kernel/pid.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Generic pidhash and scalable, time-bounded PID allocator
   4  *
   5  * (C) 2002-2003 Nadia Yvette Chambers, IBM
   6  * (C) 2004 Nadia Yvette Chambers, Oracle
   7  * (C) 2002-2004 Ingo Molnar, Red Hat
   8  *
   9  * pid-structures are backing objects for tasks sharing a given ID to chain
  10  * against. There is very little to them aside from hashing them and
  11  * parking tasks using given ID's on a list.
  12  *
  13  * The hash is always changed with the tasklist_lock write-acquired,
  14  * and the hash is only accessed with the tasklist_lock at least
  15  * read-acquired, so there's no additional SMP locking needed here.
  16  *
  17  * We have a list of bitmap pages, which bitmaps represent the PID space.
  18  * Allocating and freeing PIDs is completely lockless. The worst-case
  19  * allocation scenario when all but one out of 1 million PIDs possible are
  20  * allocated already: the scanning of 32 list entries and at most PAGE_SIZE
  21  * bytes. The typical fastpath is a single successful setbit. Freeing is O(1).
  22  *
  23  * Pid namespaces:
  24  *    (C) 2007 Pavel Emelyanov <xemul@openvz.org>, OpenVZ, SWsoft Inc.
  25  *    (C) 2007 Sukadev Bhattiprolu <sukadev@us.ibm.com>, IBM
  26  *     Many thanks to Oleg Nesterov for comments and help
  27  *
  28  */
  29
  30 #include <linux/mm.h>
  31 #include <linux/export.h>
  32 #include <linux/slab.h>
  33 #include <linux/init.h>
  34 #include <linux/rculist.h>
  35 #include <linux/memblock.h>
  36 #include <linux/pid_namespace.h>
  37 #include <linux/init_task.h>
  38 #include <linux/syscalls.h>
  39 #include <linux/proc_ns.h>
  40 #include <linux/refcount.h>
  41 #include <linux/anon_inodes.h>
  42 #include <linux/sched/signal.h>
  43 #include <linux/sched/task.h>
  44 #include <linux/idr.h>
  45
  46 struct pid init_struct_pid = {
  47         .count          = REFCOUNT_INIT(1),
  48         .tasks          = {
  49                 { .first = NULL },
  50                 { .first = NULL },
  51                 { .first = NULL },
  52         },
  53         .level          = 0,
  54         .numbers        = { {
  55                 .nr             = 0,
  56                 .ns             = &init_pid_ns,
  57         }, }
  58 };
  59
  60 int pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
  61
  62 #define RESERVED_PIDS           300
  63
  64 int pid_max_min = RESERVED_PIDS + 1;
  65 int pid_max_max = PID_MAX_LIMIT;
  66
  67 /*
  68  * PID-map pages start out as NULL, they get allocated upon
  69  * first use and are never deallocated. This way a low pid_max
  70  * value does not cause lots of bitmaps to be allocated, but
  71  * the scheme scales to up to 4 million PIDs, runtime.
  72  */
  73 struct pid_namespace init_pid_ns = {
  74         .kref = KREF_INIT(2),
  75         .idr = IDR_INIT(init_pid_ns.idr),
  76         .pid_allocated = PIDNS_ADDING,
  77         .level = 0,
  78         .child_reaper = &init_task,
  79         .user_ns = &init_user_ns,
  80         .ns.inum = PROC_PID_INIT_INO,
  81 #ifdef CONFIG_PID_NS
  82         .ns.ops = &pidns_operations,
  83 #endif
  84 };
  85 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_pid_ns);
  86
  87 /*
  88  * Note: disable interrupts while the pidmap_lock is held as an
  89  * interrupt might come in and do read_lock(&tasklist_lock).
  90  *
  91  * If we don't disable interrupts there is a nasty deadlock between
  92  * detach_pid()->free_pid() and another cpu that does
  93  * spin_lock(&pidmap_lock) followed by an interrupt routine that does
  94  * read_lock(&tasklist_lock);
  95  *
  96  * After we clean up the tasklist_lock and know there are no
  97  * irq handlers that take it we can leave the interrupts enabled.
