHaise for yelling "hashed waitqueues" loudly
28  *  enough at me, Linus for the original (flawed) idea, Matthew
29  *  Kirkwood for proof-of-concept implementation.
30  *
31  *  "The futexes are also cursed."
32  *  "But they come in a choice of three flavours!"
33  */
34 #include <linux/compat.h>
35 #include <linux/jhash.h>
36 #include <linux/pagemap.h>
37 #include <linux/memblock.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/slab.h>
40
41 #include "futex.h"
42 #include "../locking/rtmutex_common.h"
43
44 /*
45  * The base of the bucket array and its size are always used together
46  * (after initialization only in futex_hash()), so ensure that they
47  * reside in the same cacheline.
48  */
49 static struct {
50         struct futex_hash_bucket *queues;
51         unsigned long            hashsize;
52 } __futex_data __read_mostly __aligned(2*sizeof(long));
53 #define futex_queues   (__futex_data.queues)
54 #define futex_hashsize (__futex_data.hashsize)
55
56
57 /*
58  * Fault injections for futexes.
59  */
60 #ifdef CONFIG_FAIL_FUTEX
61
62 static struct {
63         struct fault_attr attr;
64
65         bool ignore_private;
66 } fail_futex = {
67         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
68         .ignore_private = false,
69 };
70
71 static int __init setup_fail_futex(char *str)
72 {
73         return setup_fault_attr(&fail_futex.attr, str);
74 }
75 __setup("fail_futex=", setup_fail_futex);
76
77 bool should_fail_futex(bool fshared)
78 {
79         if (fail_futex.ignore_private && !fshared)
80                 return false;
81
82         return should_fail(&fail_futex.attr, 1);
83 }
84
85 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
86
87 static int __init fail_futex_debugfs(void)
88 {
89         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
90         struct dentry *dir;
91
92         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_futex", NULL,
93                                         &fail_futex.attr);
94         if (IS_ERR(dir))
95                 return PTR_ERR(dir);
96
97         debugfs_create_bool("ignore-private", mode, dir,
98                             &fail_futex.ignore_private);
99         return 0;
100 }
101
102 late_initcall(fail_futex_debugfs);
103
104 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
105
106 #endif /* CONFIG_FAIL_FUTEX */
107
108 /**
109  * futex_hash - Return the hash bucket in the global hash
110  * @key:        Pointer to the futex key for which the hash is calculated
111  *
112  * We hash on the keys returned from get_futex_key (see below) and return the
113  * corresponding hash bucket in the global hash.
114  */
115 struct futex_hash_bucket *futex_hash(union futex_key *key)
116 {
117         u32 hash = jhash2((u32 *)key, offsetof(typeof(*key), both.offset) / 4,
118                           key->both.offset);
119
120         return &futex_queues[hash & (futex_hashsize - 1)];
121 }
122
123
124 /**
125  * futex_setup_timer - set up the sleeping hrtimer.
126  * @time:       ptr to the given timeout value
127  * @timeout:    the hrtimer_sleeper structure to be set up
128  * @flags:      futex flags
129  * @range_ns:   optional range in ns
130  *
131  * Return: Initialized hrtimer_sleeper structure or NULL if no timeout
132  *         value given
133  */
134 struct hrtimer_sleeper *
135 futex_setup_timer(ktime_t *time, struct hrtimer_sleeper *timeout,
136                   int flags, u64 range_ns)
137 {
138         if (!time)
139                 return NULL;
140
141         hrtimer_init_sleeper_on_stack(timeout, (flags & FLAGS_CLOCKRT) ?
142                                       CLOCK_REALTIME : CLOCK_MONOTONIC,
143                                       HRTIMER_MODE_ABS);
144         /*
145          * If range_ns is 0, calling hrtimer_set_expires_range_ns() is
146          * effectively the same as calling hrtimer_set_expires().
147          */
148         hrtimer_set_expires_range_ns(&timeout->timer, *time, range_ns);
149
150         return timeout;
151 }
152
153 /*
154  * Generate a machine wide unique identifier for this inode.
155  *
156  * This relies on u64 not wrapping in the life-time of the machine; which with
157  * 1ns resolution means almost 585 years.
158  *
159  * This further relies on the fact that a well formed program will not unmap
160  * the file while it has a (shared) futex waiting on it. This mapping will have
161  * a file reference which pins the mount and inode.
162  *
163  * If for some reason an inode gets evicted and read back in again, it will get
164  * a new sequence number and will _NOT_ match, even though it is the exact same
165  * file.
166  *
167  * It is important that futex_match() will never have a false-positive, esp.
168  * for PI futexes that can mess up the state. The above argues that false-negatives
169  * are only possible for malformed programs.
