mm/memfd.c

   1 /*
   2  * memfd_create system call and file sealing support
   3  *
   4  * Code was originally included in shmem.c, and broken out to facilitate
   5  * use by hugetlbfs as well as tmpfs.
   6  *
   7  * This file is released under the GPL.
   8  */
   9
  10 #include <linux/fs.h>
  11 #include <linux/vfs.h>
  12 #include <linux/pagemap.h>
  13 #include <linux/file.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/sched/signal.h>
  16 #include <linux/khugepaged.h>
  17 #include <linux/syscalls.h>
  18 #include <linux/hugetlb.h>
  19 #include <linux/shmem_fs.h>
  20 #include <linux/memfd.h>
  21 #include <uapi/linux/memfd.h>
  22
  23 /*
  24  * We need a tag: a new tag would expand every xa_node by 8 bytes,
  25  * so reuse a tag which we firmly believe is never set or cleared on tmpfs
  26  * or hugetlbfs because they are memory only filesystems.
  27  */
  28 #define MEMFD_TAG_PINNED        PAGECACHE_TAG_TOWRITE
  29 #define LAST_SCAN               4       /* about 150ms max */
  30
  31 static void memfd_tag_pins(struct xa_state *xas)
  32 {
  33         struct page *page;
  34         int latency = 0;
  35         int cache_count;
  36
  37         lru_add_drain();
  38
  39         xas_lock_irq(xas);
  40         xas_for_each(xas, page, ULONG_MAX) {
  41                 cache_count = 1;
  42                 if (!xa_is_value(page) &&
  43                     PageTransHuge(page) && !PageHuge(page))
  44                         cache_count = HPAGE_PMD_NR;
  45
  46                 if (!xa_is_value(page) &&
  47                     page_count(page) - total_mapcount(page) != cache_count)
  48                         xas_set_mark(xas, MEMFD_TAG_PINNED);
  49                 if (cache_count != 1)
  50                         xas_set(xas, page->index + cache_count);
  51
  52                 latency += cache_count;
  53                 if (latency < XA_CHECK_SCHED)
  54                         continue;
  55                 latency = 0;
  56
  57                 xas_pause(xas);
  58                 xas_unlock_irq(xas);
  59                 cond_resched();
  60                 xas_lock_irq(xas);
  61         }
  62         xas_unlock_irq(xas);
  63 }
  64
  65 /*
  66  * Setting SEAL_WRITE requires us to verify there's no pending writer. However,
  67  * via get_user_pages(), drivers might have some pending I/O without any active
  68  * user-space mappings (eg., direct-IO, AIO). Therefore, we look at all pages
  69  * and see whether it has an elevated ref-count. If so, we tag them and wait for
  70  * them to be dropped.
  71  * The caller must guarantee that no new user will acquire writable references
  72  * to those pages to avoid races.
  73  */
  74 static int memfd_wait_for_pins(struct address_space *mapping)
  75 {
  76         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, 0);
  77         struct page *page;
  78         int error, scan;
  79
  80         memfd_tag_pins(&xas);
  81
  82         error = 0;
  83         for (scan = 0; scan <= LAST_SCAN; scan++) {
  84                 int latency = 0;
  85                 int cache_count;
  86
  87                 if (!xas_marked(&xas, MEMFD_TAG_PINNED))
  88                         break;
  89
  90                 if (!scan)
  91                         lru_add_drain_all();
  92                 else if (schedule_timeout_killable((HZ << scan) / 200))
  93                         scan = LAST_SCAN;
  94
  95                 xas_set(&xas, 0);
  96                 xas_lock_irq(&xas);
  97                 xas_for_each_marked(&xas, page, ULONG_MAX, MEMFD_TAG_PINNED) {
  98                         bool clear = true;
  99
 100                         cache_count = 1;
 101                         if (!xa_is_value(page) &&
 102                             PageTransHuge(page) && !PageHuge(page))
 103                                 cache_count = HPAGE_PMD_NR;
 104
 105                         if (!xa_is_value(page) && cache_count !=
 106                             page_count(page) - total_mapcount(page)) {
 107                                 /*
 108                                  * On the last scan, we clean up all those tags
 109                                  * we inserted; but make a note that we still
 110                                  * found pages pinned.