  98  * For now it is easier to be safe than to prove it can't happen.
  99  */
 100
 101 static  __cacheline_aligned_in_smp DEFINE_SPINLOCK(pidmap_lock);
 102
 103 void put_pid(struct pid *pid)
 104 {
 105         struct pid_namespace *ns;
 106
 107         if (!pid)
 108                 return;
 109
 110         ns = pid->numbers[pid->level].ns;
 111         if (refcount_dec_and_test(&pid->count)) {
 112                 kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
 113                 put_pid_ns(ns);
 114         }
 115 }
 116 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_pid);
 117
 118 static void delayed_put_pid(struct rcu_head *rhp)
 119 {
 120         struct pid *pid = container_of(rhp, struct pid, rcu);
 121         put_pid(pid);
 122 }
 123
 124 void free_pid(struct pid *pid)
 125 {
 126         /* We can be called with write_lock_irq(&tasklist_lock) held */
 127         int i;
 128         unsigned long flags;
 129
 130         spin_lock_irqsave(&pidmap_lock, flags);
 131         for (i = 0; i <= pid->level; i++) {
 132                 struct upid *upid = pid->numbers + i;
 133                 struct pid_namespace *ns = upid->ns;
 134                 switch (--ns->pid_allocated) {
 135                 case 2:
 136                 case 1:
 137                         /* When all that is left in the pid namespace
 138                          * is the reaper wake up the reaper.  The reaper
 139                          * may be sleeping in zap_pid_ns_processes().
 140                          */
 141                         wake_up_process(ns->child_reaper);
 142                         break;
 143                 case PIDNS_ADDING:
 144                         /* Handle a fork failure of the first process */
 145                         WARN_ON(ns->child_reaper);
 146                         ns->pid_allocated = 0;
 147                         /* fall through */
 148                 case 0:
 149                         schedule_work(&ns->proc_work);
 150                         break;
 151                 }
 152
 153                 idr_remove(&ns->idr, upid->nr);
 154         }
 155         spin_unlock_irqrestore(&pidmap_lock, flags);
 156
 157         call_rcu(&pid->rcu, delayed_put_pid);
 158 }
 159
 160 struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns, pid_t *set_tid,
 161                       size_t set_tid_size)
 162 {
 163         struct pid *pid;
 164         enum pid_type type;
 165         int i, nr;
 166         struct pid_namespace *tmp;
 167         struct upid *upid;
 168         int retval = -ENOMEM;
 169
 170         /*
 171          * set_tid_size contains the size of the set_tid array. Starting at
 172          * the most nested currently active PID namespace it tells alloc_pid()
 173          * which PID to set for a process in that most nested PID namespace
 174          * up to set_tid_size PID namespaces. It does not have to set the PID
 175          * for a process in all nested PID namespaces but set_tid_size must
 176          * never be greater than the current ns->level + 1.
 177          */
 178         if (set_tid_size > ns->level + 1)
 179                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 180
 181         pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
 182         if (!pid)
 183                 return ERR_PTR(retval);
 184
 185         tmp = ns;
 186         pid->level = ns->level;
 187
 188         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
 189                 int tid = 0;
 190
 191                 if (set_tid_size) {
 192                         tid = set_tid[ns->level - i];
 193
 194                         retval = -EINVAL;
 195                         if (tid < 1 || tid >= pid_max)
 196                                 goto out_free;
 197                         /*
 198                          * Also fail if a PID != 1 is requested and
 199                          * no PID 1 exists.
 200                          */
 201                         if (tid != 1 && !tmp->child_reaper)
 202                                 goto out_free;
 203                         retval = -EPERM;
 204                         if (!ns_capable(tmp->user_ns, CAP_SYS_ADMIN))
 205                                 goto out_free;
 206                         set_tid_size--;
 207                 }
 208
 209                 idr_preload(GFP_KERNEL);
 210                 spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 211
 212                 if (tid) {
 213                         nr = idr_alloc(&tmp->idr, NULL, tid,
 214                                        tid + 1, GFP_ATOMIC);
 215                         /*
 216                          * If ENOSPC is returned it means that the PID is
 217                          * alreay in use. Return EEXIST in that case.