170  */
171 static u64 get_inode_sequence_number(struct inode *inode)
172 {
173         static atomic64_t i_seq;
174         u64 old;
175
176         /* Does the inode already have a sequence number? */
177         old = atomic64_read(&inode->i_sequence);
178         if (likely(old))
179                 return old;
180
181         for (;;) {
182                 u64 new = atomic64_add_return(1, &i_seq);
183                 if (WARN_ON_ONCE(!new))
184                         continue;
185
186                 old = atomic64_cmpxchg_relaxed(&inode->i_sequence, 0, new);
187                 if (old)
188                         return old;
189                 return new;
190         }
191 }
192
193 /**
194  * get_futex_key() - Get parameters which are the keys for a futex
195  * @uaddr:      virtual address of the futex
196  * @fshared:    false for a PROCESS_PRIVATE futex, true for PROCESS_SHARED
197  * @key:        address where result is stored.
198  * @rw:         mapping needs to be read/write (values: FUTEX_READ,
199  *              FUTEX_WRITE)
200  *
201  * Return: a negative error code or 0
202  *
203  * The key words are stored in @key on success.
204  *
205  * For shared mappings (when @fshared), the key is:
206  *
207  *   ( inode->i_sequence, page->index, offset_within_page )
208  *
209  * [ also see get_inode_sequence_number() ]
210  *
211  * For private mappings (or when !@fshared), the key is:
212  *
213  *   ( current->mm, address, 0 )
214  *
215  * This allows (cross process, where applicable) identification of the futex
216  * without keeping the page pinned for the duration of the FUTEX_WAIT.
217  *
218  * lock_page() might sleep, the caller should not hold a spinlock.
219  */
220 int get_futex_key(u32 __user *uaddr, bool fshared, union futex_key *key,
221                   enum futex_access rw)
222 {
223         unsigned long address = (unsigned long)uaddr;
224         struct mm_struct *mm = current->mm;
225         struct page *page, *tail;
226         struct address_space *mapping;
227         int err, ro = 0;
228
229         /*
230          * The futex address must be "naturally" aligned.
231          */
232         key->both.offset = address % PAGE_SIZE;
233         if (unlikely((address % sizeof(u32)) != 0))
234                 return -EINVAL;
235         address -= key->both.offset;
236
237         if (unlikely(!access_ok(uaddr, sizeof(u32))))
238                 return -EFAULT;
239
240         if (unlikely(should_fail_futex(fshared)))
241                 return -EFAULT;
242
243         /*
244          * PROCESS_PRIVATE futexes are fast.
245          * As the mm cannot disappear under us and the 'key' only needs
246          * virtual address, we dont even have to find the underlying vma.
247          * Note : We do have to check 'uaddr' is a valid user address,
248          *        but access_ok() should be faster than find_vma()
249          */
250         if (!fshared) {
251                 /*
252                  * On no-MMU, shared futexes are treated as private, therefore
253                  * we must not include the current process in the key. Since
254                  * there is only one address space, the address is a unique key
255                  * on its own.
256                  */
257                 if (IS_ENABLED(CONFIG_MMU))
258                         key->private.mm = mm;
259                 else
260                         key->private.mm = NULL;
261
262                 key->private.address = address;
263                 return 0;
264         }
265
266 again:
267         /* Ignore any VERIFY_READ mapping (futex common case) */
268         if (unlikely(should_fail_futex(true)))
269                 return -EFAULT;
270
271         err = get_user_pages_fast(address, 1, FOLL_WRITE, &page);
272         /*
273          * If write access is not required (eg. FUTEX_WAIT), try
274          * and get read-only access.
275          */
276         if (err == -EFAULT && rw == FUTEX_READ) {
277                 err = get_user_pages_fast(address, 1, 0, &page);
278                 ro = 1;
279         }
280         if (err < 0)
281                 return err;
282         else
283                 err = 0;
284
285         /*
286          * The treatment of mapping from this point on is critical. The page
287          * lock protects many things but in this context the page lock
288          * stabilizes mapping, prevents inode freeing in the shared
289          * file-backed region case and guards against movement to swap cache.
290          *
291          * Strictly speaking the page lock is not needed in all cases being
292          * considered here and page lock forces unnecessarily serialization
293          * From this point on, mapping will be re-verified if necessary and
294          * page lock will be acquired only if it is unavoidable
295          *
296          * Mapping checks require the head page for any compound page so the
297          * head page and mapping is looked up now. For anonymous pages, it
298          * does not matter if the page splits in the future as the key is
299          * based on the address. For filesystem-backed pages, the tail is
300          * required as the index of the page determines the key. For
301          * base pages, there is no tail page and tail == page.
302          */
303         tail = page;
304         page = compound_head(page);
305         mapping = READ_ONCE(page->mapping);
306
307         /*
308          * If page->mapping is NULL, then it cannot be a PageAnon
309          * page; but it might be the ZERO_PAGE or in the gate area or
310          * in a special mapping (all cases which we are happy to fail);
311          * or it may have been a good file page when get_user_pages_fast
312          * found it, but truncated or holepunched or subjected to
313          * invalidate_complete_page2 before we got the page lock (also
314          * cases which we are happy to fail).  And we hold a reference,
315          * so refcount care in invalidate_inode_page's remove_mapping
316          * prevents drop_caches from setting mapping to NULL beneath us.
