USB: core: Fix hang in usb_kill_urb by adding memory barriers
authorAlan Stern <stern@rowland.harvard.edu>
Mon, 24 Jan 2022 20:23:45 +0000 (15:23 -0500)
committerGreg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
Tue, 25 Jan 2022 17:43:19 +0000 (18:43 +0100)
The syzbot fuzzer has identified a bug in which processes hang waiting
for usb_kill_urb() to return.  It turns out the issue is not unlinking
the URB; that works just fine.  Rather, the problem arises when the
wakeup notification that the URB has completed is not received.

The reason is memory-access ordering on SMP systems.  In outline form,
usb_kill_urb() and __usb_hcd_giveback_urb() operating concurrently on
different CPUs perform the following actions:

CPU 0 CPU 1
---------------------------- ---------------------------------
usb_kill_urb(): __usb_hcd_giveback_urb():
  ...   ...
  atomic_inc(&urb->reject);   atomic_dec(&urb->use_count);
  ...   ...
  wait_event(usb_kill_urb_queue,
atomic_read(&urb->use_count) == 0);
  if (atomic_read(&urb->reject))
wake_up(&usb_kill_urb_queue);

Confining your attention to urb->reject and urb->use_count, you can
see that the overall pattern of accesses on CPU 0 is:

write urb->reject, then read urb->use_count;

whereas the overall pattern of accesses on CPU 1 is:

write urb->use_count, then read urb->reject.

This pattern is referred to in memory-model circles as SB (for "Store
Buffering"), and it is well known that without suitable enforcement of
the desired order of accesses -- in the form of memory barriers -- it
is entirely possible for one or both CPUs to execute their reads ahead
of their writes.  The end result will be that sometimes CPU 0 sees the
old un-decremented value of urb->use_count while CPU 1 sees the old
un-incremented value of urb->reject.  Consequently CPU 0 ends up on
the wait queue and never gets woken up, leading to the observed hang
in usb_kill_urb().

The same pattern of accesses occurs in usb_poison_urb() and the
failure pathway of usb_hcd_submit_urb().

The problem is fixed by adding suitable memory barriers.  To provide
proper memory-access ordering in the SB pattern, a full barrier is
required on both CPUs.  The atomic_inc() and atomic_dec() accesses
themselves don't provide any memory ordering, but since they are
present, we can use the optimized smp_mb__after_atomic() memory
barrier in the various routines to obtain the desired effect.

This patch adds the necessary memory barriers.

CC: <stable@vger.kernel.org>
Reported-and-tested-by: syzbot+76629376e06e2c2ad626@syzkaller.appspotmail.com
Signed-off-by: Alan Stern <stern@rowland.harvard.edu>
Link: https://lore.kernel.org/r/Ye8K0QYee0Q0Nna2@rowland.harvard.edu
Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
drivers/usb/core/hcd.c
drivers/usb/core/urb.c

index 3e01dd6..d9712c2 100644 (file)
@@ -1563,6 +1563,13 @@ int usb_hcd_submit_urb (struct urb *urb, gfp_t mem_flags)
                urb->hcpriv = NULL;
                INIT_LIST_HEAD(&urb->urb_list);
                atomic_dec(&urb->use_count);
+               /*
+                * Order the write of urb->use_count above before the read
+                * of urb->reject below.  Pairs with the memory barriers in
+                * usb_kill_urb() and usb_poison_urb().
+                */
+               smp_mb__after_atomic();
+
                atomic_dec(&urb->dev->urbnum);
                if (atomic_read(&urb->reject))
                        wake_up(&usb_kill_urb_queue);
@@ -1665,6 +1672,13 @@ static void __usb_hcd_giveback_urb(struct urb *urb)
 
        usb_anchor_resume_wakeups(anchor);
        atomic_dec(&urb->use_count);
+       /*
+        * Order the write of urb->use_count above before the read
+        * of urb->reject below.  Pairs with the memory barriers in
+        * usb_kill_urb() and usb_poison_urb().
+        */
+       smp_mb__after_atomic();
+
        if (unlikely(atomic_read(&urb->reject)))
                wake_up(&usb_kill_urb_queue);
        usb_put_urb(urb);
index 3072772..33d62d7 100644 (file)
@@ -715,6 +715,12 @@ void usb_kill_urb(struct urb *urb)
        if (!(urb && urb->dev && urb->ep))
                return;
        atomic_inc(&urb->reject);
+       /*
+        * Order the write of urb->reject above before the read
+        * of urb->use_count below.  Pairs with the barriers in
+        * __usb_hcd_giveback_urb() and usb_hcd_submit_urb().
+        */
+       smp_mb__after_atomic();
 
        usb_hcd_unlink_urb(urb, -ENOENT);
        wait_event(usb_kill_urb_queue, atomic_read(&urb->use_count) == 0);
@@ -756,6 +762,12 @@ void usb_poison_urb(struct urb *urb)
        if (!urb)
                return;
        atomic_inc(&urb->reject);
+       /*
+        * Order the write of urb->reject above before the read
+        * of urb->use_count below.  Pairs with the barriers in
+        * __usb_hcd_giveback_urb() and usb_hcd_submit_urb().
+        */
+       smp_mb__after_atomic();
 
        if (!urb->dev || !urb->ep)
                return;