Merge tag 'for-linus-5.14-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rw...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / net / core / sock_reuseport.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * To speed up listener socket lookup, create an array to store all sockets
4  * listening on the same port.  This allows a decision to be made after finding
5  * the first socket.  An optional BPF program can also be configured for
6  * selecting the socket index from the array of available sockets.
7  */
8
9 #include <net/ip.h>
10 #include <net/sock_reuseport.h>
11 #include <linux/bpf.h>
12 #include <linux/idr.h>
13 #include <linux/filter.h>
14 #include <linux/rcupdate.h>
15
16 #define INIT_SOCKS 128
17
18 DEFINE_SPINLOCK(reuseport_lock);
19
20 static DEFINE_IDA(reuseport_ida);
21 static int reuseport_resurrect(struct sock *sk, struct sock_reuseport *old_reuse,
22                                struct sock_reuseport *reuse, bool bind_inany);
23
24 static int reuseport_sock_index(struct sock *sk,
25                                 const struct sock_reuseport *reuse,
26                                 bool closed)
27 {
28         int left, right;
29
30         if (!closed) {
31                 left = 0;
32                 right = reuse->num_socks;
33         } else {
34                 left = reuse->max_socks - reuse->num_closed_socks;
35                 right = reuse->max_socks;
36         }
37
38         for (; left < right; left++)
39                 if (reuse->socks[left] == sk)
40                         return left;
41         return -1;
42 }
43
44 static void __reuseport_add_sock(struct sock *sk,
45                                  struct sock_reuseport *reuse)
46 {
47         reuse->socks[reuse->num_socks] = sk;
48         /* paired with smp_rmb() in reuseport_(select|migrate)_sock() */
49         smp_wmb();
50         reuse->num_socks++;
51 }
52
53 static bool __reuseport_detach_sock(struct sock *sk,
54                                     struct sock_reuseport *reuse)
55 {
56         int i = reuseport_sock_index(sk, reuse, false);
57
58         if (i == -1)
59                 return false;
60
61         reuse->socks[i] = reuse->socks[reuse->num_socks - 1];
62         reuse->num_socks--;
63
64         return true;
65 }
66
67 static void __reuseport_add_closed_sock(struct sock *sk,
68                                         struct sock_reuseport *reuse)
69 {
70         reuse->socks[reuse->max_socks - reuse->num_closed_socks - 1] = sk;
71         /* paired with READ_ONCE() in inet_csk_bind_conflict() */
72         WRITE_ONCE(reuse->num_closed_socks, reuse->num_closed_socks + 1);
73 }
74
75 static bool __reuseport_detach_closed_sock(struct sock *sk,
76                                            struct sock_reuseport *reuse)
77 {
78         int i = reuseport_sock_index(sk, reuse, true);
79
80         if (i == -1)
81                 return false;
82
83         reuse->socks[i] = reuse->socks[reuse->max_socks - reuse->num_closed_socks];
84         /* paired with READ_ONCE() in inet_csk_bind_conflict() */
85         WRITE_ONCE(reuse->num_closed_socks, reuse->num_closed_socks - 1);
86
87         return true;
88 }
89
90 static struct sock_reuseport *__reuseport_alloc(unsigned int max_socks)
91 {
92         unsigned int size = sizeof(struct sock_reuseport) +
93                       sizeof(struct sock *) * max_socks;
94         struct sock_reuseport *reuse = kzalloc(size, GFP_ATOMIC);
95
96         if (!reuse)
97                 return NULL;
98
99         reuse->max_socks = max_socks;
100
101         RCU_INIT_POINTER(reuse->prog, NULL);
102         return reuse;
103 }
104
105 int reuseport_alloc(struct sock *sk, bool bind_inany)
106 {
107         struct sock_reuseport *reuse;
108         int id, ret = 0;
109
110         /* bh lock used since this function call may precede hlist lock in
111          * soft irq of receive path or setsockopt from process context
112          */
113         spin_lock_bh(&reuseport_lock);
114
115         /* Allocation attempts can occur concurrently via the setsockopt path
116          * and the bind/hash path.  Nothing to do when we lose the race.