 218                          */
 219                         if (nr == -ENOSPC)
 220                                 nr = -EEXIST;
 221                 } else {
 222                         int pid_min = 1;
 223                         /*
 224                          * init really needs pid 1, but after reaching the
 225                          * maximum wrap back to RESERVED_PIDS
 226                          */
 227                         if (idr_get_cursor(&tmp->idr) > RESERVED_PIDS)
 228                                 pid_min = RESERVED_PIDS;
 229
 230                         /*
 231                          * Store a null pointer so find_pid_ns does not find
 232                          * a partially initialized PID (see below).
 233                          */
 234                         nr = idr_alloc_cyclic(&tmp->idr, NULL, pid_min,
 235                                               pid_max, GFP_ATOMIC);
 236                 }
 237                 spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 238                 idr_preload_end();
 239
 240                 if (nr < 0) {
 241                         retval = (nr == -ENOSPC) ? -EAGAIN : nr;
 242                         goto out_free;
 243                 }
 244
 245                 pid->numbers[i].nr = nr;
 246                 pid->numbers[i].ns = tmp;
 247                 tmp = tmp->parent;
 248         }
 249
 250         if (unlikely(is_child_reaper(pid))) {
 251                 if (pid_ns_prepare_proc(ns))
 252                         goto out_free;
 253         }
 254
 255         get_pid_ns(ns);
 256         refcount_set(&pid->count, 1);
 257         for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
 258                 INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
 259
 260         init_waitqueue_head(&pid->wait_pidfd);
 261
 262         upid = pid->numbers + ns->level;
 263         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 264         if (!(ns->pid_allocated & PIDNS_ADDING))
 265                 goto out_unlock;
 266         for ( ; upid >= pid->numbers; --upid) {
 267                 /* Make the PID visible to find_pid_ns. */
 268                 idr_replace(&upid->ns->idr, pid, upid->nr);
 269                 upid->ns->pid_allocated++;
 270         }
 271         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 272
 273         return pid;
 274
 275 out_unlock:
 276         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 277         put_pid_ns(ns);
 278
 279 out_free:
 280         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 281         while (++i <= ns->level) {
 282                 upid = pid->numbers + i;
 283                 idr_remove(&upid->ns->idr, upid->nr);
 284         }
 285
 286         /* On failure to allocate the first pid, reset the state */
 287         if (ns->pid_allocated == PIDNS_ADDING)
 288                 idr_set_cursor(&ns->idr, 0);
 289
 290         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 291
 292         kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
 293         return ERR_PTR(retval);
 294 }
 295
 296 void disable_pid_allocation(struct pid_namespace *ns)
 297 {
 298         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 299         ns->pid_allocated &= ~PIDNS_ADDING;
 300         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 301 }
 302
 303 struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
 304 {
 305         return idr_find(&ns->idr, nr);
 306 }
 307 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_pid_ns);
 308
 309 struct pid *find_vpid(int nr)
 310 {
 311         return find_pid_ns(nr, task_active_pid_ns(current));
 312 }
 313 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_vpid);
 314
 315 static struct pid **task_pid_ptr(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 316 {
 317         return (type == PIDTYPE_PID) ?
 318                 &task->thread_pid :
 319                 &task->signal->pids[type];
 320 }
 321
 322 /*
 323  * attach_pid() must be called with the tasklist_lock write-held.