317          *
318          * The case we do have to guard against is when memory pressure made
319          * shmem_writepage move it from filecache to swapcache beneath us:
320          * an unlikely race, but we do need to retry for page->mapping.
321          */
322         if (unlikely(!mapping)) {
323                 int shmem_swizzled;
324
325                 /*
326                  * Page lock is required to identify which special case above
327                  * applies. If this is really a shmem page then the page lock
328                  * will prevent unexpected transitions.
329                  */
330                 lock_page(page);
331                 shmem_swizzled = PageSwapCache(page) || page->mapping;
332                 unlock_page(page);
333                 put_page(page);
334
335                 if (shmem_swizzled)
336                         goto again;
337
338                 return -EFAULT;
339         }
340
341         /*
342          * Private mappings are handled in a simple way.
343          *
344          * If the futex key is stored on an anonymous page, then the associated
345          * object is the mm which is implicitly pinned by the calling process.
346          *
347          * NOTE: When userspace waits on a MAP_SHARED mapping, even if
348          * it's a read-only handle, it's expected that futexes attach to
349          * the object not the particular process.
350          */
351         if (PageAnon(page)) {
352                 /*
353                  * A RO anonymous page will never change and thus doesn't make
354                  * sense for futex operations.
355                  */
356                 if (unlikely(should_fail_futex(true)) || ro) {
357                         err = -EFAULT;
358                         goto out;
359                 }
360
361                 key->both.offset |= FUT_OFF_MMSHARED; /* ref taken on mm */
362                 key->private.mm = mm;
363                 key->private.address = address;
364
365         } else {
366                 struct inode *inode;
367
368                 /*
369                  * The associated futex object in this case is the inode and
370                  * the page->mapping must be traversed. Ordinarily this should
371                  * be stabilised under page lock but it's not strictly
372                  * necessary in this case as we just want to pin the inode, not
373                  * update the radix tree or anything like that.
374                  *
375                  * The RCU read lock is taken as the inode is finally freed
376                  * under RCU. If the mapping still matches expectations then the
377                  * mapping->host can be safely accessed as being a valid inode.
378                  */
379                 rcu_read_lock();
380
381                 if (READ_ONCE(page->mapping) != mapping) {
382                         rcu_read_unlock();
383                         put_page(page);
384
385                         goto again;
386                 }
387
388                 inode = READ_ONCE(mapping->host);
389                 if (!inode) {
390                         rcu_read_unlock();
391                         put_page(page);
392
393                         goto again;
394                 }
395
396                 key->both.offset |= FUT_OFF_INODE; /* inode-based key */
397                 key->shared.i_seq = get_inode_sequence_number(inode);
398                 key->shared.pgoff = page_to_pgoff(tail);
399                 rcu_read_unlock();
400         }
401
402 out:
403         put_page(page);
404         return err;
405 }
406
407 /**
408  * fault_in_user_writeable() - Fault in user address and verify RW access
409  * @uaddr:      pointer to faulting user space address
410  *
411  * Slow path to fixup the fault we just took in the atomic write
412  * access to @uaddr.
413  *
414  * We have no generic implementation of a non-destructive write to the
415  * user address. We know that we faulted in the atomic pagefault
416  * disabled section so we can as well avoid the #PF overhead by
417  * calling get_user_pages() right away.
418  */
419 int fault_in_user_writeable(u32 __user *uaddr)
420 {
421         struct mm_struct *mm = current->mm;
422         int ret;
423
424         mmap_read_lock(mm);
425         ret = fixup_user_fault(mm, (unsigned long)uaddr,
426                                FAULT_FLAG_WRITE, NULL);
427         mmap_read_unlock(mm);
428
429         return ret < 0 ? ret : 0;
430 }
431
432 /**
433  * futex_top_waiter() - Return the highest priority waiter on a futex
434  * @hb:         the hash bucket the futex_q's reside in
435  * @key:        the futex key (to distinguish it from other futex futex_q's)
436  *
437  * Must be called with the hb lock held.
438  */
439 struct futex_q *futex_top_waiter(struct futex_hash_bucket *hb, union futex_key *key)
440 {
441         struct futex_q *this;
442
443         plist_for_each_entry(this, &hb->chain, list) {
444                 if (futex_match(&this->key, key))
445                         return this;
446         }
447         return NULL;
448 }
449
450 int futex_cmpxchg_value_locked(u32 *curval, u32 __user *uaddr, u32 uval, u32 newval)
451 {
452         int ret;
453
454         pagefault_disable();
455         ret = futex_atomic_cmpxchg_inatomic(curval, uaddr, uval, newval);
456         pagefault_enable();
457
458         return ret;
459 }
460
461 int futex_get_value_locked(u32 *dest, u32 __user *from)
462 {
463         int ret;
464
465         pagefault_disable();
466         ret = __get_user(*dest, from);
467         pagefault_enable();
468
469         return ret ? -EFAULT : 0;
470 }
471
472 /**
473  * wait_for_owner_exiting - Block until the owner has exited
474  * @ret: owner's current futex lock status
475  * @exiting:    Pointer to the exiting task
476  *
477  * Caller must hold a refcount on @exiting.