117          */
118         reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
119                                           lockdep_is_held(&reuseport_lock));
120         if (reuse) {
121                 if (reuse->num_closed_socks) {
122                         /* sk was shutdown()ed before */
123                         ret = reuseport_resurrect(sk, reuse, NULL, bind_inany);
124                         goto out;
125                 }
126
127                 /* Only set reuse->bind_inany if the bind_inany is true.
128                  * Otherwise, it will overwrite the reuse->bind_inany
129                  * which was set by the bind/hash path.
130                  */
131                 if (bind_inany)
132                         reuse->bind_inany = bind_inany;
133                 goto out;
134         }
135
136         reuse = __reuseport_alloc(INIT_SOCKS);
137         if (!reuse) {
138                 ret = -ENOMEM;
139                 goto out;
140         }
141
142         id = ida_alloc(&reuseport_ida, GFP_ATOMIC);
143         if (id < 0) {
144                 kfree(reuse);
145                 ret = id;
146                 goto out;
147         }
148
149         reuse->reuseport_id = id;
150         reuse->bind_inany = bind_inany;
151         reuse->socks[0] = sk;
152         reuse->num_socks = 1;
153         rcu_assign_pointer(sk->sk_reuseport_cb, reuse);
154
155 out:
156         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
157
158         return ret;
159 }
160 EXPORT_SYMBOL(reuseport_alloc);
161
162 static struct sock_reuseport *reuseport_grow(struct sock_reuseport *reuse)
163 {
164         struct sock_reuseport *more_reuse;
165         u32 more_socks_size, i;
166
167         more_socks_size = reuse->max_socks * 2U;
168         if (more_socks_size > U16_MAX) {
169                 if (reuse->num_closed_socks) {
170                         /* Make room by removing a closed sk.
171                          * The child has already been migrated.
172                          * Only reqsk left at this point.
173                          */
174                         struct sock *sk;
175
176                         sk = reuse->socks[reuse->max_socks - reuse->num_closed_socks];
177                         RCU_INIT_POINTER(sk->sk_reuseport_cb, NULL);
178                         __reuseport_detach_closed_sock(sk, reuse);
179
180                         return reuse;
181                 }
182
183                 return NULL;
184         }
185
186         more_reuse = __reuseport_alloc(more_socks_size);
187         if (!more_reuse)
188                 return NULL;
189
190         more_reuse->num_socks = reuse->num_socks;
191         more_reuse->num_closed_socks = reuse->num_closed_socks;
192         more_reuse->prog = reuse->prog;
193         more_reuse->reuseport_id = reuse->reuseport_id;
194         more_reuse->bind_inany = reuse->bind_inany;
195         more_reuse->has_conns = reuse->has_conns;
196
197         memcpy(more_reuse->socks, reuse->socks,
198                reuse->num_socks * sizeof(struct sock *));
199         memcpy(more_reuse->socks +
200                (more_reuse->max_socks - more_reuse->num_closed_socks),
201                reuse->socks + (reuse->max_socks - reuse->num_closed_socks),
202                reuse->num_closed_socks * sizeof(struct sock *));
203         more_reuse->synq_overflow_ts = READ_ONCE(reuse->synq_overflow_ts);
204
205         for (i = 0; i < reuse->max_socks; ++i)
206                 rcu_assign_pointer(reuse->socks[i]->sk_reuseport_cb,
207                                    more_reuse);
208
209         /* Note: we use kfree_rcu here instead of reuseport_free_rcu so
210          * that reuse and more_reuse can temporarily share a reference
211          * to prog.
