bpf: Retire the struct_ops map kvalue->refcnt.
authorKui-Feng Lee <kuifeng@meta.com>
Thu, 23 Mar 2023 03:23:58 +0000 (20:23 -0700)
committerMartin KaFai Lau <martin.lau@kernel.org>
Thu, 23 Mar 2023 05:51:47 +0000 (22:51 -0700)
We have replaced kvalue-refcnt with synchronize_rcu() to wait for an
RCU grace period.

Maintenance of kvalue->refcnt was a complicated task, as we had to
simultaneously keep track of two reference counts: one for the
reference count of bpf_map. When the kvalue->refcnt reaches zero, we
also have to reduce the reference count on bpf_map - yet these steps
are not performed in an atomic manner and require us to be vigilant
when managing them. By eliminating kvalue->refcnt, we can make our
maintenance more straightforward as the refcount of bpf_map is now
solely managed!

To prevent the trampoline image of a struct_ops from being released
while it is still in use, we wait for an RCU grace period. The
setsockopt(TCP_CONGESTION, "...") command allows you to change your
socket's congestion control algorithm and can result in releasing the
old struct_ops implementation. It is fine. However, this function is
exposed through bpf_setsockopt(), it may be accessed by BPF programs
as well. To ensure that the trampoline image belonging to struct_op
can be safely called while its method is in use, the trampoline
safeguarde the BPF program with rcu_read_lock(). Doing so prevents any
destruction of the associated images before returning from a
trampoline and requires us to wait for an RCU grace period.

Signed-off-by: Kui-Feng Lee <kuifeng@meta.com>
Link: https://lore.kernel.org/r/20230323032405.3735486-2-kuifeng@meta.com
Signed-off-by: Martin KaFai Lau <martin.lau@kernel.org>
include/linux/bpf.h
kernel/bpf/bpf_struct_ops.c
kernel/bpf/syscall.c

index ec0df05..f040984 100644 (file)
@@ -1945,6 +1945,7 @@ struct bpf_map *bpf_map_get_with_uref(u32 ufd);
 struct bpf_map *__bpf_map_get(struct fd f);
 void bpf_map_inc(struct bpf_map *map);
 void bpf_map_inc_with_uref(struct bpf_map *map);
+struct bpf_map *__bpf_map_inc_not_zero(struct bpf_map *map, bool uref);
 struct bpf_map * __must_check bpf_map_inc_not_zero(struct bpf_map *map);
 void bpf_map_put_with_uref(struct bpf_map *map);
 void bpf_map_put(struct bpf_map *map);
index ba7a942..2f3c4a0 100644 (file)
@@ -11,6 +11,7 @@
 #include <linux/refcount.h>
 #include <linux/mutex.h>
 #include <linux/btf_ids.h>
+#include <linux/rcupdate_wait.h>
 
 enum bpf_struct_ops_state {
        BPF_STRUCT_OPS_STATE_INIT,
@@ -249,6 +250,7 @@ int bpf_struct_ops_map_sys_lookup_elem(struct bpf_map *map, void *key,
        struct bpf_struct_ops_map *st_map = (struct bpf_struct_ops_map *)map;
        struct bpf_struct_ops_value *uvalue, *kvalue;
        enum bpf_struct_ops_state state;
+       s64 refcnt;
 
        if (unlikely(*(u32 *)key != 0))
                return -ENOENT;
@@ -267,7 +269,14 @@ int bpf_struct_ops_map_sys_lookup_elem(struct bpf_map *map, void *key,
        uvalue = value;
        memcpy(uvalue, st_map->uvalue, map->value_size);
        uvalue->state = state;
-       refcount_set(&uvalue->refcnt, refcount_read(&kvalue->refcnt));
+
+       /* This value offers the user space a general estimate of how
+        * many sockets are still utilizing this struct_ops for TCP
+        * congestion control. The number might not be exact, but it
+        * should sufficiently meet our present goals.
+        */
+       refcnt = atomic64_read(&map->refcnt) - atomic64_read(&map->usercnt);
+       refcount_set(&uvalue->refcnt, max_t(s64, refcnt, 0));
 
        return 0;
 }
@@ -491,7 +500,6 @@ static long bpf_struct_ops_map_update_elem(struct bpf_map *map, void *key,
                *(unsigned long *)(udata + moff) = prog->aux->id;
        }
 