 111                                  */
 112                                 if (scan == LAST_SCAN)
 113                                         error = -EBUSY;
 114                                 else
 115                                         clear = false;
 116                         }
 117                         if (clear)
 118                                 xas_clear_mark(&xas, MEMFD_TAG_PINNED);
 119
 120                         latency += cache_count;
 121                         if (latency < XA_CHECK_SCHED)
 122                                 continue;
 123                         latency = 0;
 124
 125                         xas_pause(&xas);
 126                         xas_unlock_irq(&xas);
 127                         cond_resched();
 128                         xas_lock_irq(&xas);
 129                 }
 130                 xas_unlock_irq(&xas);
 131         }
 132
 133         return error;
 134 }
 135
 136 static unsigned int *memfd_file_seals_ptr(struct file *file)
 137 {
 138         if (shmem_file(file))
 139                 return &SHMEM_I(file_inode(file))->seals;
 140
 141 #ifdef CONFIG_HUGETLBFS
 142         if (is_file_hugepages(file))
 143                 return &HUGETLBFS_I(file_inode(file))->seals;
 144 #endif
 145
 146         return NULL;
 147 }
 148
 149 #define F_ALL_SEALS (F_SEAL_SEAL | \
 150                      F_SEAL_SHRINK | \
 151                      F_SEAL_GROW | \
 152                      F_SEAL_WRITE | \
 153                      F_SEAL_FUTURE_WRITE)
 154
 155 static int memfd_add_seals(struct file *file, unsigned int seals)
 156 {
 157         struct inode *inode = file_inode(file);
 158         unsigned int *file_seals;
 159         int error;
 160
 161         /*
 162          * SEALING
 163          * Sealing allows multiple parties to share a tmpfs or hugetlbfs file
 164          * but restrict access to a specific subset of file operations. Seals
 165          * can only be added, but never removed. This way, mutually untrusted
 166          * parties can share common memory regions with a well-defined policy.
 167          * A malicious peer can thus never perform unwanted operations on a
 168          * shared object.
 169          *
 170          * Seals are only supported on special tmpfs or hugetlbfs files and
 171          * always affect the whole underlying inode. Once a seal is set, it
 172          * may prevent some kinds of access to the file. Currently, the
 173          * following seals are defined:
 174          *   SEAL_SEAL: Prevent further seals from being set on this file
 175          *   SEAL_SHRINK: Prevent the file from shrinking
 176          *   SEAL_GROW: Prevent the file from growing
 177          *   SEAL_WRITE: Prevent write access to the file
 178          *
 179          * As we don't require any trust relationship between two parties, we
 180          * must prevent seals from being removed. Therefore, sealing a file
 181          * only adds a given set of seals to the file, it never touches
 182          * existing seals. Furthermore, the "setting seals"-operation can be
 183          * sealed itself, which basically prevents any further seal from being
 184          * added.
 185          *
 186          * Semantics of sealing are only defined on volatile files. Only
 187          * anonymous tmpfs and hugetlbfs files support sealing. More
 188          * importantly, seals are never written to disk. Therefore, there's
 189          * no plan to support it on other file types.