478  */
479 void wait_for_owner_exiting(int ret, struct task_struct *exiting)
480 {
481         if (ret != -EBUSY) {
482                 WARN_ON_ONCE(exiting);
483                 return;
484         }
485
486         if (WARN_ON_ONCE(ret == -EBUSY && !exiting))
487                 return;
488
489         mutex_lock(&exiting->futex_exit_mutex);
490         /*
491          * No point in doing state checking here. If the waiter got here
492          * while the task was in exec()->exec_futex_release() then it can
493          * have any FUTEX_STATE_* value when the waiter has acquired the
494          * mutex. OK, if running, EXITING or DEAD if it reached exit()
495          * already. Highly unlikely and not a problem. Just one more round
496          * through the futex maze.
497          */
498         mutex_unlock(&exiting->futex_exit_mutex);
499
500         put_task_struct(exiting);
501 }
502
503 /**
504  * __futex_unqueue() - Remove the futex_q from its futex_hash_bucket
505  * @q:  The futex_q to unqueue
506  *
507  * The q->lock_ptr must not be NULL and must be held by the caller.
508  */
509 void __futex_unqueue(struct futex_q *q)
510 {
511         struct futex_hash_bucket *hb;
512
513         if (WARN_ON_SMP(!q->lock_ptr) || WARN_ON(plist_node_empty(&q->list)))
514                 return;
515         lockdep_assert_held(q->lock_ptr);
516
517         hb = container_of(q->lock_ptr, struct futex_hash_bucket, lock);
518         plist_del(&q->list, &hb->chain);
519         futex_hb_waiters_dec(hb);
520 }
521
522 /* The key must be already stored in q->key. */
523 struct futex_hash_bucket *futex_q_lock(struct futex_q *q)
524         __acquires(&hb->lock)
525 {
526         struct futex_hash_bucket *hb;
527
528         hb = futex_hash(&q->key);
529
530         /*
531          * Increment the counter before taking the lock so that
532          * a potential waker won't miss a to-be-slept task that is
533          * waiting for the spinlock. This is safe as all futex_q_lock()
534          * users end up calling futex_queue(). Similarly, for housekeeping,
535          * decrement the counter at futex_q_unlock() when some error has
536          * occurred and we don't end up adding the task to the list.
537          */
538         futex_hb_waiters_inc(hb); /* implies smp_mb(); (A) */
539
540         q->lock_ptr = &hb->lock;
541
542         spin_lock(&hb->lock);
543         return hb;
544 }
545
546 void futex_q_unlock(struct futex_hash_bucket *hb)
547         __releases(&hb->lock)
548 {
549         spin_unlock(&hb->lock);
550         futex_hb_waiters_dec(hb);
551 }
552
553 void __futex_queue(struct futex_q *q, struct futex_hash_bucket *hb)
554 {
555         int prio;
556
557         /*
558          * The priority used to register this element is
559          * - either the real thread-priority for the real-time threads
560          * (i.e. threads with a priority lower than MAX_RT_PRIO)
561          * - or MAX_RT_PRIO for non-RT threads.
562          * Thus, all RT-threads are woken first in priority order, and
563          * the others are woken last, in FIFO order.
564          */
565         prio = min(current->normal_prio, MAX_RT_PRIO);
566
567         plist_node_init(&q->list, prio);
568         plist_add(&q->list, &hb->chain);
569         q->task = current;
570 }
571
572 /**
573  * futex_unqueue() - Remove the futex_q from its futex_hash_bucket
574  * @q:  The futex_q to unqueue
575  *
576  * The q->lock_ptr must not be held by the caller. A call to futex_unqueue() must
577  * be paired with exactly one earlier call to futex_queue().
578  *
579  * Return:
580  *  - 1 - if the futex_q was still queued (and we removed unqueued it);
581  *  - 0 - if the futex_q was already removed by the waking thread
582  */
583 int futex_unqueue(struct futex_q *q)
584 {
585         spinlock_t *lock_ptr;
586         int ret = 0;
587
588         /* In the common case we don't take the spinlock, which is nice. */
589 retry:
590         /*
591          * q->lock_ptr can change between this read and the following spin_lock.
592          * Use READ_ONCE to forbid the compiler from reloading q->lock_ptr and
593          * optimizing lock_ptr out of the logic below.
594          */
595         lock_ptr = READ_ONCE(q->lock_ptr);
596         if (lock_ptr != NULL) {
597                 spin_lock(lock_ptr);
598                 /*
599                  * q->lock_ptr can change between reading it and
600                  * spin_lock(), causing us to take the wrong lock.  This
601                  * corrects the race condition.