212          */
213         kfree_rcu(reuse, rcu);
214         return more_reuse;
215 }
216
217 static void reuseport_free_rcu(struct rcu_head *head)
218 {
219         struct sock_reuseport *reuse;
220
221         reuse = container_of(head, struct sock_reuseport, rcu);
222         sk_reuseport_prog_free(rcu_dereference_protected(reuse->prog, 1));
223         ida_free(&reuseport_ida, reuse->reuseport_id);
224         kfree(reuse);
225 }
226
227 /**
228  *  reuseport_add_sock - Add a socket to the reuseport group of another.
229  *  @sk:  New socket to add to the group.
230  *  @sk2: Socket belonging to the existing reuseport group.
231  *  @bind_inany: Whether or not the group is bound to a local INANY address.
232  *
233  *  May return ENOMEM and not add socket to group under memory pressure.
234  */
235 int reuseport_add_sock(struct sock *sk, struct sock *sk2, bool bind_inany)
236 {
237         struct sock_reuseport *old_reuse, *reuse;
238
239         if (!rcu_access_pointer(sk2->sk_reuseport_cb)) {
240                 int err = reuseport_alloc(sk2, bind_inany);
241
242                 if (err)
243                         return err;
244         }
245
246         spin_lock_bh(&reuseport_lock);
247         reuse = rcu_dereference_protected(sk2->sk_reuseport_cb,
248                                           lockdep_is_held(&reuseport_lock));
249         old_reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
250                                               lockdep_is_held(&reuseport_lock));
251         if (old_reuse && old_reuse->num_closed_socks) {
252                 /* sk was shutdown()ed before */
253                 int err = reuseport_resurrect(sk, old_reuse, reuse, reuse->bind_inany);
254
255                 spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
256                 return err;
257         }
258
259         if (old_reuse && old_reuse->num_socks != 1) {
260                 spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
261                 return -EBUSY;
262         }
263
264         if (reuse->num_socks + reuse->num_closed_socks == reuse->max_socks) {
265                 reuse = reuseport_grow(reuse);
266                 if (!reuse) {
267                         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
268                         return -ENOMEM;
269                 }
270         }
271
272         __reuseport_add_sock(sk, reuse);
273         rcu_assign_pointer(sk->sk_reuseport_cb, reuse);
274
275         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
276
277         if (old_reuse)
278                 call_rcu(&old_reuse->rcu, reuseport_free_rcu);
279         return 0;
280 }
281 EXPORT_SYMBOL(reuseport_add_sock);
282
283 static int reuseport_resurrect(struct sock *sk, struct sock_reuseport *old_reuse,
284                                struct sock_reuseport *reuse, bool bind_inany)
285 {
286         if (old_reuse == reuse) {
287                 /* If sk was in the same reuseport group, just pop sk out of
288                  * the closed section and push sk into the listening section.
289                  */
290                 __reuseport_detach_closed_sock(sk, old_reuse);
291                 __reuseport_add_sock(sk, old_reuse);
292                 return 0;
293         }
294
295         if (!reuse) {
296                 /* In bind()/listen() path, we cannot carry over the eBPF prog
297                  * for the shutdown()ed socket. In setsockopt() path, we should
298                  * not change the eBPF prog of listening sockets by attaching a
299                  * prog to the shutdown()ed socket. Thus, we will allocate a new
300                  * reuseport group and detach sk from the old group.
301                  */
302                 int id;
303
304                 reuse = __reuseport_alloc(INIT_SOCKS);
305                 if (!reuse)
306                         return -ENOMEM;
307
308                 id = ida_alloc(&reuseport_ida, GFP_ATOMIC);
309                 if (id < 0) {
310                         kfree(reuse);
311                         return id;
312                 }
313
314                 reuse->reuseport_id = id;
315                 reuse->bind_inany = bind_inany;
316         } else {
317                 /* Move sk from the old group to the new one if
318                  * - all the other listeners in the old group were close()d or
319                  *   shutdown()ed, and then sk2 has listen()ed on the same port
320                  * OR
321                  * - sk listen()ed without bind() (or with autobind), was
322                  *   shutdown()ed, and then listen()s on another port which
323                  *   sk2 listen()s on.