 190          */
 191
 192         if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))
 193                 return -EPERM;
 194         if (seals & ~(unsigned int)F_ALL_SEALS)
 195                 return -EINVAL;
 196
 197         inode_lock(inode);
 198
 199         file_seals = memfd_file_seals_ptr(file);
 200         if (!file_seals) {
 201                 error = -EINVAL;
 202                 goto unlock;
 203         }
 204
 205         if (*file_seals & F_SEAL_SEAL) {
 206                 error = -EPERM;
 207                 goto unlock;
 208         }
 209
 210         if ((seals & F_SEAL_WRITE) && !(*file_seals & F_SEAL_WRITE)) {
 211                 error = mapping_deny_writable(file->f_mapping);
 212                 if (error)
 213                         goto unlock;
 214
 215                 error = memfd_wait_for_pins(file->f_mapping);
 216                 if (error) {
 217                         mapping_allow_writable(file->f_mapping);
 218                         goto unlock;
 219                 }
 220         }
 221
 222         *file_seals |= seals;
 223         error = 0;
 224
 225 unlock:
 226         inode_unlock(inode);
 227         return error;
 228 }
 229
 230 static int memfd_get_seals(struct file *file)
 231 {
 232         unsigned int *seals = memfd_file_seals_ptr(file);
 233
 234         return seals ? *seals : -EINVAL;
 235 }
 236
 237 long memfd_fcntl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
 238 {
 239         long error;
 240
 241         switch (cmd) {
 242         case F_ADD_SEALS:
 243                 /* disallow upper 32bit */
 244                 if (arg > UINT_MAX)
 245                         return -EINVAL;
 246
 247                 error = memfd_add_seals(file, arg);
 248                 break;
 249         case F_GET_SEALS:
 250                 error = memfd_get_seals(file);
 251                 break;
 252         default:
 253                 error = -EINVAL;
 254                 break;
 255         }
 256
 257         return error;
 258 }
 259
 260 #define MFD_NAME_PREFIX "memfd:"
 261 #define MFD_NAME_PREFIX_LEN (sizeof(MFD_NAME_PREFIX) - 1)
 262 #define MFD_NAME_MAX_LEN (NAME_MAX - MFD_NAME_PREFIX_LEN)
 263
 264 #define MFD_ALL_FLAGS (MFD_CLOEXEC | MFD_ALLOW_SEALING | MFD_HUGETLB)
 265
 266 SYSCALL_DEFINE2(memfd_create,
 267                 const char __user *, uname,
 268                 unsigned int, flags)
 269 {
 270         unsigned int *file_seals;
 271         struct file *file;
 272         int fd, error;
 273         char *name;
 274         long len;
 275
 276         if (!(flags & MFD_HUGETLB)) {
 277                 if (flags & ~(unsigned int)MFD_ALL_FLAGS)
 278                         return -EINVAL;
 279         } else {
 280                 /* Allow huge page size encoding in flags. */
 281                 if (flags & ~(unsigned int)(MFD_ALL_FLAGS |
 282                                 (MFD_HUGE_MASK << MFD_HUGE_SHIFT)))
 283                         return -EINVAL;
 284         }
 285
 286         /* length includes terminating zero */
 287         len = strnlen_user(uname, MFD_NAME_MAX_LEN + 1);
 288         if (len <= 0)
 289                 return -EFAULT;
 290         if (len > MFD_NAME_MAX_LEN + 1)
 291                 return -EINVAL;
 292
 293         name = kmalloc(len + MFD_NAME_PREFIX_LEN, GFP_KERNEL);
 294         if (!name)
 295                 return -ENOMEM;
 296
 297         strcpy(name, MFD_NAME_PREFIX);
 298         if (copy_from_user(&name[MFD_NAME_PREFIX_LEN], uname, len)) {
 299                 error = -EFAULT;
 300                 goto err_name;
 301         }
 302
 303         /* terminating-zero may have changed after strnlen_user() returned */
 304         if (name[len + MFD_NAME_PREFIX_LEN - 1]) {
 305                 error = -EFAULT;
 306                 goto err_name;
 307         }
 308
 309         fd = get_unused_fd_flags((flags & MFD_CLOEXEC) ? O_CLOEXEC : 0);
 310         if (fd < 0) {
 311                 error = fd;
 312                 goto err_name;
 313         }
 314
 315         if (flags & MFD_HUGETLB) {
 316                 file = hugetlb_file_setup(name, 0, VM_NORESERVE,
 317                                         HUGETLB_ANONHUGE_INODE,
 318                                         (flags >> MFD_HUGE_SHIFT) &
 319                                         MFD_HUGE_MASK);
 320         } else
 321                 file = shmem_file_setup(name, 0, VM_NORESERVE);
 322         if (IS_ERR(file)) {
 323                 error = PTR_ERR(file);
 324                 goto err_fd;
 325         }
 326         file->f_mode |= FMODE_LSEEK | FMODE_PREAD | FMODE_PWRITE;
 327         file->f_flags |= O_LARGEFILE;
 328
 329         if (flags & MFD_ALLOW_SEALING) {
 330                 file_seals = memfd_file_seals_ptr(file);
 331                 if (file_seals)
 332                         *file_seals &= ~F_SEAL_SEAL;
 333         }
 334
 335         fd_install(fd, file);
 336         kfree(name);
 337         return fd;
 338
 339 err_fd:
 340         put_unused_fd(fd);
 341 err_name:
 342         kfree(name);
 343         return error;
 344 }