602                  *
603                  * Reasoning goes like this: if we have the wrong lock,
604                  * q->lock_ptr must have changed (maybe several times)
605                  * between reading it and the spin_lock().  It can
606                  * change again after the spin_lock() but only if it was
607                  * already changed before the spin_lock().  It cannot,
608                  * however, change back to the original value.  Therefore
609                  * we can detect whether we acquired the correct lock.
610                  */
611                 if (unlikely(lock_ptr != q->lock_ptr)) {
612                         spin_unlock(lock_ptr);
613                         goto retry;
614                 }
615                 __futex_unqueue(q);
616
617                 BUG_ON(q->pi_state);
618
619                 spin_unlock(lock_ptr);
620                 ret = 1;
621         }
622
623         return ret;
624 }
625
626 /*
627  * PI futexes can not be requeued and must remove themselves from the
628  * hash bucket. The hash bucket lock (i.e. lock_ptr) is held.
629  */
630 void futex_unqueue_pi(struct futex_q *q)
631 {
632         __futex_unqueue(q);
633
634         BUG_ON(!q->pi_state);
635         put_pi_state(q->pi_state);
636         q->pi_state = NULL;
637 }
638
639 /* Constants for the pending_op argument of handle_futex_death */
640 #define HANDLE_DEATH_PENDING    true
641 #define HANDLE_DEATH_LIST       false
642
643 /*
644  * Process a futex-list entry, check whether it's owned by the
645  * dying task, and do notification if so:
646  */
647 static int handle_futex_death(u32 __user *uaddr, struct task_struct *curr,
648                               bool pi, bool pending_op)
649 {
650         u32 uval, nval, mval;
651         pid_t owner;
652         int err;
653
654         /* Futex address must be 32bit aligned */
655         if ((((unsigned long)uaddr) % sizeof(*uaddr)) != 0)
656                 return -1;
657
658 retry:
659         if (get_user(uval, uaddr))
660                 return -1;
661
662         /*
663          * Special case for regular (non PI) futexes. The unlock path in
664          * user space has two race scenarios:
665          *
666          * 1. The unlock path releases the user space futex value and
667          *    before it can execute the futex() syscall to wake up
668          *    waiters it is killed.
669          *
670          * 2. A woken up waiter is killed before it can acquire the
671          *    futex in user space.
672          *
673          * In the second case, the wake up notification could be generated
674          * by the unlock path in user space after setting the futex value
675          * to zero or by the kernel after setting the OWNER_DIED bit below.
676          *
677          * In both cases the TID validation below prevents a wakeup of
678          * potential waiters which can cause these waiters to block
679          * forever.
680          *
681          * In both cases the following conditions are met:
682          *
683          *      1) task->robust_list->list_op_pending != NULL
684          *         @pending_op == true
685          *      2) The owner part of user space futex value == 0
686          *      3) Regular futex: @pi == false
687          *
688          * If these conditions are met, it is safe to attempt waking up a
689          * potential waiter without touching the user space futex value and
690          * trying to set the OWNER_DIED bit. If the futex value is zero,
691          * the rest of the user space mutex state is consistent, so a woken
692          * waiter will just take over the uncontended futex. Setting the
693          * OWNER_DIED bit would create inconsistent state and malfunction
694          * of the user space owner died handling. Otherwise, the OWNER_DIED
695          * bit is already set, and the woken waiter is expected to deal with
696          * this.
697          */
698         owner = uval & FUTEX_TID_MASK;
699
700         if (pending_op && !pi && !owner) {
701                 futex_wake(uaddr, 1, 1, FUTEX_BITSET_MATCH_ANY);
702                 return 0;
703         }
704
705         if (owner != task_pid_vnr(curr))
706                 return 0;
707
708         /*
709          * Ok, this dying thread is truly holding a futex
710          * of interest. Set the OWNER_DIED bit atomically
711          * via cmpxchg, and if the value had FUTEX_WAITERS
712          * set, wake up a waiter (if any). (We have to do a
713          * futex_wake() even if OWNER_DIED is already set -
714          * to handle the rare but possible case of recursive
715          * thread-death.) The rest of the cleanup is done in
716          * userspace.
717          */
718         mval = (uval & FUTEX_WAITERS) | FUTEX_OWNER_DIED;
719
720         /*
721          * We are not holding a lock here, but we want to have
722          * the pagefault_disable/enable() protection because
723          * we want to handle the fault gracefully. If the
724          * access fails we try to fault in the futex with R/W
725          * verification via get_user_pages. get_user() above
726          * does not guarantee R/W access. If that fails we
727          * give up and leave the futex locked.