 324  */
 325 void attach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 326 {
 327         struct pid *pid = *task_pid_ptr(task, type);
 328         hlist_add_head_rcu(&task->pid_links[type], &pid->tasks[type]);
 329 }
 330
 331 static void __change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 332                         struct pid *new)
 333 {
 334         struct pid **pid_ptr = task_pid_ptr(task, type);
 335         struct pid *pid;
 336         int tmp;
 337
 338         pid = *pid_ptr;
 339
 340         hlist_del_rcu(&task->pid_links[type]);
 341         *pid_ptr = new;
 342
 343         for (tmp = PIDTYPE_MAX; --tmp >= 0; )
 344                 if (pid_has_task(pid, tmp))
 345                         return;
 346
 347         free_pid(pid);
 348 }
 349
 350 void detach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 351 {
 352         __change_pid(task, type, NULL);
 353 }
 354
 355 void change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 356                 struct pid *pid)
 357 {
 358         __change_pid(task, type, pid);
 359         attach_pid(task, type);
 360 }
 361
 362 /* transfer_pid is an optimization of attach_pid(new), detach_pid(old) */
 363 void transfer_pid(struct task_struct *old, struct task_struct *new,
 364                            enum pid_type type)
 365 {
 366         if (type == PIDTYPE_PID)
 367                 new->thread_pid = old->thread_pid;
 368         hlist_replace_rcu(&old->pid_links[type], &new->pid_links[type]);
 369 }
 370
 371 struct task_struct *pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
 372 {
 373         struct task_struct *result = NULL;
 374         if (pid) {
 375                 struct hlist_node *first;
 376                 first = rcu_dereference_check(hlist_first_rcu(&pid->tasks[type]),
 377                                               lockdep_tasklist_lock_is_held());
 378                 if (first)
 379                         result = hlist_entry(first, struct task_struct, pid_links[(type)]);
 380         }
 381         return result;
 382 }
 383 EXPORT_SYMBOL(pid_task);
 384
 385 /*
 386  * Must be called under rcu_read_lock().
 387  */
 388 struct task_struct *find_task_by_pid_ns(pid_t nr, struct pid_namespace *ns)
 389 {
 390         RCU_LOCKDEP_WARN(!rcu_read_lock_held(),
 391                          "find_task_by_pid_ns() needs rcu_read_lock() protection");
 392         return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), PIDTYPE_PID);
 393 }
 394
 395 struct task_struct *find_task_by_vpid(pid_t vnr)
 396 {
 397         return find_task_by_pid_ns(vnr, task_active_pid_ns(current));
 398 }
 399
 400 struct task_struct *find_get_task_by_vpid(pid_t nr)
 401 {
 402         struct task_struct *task;
 403
 404         rcu_read_lock();
 405         task = find_task_by_vpid(nr);
 406         if (task)
 407                 get_task_struct(task);
 408         rcu_read_unlock();
 409
 410         return task;
 411 }
 412
 413 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 414 {
 415         struct pid *pid;
 416         rcu_read_lock();
 417         pid = get_pid(rcu_dereference(*task_pid_ptr(task, type)));
 418         rcu_read_unlock();
 419         return pid;
 420 }
 421 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_task_pid);
 422
 423 struct task_struct *get_pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
 424 {
 425         struct task_struct *result;
 426         rcu_read_lock();
 427         result = pid_task(pid, type);
 428         if (result)
 429                 get_task_struct(result);
 430         rcu_read_unlock();
 431         return result;
 432 }
 433 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_pid_task);
 434
 435 struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
 436 {
 437         struct pid *pid;
 438
 439         rcu_read_lock();
 440         pid = get_pid(find_vpid(nr));
 441         rcu_read_unlock();
 442
 443         return pid;
 444 }
 445 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_get_pid);
 446
 447 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns)
 448 {
 449         struct upid *upid;
 450         pid_t nr = 0;
 451
 452         if (pid && ns->level <= pid->level) {
 453                 upid = &pid->numbers[ns->level];
 454                 if (upid->ns == ns)
 455                         nr = upid->nr;
 456         }
 457         return nr;
 458 }
 459 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_nr_ns);
 460
 461 pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
 462 {
 463         return pid_nr_ns(pid, task_active_pid_ns(current));
 464 }
 465 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_vnr);
 466
 467 pid_t __task_pid_nr_ns(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 468                         struct pid_namespace *ns)
 469 {
 470         pid_t nr = 0;
 471
 472         rcu_read_lock();
 473         if (!ns)
 474                 ns = task_active_pid_ns(current);
 475         if (likely(pid_alive(task)))
 476                 nr = pid_nr_ns(rcu_dereference(*task_pid_ptr(task, type)), ns);
 477         rcu_read_unlock();
 478
 479         return nr;
 480 }
 481 EXPORT_SYMBOL(__task_pid_nr_ns);
 482
 483 struct pid_namespace *task_active_pid_ns(struct task_struct *tsk)
 484 {
 485         return ns_of_pid(task_pid(tsk));
 486 }
 487 EXPORT_SYMBOL_GPL(task_active_pid_ns);
 488
 489 /*
 490  * Used by proc to find the first pid that is greater than or equal to nr.