324                  */
325                 if (reuse->num_socks + reuse->num_closed_socks == reuse->max_socks) {
326                         reuse = reuseport_grow(reuse);
327                         if (!reuse)
328                                 return -ENOMEM;
329                 }
330         }
331
332         __reuseport_detach_closed_sock(sk, old_reuse);
333         __reuseport_add_sock(sk, reuse);
334         rcu_assign_pointer(sk->sk_reuseport_cb, reuse);
335
336         if (old_reuse->num_socks + old_reuse->num_closed_socks == 0)
337                 call_rcu(&old_reuse->rcu, reuseport_free_rcu);
338
339         return 0;
340 }
341
342 void reuseport_detach_sock(struct sock *sk)
343 {
344         struct sock_reuseport *reuse;
345
346         spin_lock_bh(&reuseport_lock);
347         reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
348                                           lockdep_is_held(&reuseport_lock));
349
350         /* reuseport_grow() has detached a closed sk */
351         if (!reuse)
352                 goto out;
353
354         /* Notify the bpf side. The sk may be added to a sockarray
355          * map. If so, sockarray logic will remove it from the map.
356          *
357          * Other bpf map types that work with reuseport, like sockmap,
358          * don't need an explicit callback from here. They override sk
359          * unhash/close ops to remove the sk from the map before we
360          * get to this point.
361          */
362         bpf_sk_reuseport_detach(sk);
363
364         rcu_assign_pointer(sk->sk_reuseport_cb, NULL);
365
366         if (!__reuseport_detach_closed_sock(sk, reuse))
367                 __reuseport_detach_sock(sk, reuse);
368
369         if (reuse->num_socks + reuse->num_closed_socks == 0)
370                 call_rcu(&reuse->rcu, reuseport_free_rcu);
371
372 out:
373         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
374 }
375 EXPORT_SYMBOL(reuseport_detach_sock);
376
377 void reuseport_stop_listen_sock(struct sock *sk)
378 {
379         if (sk->sk_protocol == IPPROTO_TCP) {
380                 struct sock_reuseport *reuse;
381                 struct bpf_prog *prog;
382
383                 spin_lock_bh(&reuseport_lock);
384
385                 reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
386                                                   lockdep_is_held(&reuseport_lock));
387                 prog = rcu_dereference_protected(reuse->prog,
388                                                  lockdep_is_held(&reuseport_lock));
389
390                 if (sock_net(sk)->ipv4.sysctl_tcp_migrate_req ||
391                     (prog && prog->expected_attach_type == BPF_SK_REUSEPORT_SELECT_OR_MIGRATE)) {
392                         /* Migration capable, move sk from the listening section
393                          * to the closed section.
394                          */
395                         bpf_sk_reuseport_detach(sk);
396
397                         __reuseport_detach_sock(sk, reuse);
398                         __reuseport_add_closed_sock(sk, reuse);
399
400                         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
401                         return;
402                 }
403
404                 spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
405         }
406
407         /* Not capable to do migration, detach immediately */
408         reuseport_detach_sock(sk);
409 }
410 EXPORT_SYMBOL(reuseport_stop_listen_sock);
411
412 static struct sock *run_bpf_filter(struct sock_reuseport *reuse, u16 socks,
413                                    struct bpf_prog *prog, struct sk_buff *skb,
414                                    int hdr_len)
415 {
416         struct sk_buff *nskb = NULL;
417         u32 index;
418
419         if (skb_shared(skb)) {
420                 nskb = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC);
421                 if (!nskb)
422                         return NULL;
423                 skb = nskb;
424         }
425
426         /* temporarily advance data past protocol header */
427         if (!pskb_pull(skb, hdr_len)) {
428                 kfree_skb(nskb);
429                 return NULL;
430         }
431         index = bpf_prog_run_save_cb(prog, skb);
432         __skb_push(skb, hdr_len);
433
434         consume_skb(nskb);
435
436         if (index >= socks)
437                 return NULL;
438
439         return reuse->socks[index];
440 }
441
442 static struct sock *reuseport_select_sock_by_hash(struct sock_reuseport *reuse,
443                                                   u32 hash, u16 num_socks)
444 {
445         int i, j;
446
447         i = j = reciprocal_scale(hash, num_socks);
448         while (reuse->socks[i]->sk_state == TCP_ESTABLISHED) {
449                 i++;
450                 if (i >= num_socks)
451                         i = 0;
452                 if (i == j)
453                         return NULL;
454         }
455
456         return reuse->socks[i];
457 }
458
459 /**
460  *  reuseport_select_sock - Select a socket from an SO_REUSEPORT group.