728          */
729         if ((err = futex_cmpxchg_value_locked(&nval, uaddr, uval, mval))) {
730                 switch (err) {
731                 case -EFAULT:
732                         if (fault_in_user_writeable(uaddr))
733                                 return -1;
734                         goto retry;
735
736                 case -EAGAIN:
737                         cond_resched();
738                         goto retry;
739
740                 default:
741                         WARN_ON_ONCE(1);
742                         return err;
743                 }
744         }
745
746         if (nval != uval)
747                 goto retry;
748
749         /*
750          * Wake robust non-PI futexes here. The wakeup of
751          * PI futexes happens in exit_pi_state():
752          */
753         if (!pi && (uval & FUTEX_WAITERS))
754                 futex_wake(uaddr, 1, 1, FUTEX_BITSET_MATCH_ANY);
755
756         return 0;
757 }
758
759 /*
760  * Fetch a robust-list pointer. Bit 0 signals PI futexes:
761  */
762 static inline int fetch_robust_entry(struct robust_list __user **entry,
763                                      struct robust_list __user * __user *head,
764                                      unsigned int *pi)
765 {
766         unsigned long uentry;
767
768         if (get_user(uentry, (unsigned long __user *)head))
769                 return -EFAULT;
770
771         *entry = (void __user *)(uentry & ~1UL);
772         *pi = uentry & 1;
773
774         return 0;
775 }
776
777 /*
778  * Walk curr->robust_list (very carefully, it's a userspace list!)
779  * and mark any locks found there dead, and notify any waiters.
780  *
781  * We silently return on any sign of list-walking problem.
782  */
783 static void exit_robust_list(struct task_struct *curr)
784 {
785         struct robust_list_head __user *head = curr->robust_list;
786         struct robust_list __user *entry, *next_entry, *pending;
787         unsigned int limit = ROBUST_LIST_LIMIT, pi, pip;
788         unsigned int next_pi;
789         unsigned long futex_offset;
790         int rc;
791
792         /*
793          * Fetch the list head (which was registered earlier, via
794          * sys_set_robust_list()):
795          */
796         if (fetch_robust_entry(&entry, &head->list.next, &pi))
797                 return;
798         /*
799          * Fetch the relative futex offset:
800          */
801         if (get_user(futex_offset, &head->futex_offset))
802                 return;
803         /*
804          * Fetch any possibly pending lock-add first, and handle it
805          * if it exists:
806          */
807         if (fetch_robust_entry(&pending, &head->list_op_pending, &pip))
808                 return;
809
810         next_entry = NULL;      /* avoid warning with gcc */
811         while (entry != &head->list) {
812                 /*
813                  * Fetch the next entry in the list before calling
814                  * handle_futex_death:
815                  */
816                 rc = fetch_robust_entry(&next_entry, &entry->next, &next_pi);
817                 /*
818                  * A pending lock might already be on the list, so
819                  * don't process it twice:
820                  */
821                 if (entry != pending) {
822                         if (handle_futex_death((void __user *)entry + futex_offset,
823                                                 curr, pi, HANDLE_DEATH_LIST))
824                                 return;
825                 }
826                 if (rc)
827                         return;
828                 entry = next_entry;
829                 pi = next_pi;
830                 /*
831                  * Avoid excessively long or circular lists:
832                  */
833                 if (!--limit)
834                         break;
835
836                 cond_resched();
837         }
838
839         if (pending) {
840                 handle_futex_death((void __user *)pending + futex_offset,
841                                    curr, pip, HANDLE_DEATH_PENDING);
842         }
843 }
844
845 #ifdef CONFIG_COMPAT
846 static void __user *futex_uaddr(struct robust_list __user *entry,
847                                 compat_long_t futex_offset)
848 {
849         compat_uptr_t base = ptr_to_compat(entry);
850         void __user *uaddr = compat_ptr(base + futex_offset);
851
852         return uaddr;
853 }
854
855 /*
856  * Fetch a robust-list pointer. Bit 0 signals PI futexes:
857  */
858 static inline int
859 compat_fetch_robust_entry(compat_uptr_t *uentry, struct robust_list __user **entry,
860                    compat_uptr_t __user *head, unsigned int *pi)
861 {
862         if (get_user(*uentry, head))
863                 return -EFAULT;
864
865         *entry = compat_ptr((*uentry) & ~1);
866         *pi = (unsigned int)(*uentry) & 1;
867
868         return 0;
869 }
870
871 /*
872  * Walk curr->robust_list (very carefully, it's a userspace list!)
873  * and mark any locks found there dead, and notify any waiters.
874  *
875  * We silently return on any sign of list-walking problem.