 491  *
 492  * If there is a pid at nr this function is exactly the same as find_pid_ns.
 493  */
 494 struct pid *find_ge_pid(int nr, struct pid_namespace *ns)
 495 {
 496         return idr_get_next(&ns->idr, &nr);
 497 }
 498
 499 /**
 500  * pidfd_create() - Create a new pid file descriptor.
 501  *
 502  * @pid:  struct pid that the pidfd will reference
 503  *
 504  * This creates a new pid file descriptor with the O_CLOEXEC flag set.
 505  *
 506  * Note, that this function can only be called after the fd table has
 507  * been unshared to avoid leaking the pidfd to the new process.
 508  *
 509  * Return: On success, a cloexec pidfd is returned.
 510  *         On error, a negative errno number will be returned.
 511  */
 512 static int pidfd_create(struct pid *pid)
 513 {
 514         int fd;
 515
 516         fd = anon_inode_getfd("[pidfd]", &pidfd_fops, get_pid(pid),
 517                               O_RDWR | O_CLOEXEC);
 518         if (fd < 0)
 519                 put_pid(pid);
 520
 521         return fd;
 522 }
 523
 524 /**
 525  * pidfd_open() - Open new pid file descriptor.
 526  *
 527  * @pid:   pid for which to retrieve a pidfd
 528  * @flags: flags to pass
 529  *
 530  * This creates a new pid file descriptor with the O_CLOEXEC flag set for
 531  * the process identified by @pid. Currently, the process identified by
 532  * @pid must be a thread-group leader. This restriction currently exists
 533  * for all aspects of pidfds including pidfd creation (CLONE_PIDFD cannot
 534  * be used with CLONE_THREAD) and pidfd polling (only supports thread group
 535  * leaders).
 536  *
 537  * Return: On success, a cloexec pidfd is returned.
 538  *         On error, a negative errno number will be returned.
 539  */
 540 SYSCALL_DEFINE2(pidfd_open, pid_t, pid, unsigned int, flags)
 541 {
 542         int fd;
 543         struct pid *p;
 544
 545         if (flags)
 546                 return -EINVAL;
 547
 548         if (pid <= 0)
 549                 return -EINVAL;
 550
 551         p = find_get_pid(pid);
 552         if (!p)
 553                 return -ESRCH;
 554
 555         if (pid_has_task(p, PIDTYPE_TGID))
 556                 fd = pidfd_create(p);
 557         else
 558                 fd = -EINVAL;
 559
 560         put_pid(p);
 561         return fd;
 562 }
 563
 564 void __init pid_idr_init(void)
 565 {
 566         /* Verify no one has done anything silly: */
 567         BUILD_BUG_ON(PID_MAX_LIMIT >= PIDNS_ADDING);
 568
 569         /* bump default and minimum pid_max based on number of cpus */
 570         pid_max = min(pid_max_max, max_t(int, pid_max,
 571                                 PIDS_PER_CPU_DEFAULT * num_possible_cpus()));
 572         pid_max_min = max_t(int, pid_max_min,
 573                                 PIDS_PER_CPU_MIN * num_possible_cpus());
 574         pr_info("pid_max: default: %u minimum: %u\n", pid_max, pid_max_min);
 575
 576         idr_init(&init_pid_ns.idr);
 577
 578         init_pid_ns.pid_cachep = KMEM_CACHE(pid,
 579                         SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC | SLAB_ACCOUNT);
 580 }