461  *  @sk: First socket in the group.
462  *  @hash: When no BPF filter is available, use this hash to select.
463  *  @skb: skb to run through BPF filter.
464  *  @hdr_len: BPF filter expects skb data pointer at payload data.  If
465  *    the skb does not yet point at the payload, this parameter represents
466  *    how far the pointer needs to advance to reach the payload.
467  *  Returns a socket that should receive the packet (or NULL on error).
468  */
469 struct sock *reuseport_select_sock(struct sock *sk,
470                                    u32 hash,
471                                    struct sk_buff *skb,
472                                    int hdr_len)
473 {
474         struct sock_reuseport *reuse;
475         struct bpf_prog *prog;
476         struct sock *sk2 = NULL;
477         u16 socks;
478
479         rcu_read_lock();
480         reuse = rcu_dereference(sk->sk_reuseport_cb);
481
482         /* if memory allocation failed or add call is not yet complete */
483         if (!reuse)
484                 goto out;
485
486         prog = rcu_dereference(reuse->prog);
487         socks = READ_ONCE(reuse->num_socks);
488         if (likely(socks)) {
489                 /* paired with smp_wmb() in __reuseport_add_sock() */
490                 smp_rmb();
491
492                 if (!prog || !skb)
493                         goto select_by_hash;
494
495                 if (prog->type == BPF_PROG_TYPE_SK_REUSEPORT)
496                         sk2 = bpf_run_sk_reuseport(reuse, sk, prog, skb, NULL, hash);
497                 else
498                         sk2 = run_bpf_filter(reuse, socks, prog, skb, hdr_len);
499
500 select_by_hash:
501                 /* no bpf or invalid bpf result: fall back to hash usage */
502                 if (!sk2)
503                         sk2 = reuseport_select_sock_by_hash(reuse, hash, socks);
504         }
505
506 out:
507         rcu_read_unlock();
508         return sk2;
509 }
510 EXPORT_SYMBOL(reuseport_select_sock);
511
512 /**
513  *  reuseport_migrate_sock - Select a socket from an SO_REUSEPORT group.
514  *  @sk: close()ed or shutdown()ed socket in the group.
515  *  @migrating_sk: ESTABLISHED/SYN_RECV full socket in the accept queue or
516  *    NEW_SYN_RECV request socket during 3WHS.
517  *  @skb: skb to run through BPF filter.
518  *  Returns a socket (with sk_refcnt +1) that should accept the child socket
519  *  (or NULL on error).