876  */
877 static void compat_exit_robust_list(struct task_struct *curr)
878 {
879         struct compat_robust_list_head __user *head = curr->compat_robust_list;
880         struct robust_list __user *entry, *next_entry, *pending;
881         unsigned int limit = ROBUST_LIST_LIMIT, pi, pip;
882         unsigned int next_pi;
883         compat_uptr_t uentry, next_uentry, upending;
884         compat_long_t futex_offset;
885         int rc;
886
887         /*
888          * Fetch the list head (which was registered earlier, via
889          * sys_set_robust_list()):
890          */
891         if (compat_fetch_robust_entry(&uentry, &entry, &head->list.next, &pi))
892                 return;
893         /*
894          * Fetch the relative futex offset:
895          */
896         if (get_user(futex_offset, &head->futex_offset))
897                 return;
898         /*
899          * Fetch any possibly pending lock-add first, and handle it
900          * if it exists:
901          */
902         if (compat_fetch_robust_entry(&upending, &pending,
903                                &head->list_op_pending, &pip))
904                 return;
905
906         next_entry = NULL;      /* avoid warning with gcc */
907         while (entry != (struct robust_list __user *) &head->list) {
908                 /*
909                  * Fetch the next entry in the list before calling
910                  * handle_futex_death:
911                  */
912                 rc = compat_fetch_robust_entry(&next_uentry, &next_entry,
913                         (compat_uptr_t __user *)&entry->next, &next_pi);
914                 /*
915                  * A pending lock might already be on the list, so
916                  * dont process it twice:
917                  */
918                 if (entry != pending) {
919                         void __user *uaddr = futex_uaddr(entry, futex_offset);
920
921                         if (handle_futex_death(uaddr, curr, pi,
922                                                HANDLE_DEATH_LIST))
923                                 return;
924                 }
925                 if (rc)
926                         return;
927                 uentry = next_uentry;
928                 entry = next_entry;
929                 pi = next_pi;
930                 /*
931                  * Avoid excessively long or circular lists:
932                  */
933                 if (!--limit)
934                         break;
935
936                 cond_resched();
937         }
938         if (pending) {
939                 void __user *uaddr = futex_uaddr(pending, futex_offset);
940
941                 handle_futex_death(uaddr, curr, pip, HANDLE_DEATH_PENDING);
942         }
943 }
944 #endif
945
946 #ifdef CONFIG_FUTEX_PI
947
948 /*
949  * This task is holding PI mutexes at exit time => bad.
950  * Kernel cleans up PI-state, but userspace is likely hosed.
951  * (Robust-futex cleanup is separate and might save the day for userspace.)
952  */
953 static void exit_pi_state_list(struct task_struct *curr)
954 {
955         struct list_head *next, *head = &curr->pi_state_list;
956         struct futex_pi_state *pi_state;
957         struct futex_hash_bucket *hb;
958         union futex_key key = FUTEX_KEY_INIT;
959
960         /*
961          * We are a ZOMBIE and nobody can enqueue itself on
962          * pi_state_list anymore, but we have to be careful
963          * versus waiters unqueueing themselves:
964          */
965         raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
966         while (!list_empty(head)) {
967                 next = head->next;
968                 pi_state = list_entry(next, struct futex_pi_state, list);
969                 key = pi_state->key;
970                 hb = futex_hash(&key);
971
972                 /*
973                  * We can race against put_pi_state() removing itself from the
974                  * list (a waiter going away). put_pi_state() will first
975                  * decrement the reference count and then modify the list, so
976                  * its possible to see the list entry but fail this reference
977                  * acquire.
978                  *
979                  * In that case; drop the locks to let put_pi_state() make
980                  * progress and retry the loop.
981                  */
982                 if (!refcount_inc_not_zero(&pi_state->refcount)) {
983                         raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
984                         cpu_relax();
985                         raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
986                         continue;
987                 }
988                 raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
989
990                 spin_lock(&hb->lock);
991                 raw_spin_lock_irq(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
992                 raw_spin_lock(&curr->pi_lock);
993                 /*
994                  * We dropped the pi-lock, so re-check whether this
995                  * task still owns the PI-state:
996                  */
997                 if (head->next != next) {
998                         /* retain curr->pi_lock for the loop invariant */
999                         raw_spin_unlock(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
1000                         spin_unlock(&hb->lock);
1001                         put_pi_state(pi_state);
1002                         continue;
1003                 }
1004
1005                 WARN_ON(pi_state->owner != curr);
1006                 WARN_ON(list_empty(&pi_state->list));
1007                 list_del_init(&pi_state->list);
1008                 pi_state->owner = NULL;
1009
1010                 raw_spin_unlock(&curr->pi_lock);
1011                 raw_spin_unlock_irq(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
1012                 spin_unlock(&hb->lock);
1013
1014                 rt_mutex_futex_unlock(&pi_state->pi_mutex);
1015                 put_pi_state(pi_state);
1016
1017                 raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
1018         }
1019         raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
1020 }
1021 #else
1022 static inline void exit_pi_state_list(struct task_struct *curr) { }
1023 #endif
1024
1025 static void futex_cleanup(struct task_struct *tsk)
1026 {
1027         if (unlikely(tsk->robust_list)) {
1028                 exit_robust_list(tsk);
1029                 tsk->robust_list = NULL;
1030         }
1031
1032 #ifdef CONFIG_COMPAT
1033         if (unlikely(tsk->compat_robust_list)) {
1034                 compat_exit_robust_list(tsk);
1035                 tsk->compat_robust_list = NULL;
1036         }
1037 #endif
1038
1039         if (unlikely(!list_empty(&tsk->pi_state_list)))
1040                 exit_pi_state_list(tsk);
1041 }
1042
1043 /**
1044  * futex_exit_recursive - Set the tasks futex state to FUTEX_STATE_DEAD
1045  * @tsk:        task to set the state on
1046  *
1047  * Set the futex exit state of the task lockless. The futex waiter code
1048  * observes that state when a task is exiting and loops until the task has
1049  * actually finished the futex cleanup. The worst case for this is that the
1050  * waiter runs through the wait loop until the state becomes visible.
1051  *
1052  * This is called from the recursive fault handling path in make_task_dead().
1053  *
1054  * This is best effort. Either the futex exit code has run already or
1055  * not. If the OWNER_DIED bit has been set on the futex then the waiter can
1056  * take it over. If not, the problem is pushed back to user space. If the
1057  * futex exit code did not run yet, then an already queued waiter might
1058  * block forever, but there is nothing which can be done about that.
1059  */
1060 void futex_exit_recursive(struct task_struct *tsk)
1061 {
1062         /* If the state is FUTEX_STATE_EXITING then futex_exit_mutex is held */
1063         if (tsk->futex_state == FUTEX_STATE_EXITING)
1064                 mutex_unlock(&tsk->futex_exit_mutex);
1065         tsk->futex_state = FUTEX_STATE_DEAD;
1066 }
1067
1068 static void futex_cleanup_begin(struct task_struct *tsk)
1069 {
1070         /*
1071          * Prevent various race issues against a concurrent incoming waiter
1072          * including live locks by forcing the waiter to block on
1073          * tsk->futex_exit_mutex when it observes FUTEX_STATE_EXITING in
1074          * attach_to_pi_owner().
1075          */
1076         mutex_lock(&tsk->futex_exit_mutex);
1077
1078         /*
1079          * Switch the state to FUTEX_STATE_EXITING under tsk->pi_lock.
1080          *
1081          * This ensures that all subsequent checks of tsk->futex_state in
1082          * attach_to_pi_owner() must observe FUTEX_STATE_EXITING with
1083          * tsk->pi_lock held.
1084          *
1085          * It guarantees also that a pi_state which was queued right before
1086          * the state change under tsk->pi_lock by a concurrent waiter must
1087          * be observed in exit_pi_state_list().
1088          */
1089         raw_spin_lock_irq(&tsk->pi_lock);
1090         tsk->futex_state = FUTEX_STATE_EXITING;
1091         raw_spin_unlock_irq(&tsk->pi_lock);
1092 }
1093
1094 static void futex_cleanup_end(struct task_struct *tsk, int state)
1095 {
1096         /*
1097          * Lockless store. The only side effect is that an observer might
1098          * take another loop until it becomes visible.
1099          */
1100         tsk->futex_state = state;
1101         /*
1102          * Drop the exit protection. This unblocks waiters which observed
1103          * FUTEX_STATE_EXITING to reevaluate the state.
1104          */
1105         mutex_unlock(&tsk->futex_exit_mutex);
1106 }
1107
1108 void futex_exec_release(struct task_struct *tsk)
1109 {
1110         /*
1111          * The state handling is done for consistency, but in the case of
1112          * exec() there is no way to prevent further damage as the PID stays
1113          * the same. But for the unlikely and arguably buggy case that a
1114          * futex is held on exec(), this provides at least as much state
1115          * consistency protection which is possible.
1116          */
1117         futex_cleanup_begin(tsk);
1118         futex_cleanup(tsk);
1119         /*
1120          * Reset the state to FUTEX_STATE_OK. The task is alive and about
1121          * exec a new binary.
1122          */
1123         futex_cleanup_end(tsk, FUTEX_STATE_OK);
1124 }
1125
1126 void futex_exit_release(struct task_struct *tsk)
1127 {
1128         futex_cleanup_begin(tsk);
1129         futex_cleanup(tsk);
1130         futex_cleanup_end(tsk, FUTEX_STATE_DEAD);
1131 }
1132
1133 static int __init futex_init(void)
1134 {
1135         unsigned int futex_shift;
1136         unsigned long i;
1137
1138 #if CONFIG_BASE_SMALL
1139         futex_hashsize = 16;
1140 #else
1141         futex_hashsize = roundup_pow_of_two(256 * num_possible_cpus());
1142 #endif
1143
1144         futex_queues = alloc_large_system_hash("futex", sizeof(*futex_queues),
1145                                                futex_hashsize, 0, 0,
1146                                                &futex_shift, NULL,
1147                                                futex_hashsize, futex_hashsize);
1148         futex_hashsize = 1UL << futex_shift;
1149
1150         for (i = 0; i < futex_hashsize; i++) {
1151                 atomic_set(&futex_queues[i].waiters, 0);
1152                 plist_head_init(&futex_queues[i].chain);
1153                 spin_lock_init(&futex_queues[i].lock);
1154         }
1155
1156         return 0;
1157 }
1158 core_initcall(futex_init);