520  */
521 struct sock *reuseport_migrate_sock(struct sock *sk,
522                                     struct sock *migrating_sk,
523                                     struct sk_buff *skb)
524 {
525         struct sock_reuseport *reuse;
526         struct sock *nsk = NULL;
527         bool allocated = false;
528         struct bpf_prog *prog;
529         u16 socks;
530         u32 hash;
531
532         rcu_read_lock();
533
534         reuse = rcu_dereference(sk->sk_reuseport_cb);
535         if (!reuse)
536                 goto out;
537
538         socks = READ_ONCE(reuse->num_socks);
539         if (unlikely(!socks))
540                 goto failure;
541
542         /* paired with smp_wmb() in __reuseport_add_sock() */
543         smp_rmb();
544
545         hash = migrating_sk->sk_hash;
546         prog = rcu_dereference(reuse->prog);
547         if (!prog || prog->expected_attach_type != BPF_SK_REUSEPORT_SELECT_OR_MIGRATE) {
548                 if (sock_net(sk)->ipv4.sysctl_tcp_migrate_req)
549                         goto select_by_hash;
550                 goto failure;
551         }
552
553         if (!skb) {
554                 skb = alloc_skb(0, GFP_ATOMIC);
555                 if (!skb)
556                         goto failure;
557                 allocated = true;
558         }
559
560         nsk = bpf_run_sk_reuseport(reuse, sk, prog, skb, migrating_sk, hash);
561
562         if (allocated)
563                 kfree_skb(skb);
564
565 select_by_hash:
566         if (!nsk)
567                 nsk = reuseport_select_sock_by_hash(reuse, hash, socks);
568
569         if (IS_ERR_OR_NULL(nsk) || unlikely(!refcount_inc_not_zero(&nsk->sk_refcnt))) {
570                 nsk = NULL;
571                 goto failure;
572         }
573
574 out:
575         rcu_read_unlock();
576         return nsk;
577
578 failure:
579         __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPMIGRATEREQFAILURE);
580         goto out;
581 }
582 EXPORT_SYMBOL(reuseport_migrate_sock);
583
584 int reuseport_attach_prog(struct sock *sk, struct bpf_prog *prog)
585 {
586         struct sock_reuseport *reuse;
587         struct bpf_prog *old_prog;
588
589         if (sk_unhashed(sk)) {
590                 int err;
591
592                 if (!sk->sk_reuseport)
593                         return -EINVAL;
594
595                 err = reuseport_alloc(sk, false);
596                 if (err)
597                         return err;
598         } else if (!rcu_access_pointer(sk->sk_reuseport_cb)) {
599                 /* The socket wasn't bound with SO_REUSEPORT */
600                 return -EINVAL;
601         }
602
603         spin_lock_bh(&reuseport_lock);
604         reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
605                                           lockdep_is_held(&reuseport_lock));
606         old_prog = rcu_dereference_protected(reuse->prog,
607                                              lockdep_is_held(&reuseport_lock));
608         rcu_assign_pointer(reuse->prog, prog);
609         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
610
611         sk_reuseport_prog_free(old_prog);
612         return 0;
613 }
614 EXPORT_SYMBOL(reuseport_attach_prog);
615
616 int reuseport_detach_prog(struct sock *sk)
617 {
618         struct sock_reuseport *reuse;
619         struct bpf_prog *old_prog;
620
621         old_prog = NULL;
622         spin_lock_bh(&reuseport_lock);
623         reuse = rcu_dereference_protected(sk->sk_reuseport_cb,
624                                           lockdep_is_held(&reuseport_lock));
625
626         /* reuse must be checked after acquiring the reuseport_lock
627          * because reuseport_grow() can detach a closed sk.
628          */
629         if (!reuse) {
630                 spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
631                 return sk->sk_reuseport ? -ENOENT : -EINVAL;
632         }
633
634         if (sk_unhashed(sk) && reuse->num_closed_socks) {
635                 spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
636                 return -ENOENT;
637         }
638
639         old_prog = rcu_replace_pointer(reuse->prog, old_prog,
640                                        lockdep_is_held(&reuseport_lock));
641         spin_unlock_bh(&reuseport_lock);
642
643         if (!old_prog)
644                 return -ENOENT;
645
646         sk_reuseport_prog_free(old_prog);
647         return 0;
648 }
649 EXPORT_SYMBOL(reuseport_detach_prog);