-       refcount_set(&kvalue->refcnt, 1);
        bpf_map_inc(map);
 
        set_memory_rox((long)st_map->image, 1);
@@ -536,8 +544,7 @@ static long bpf_struct_ops_map_delete_elem(struct bpf_map *map, void *key)
        switch (prev_state) {
        case BPF_STRUCT_OPS_STATE_INUSE:
                st_map->st_ops->unreg(&st_map->kvalue.data);
-               if (refcount_dec_and_test(&st_map->kvalue.refcnt))
-                       bpf_map_put(map);
+               bpf_map_put(map);
                return 0;
        case BPF_STRUCT_OPS_STATE_TOBEFREE:
                return -EINPROGRESS;
@@ -570,7 +577,7 @@ static void bpf_struct_ops_map_seq_show_elem(struct bpf_map *map, void *key,
        kfree(value);
 }
 
-static void bpf_struct_ops_map_free(struct bpf_map *map)
+static void __bpf_struct_ops_map_free(struct bpf_map *map)
 {
        struct bpf_struct_ops_map *st_map = (struct bpf_struct_ops_map *)map;
 
@@ -582,6 +589,28 @@ static void bpf_struct_ops_map_free(struct bpf_map *map)
        bpf_map_area_free(st_map);
 }
 
+static void bpf_struct_ops_map_free(struct bpf_map *map)
+{
+       /* The struct_ops's function may switch to another struct_ops.
+        *
+        * For example, bpf_tcp_cc_x->init() may switch to
+        * another tcp_cc_y by calling
+        * setsockopt(TCP_CONGESTION, "tcp_cc_y").
+        * During the switch,  bpf_struct_ops_put(tcp_cc_x) is called
+        * and its refcount may reach 0 which then free its
+        * trampoline image while tcp_cc_x is still running.
+        *
+        * A vanilla rcu gp is to wait for all bpf-tcp-cc prog
+        * to finish. bpf-tcp-cc prog is non sleepable.
+        * A rcu_tasks gp is to wait for the last few insn
+        * in the tramopline image to finish before releasing
+        * the trampoline image.
+        */
+       synchronize_rcu_mult(call_rcu, call_rcu_tasks);
+
+       __bpf_struct_ops_map_free(map);
+}
+
 static int bpf_struct_ops_map_alloc_check(union bpf_attr *attr)
 {
        if (attr->key_size != sizeof(unsigned int) || attr->max_entries != 1 ||
@@ -630,7 +659,7 @@ static struct bpf_map *bpf_struct_ops_map_alloc(union bpf_attr *attr)
                                   NUMA_NO_NODE);
        st_map->image = bpf_jit_alloc_exec(PAGE_SIZE);
        if (!st_map->uvalue || !st_map->links || !st_map->image) {
-               bpf_struct_ops_map_free(map);
+               __bpf_struct_ops_map_free(map);
                return ERR_PTR(-ENOMEM);
        }
 
@@ -676,41 +705,23 @@ const struct bpf_map_ops bpf_struct_ops_map_ops = {
 bool bpf_struct_ops_get(const void *kdata)
 {
        struct bpf_struct_ops_value *kvalue;
+       struct bpf_struct_ops_map *st_map;
+       struct bpf_map *map;
 
        kvalue = container_of(kdata, struct bpf_struct_ops_value, data);
+       st_map = container_of(kvalue, struct bpf_struct_ops_map, kvalue);
 
-       return refcount_inc_not_zero(&kvalue->refcnt);
-}
-
-static void bpf_struct_ops_put_rcu(struct rcu_head *head)
-{
-       struct bpf_struct_ops_map *st_map;
-
-       st_map = container_of(head, struct bpf_struct_ops_map, rcu);
-       bpf_map_put(&st_map->map);
+       map = __bpf_map_inc_not_zero(&st_map->map, false);
+       return !IS_ERR(map);
 }
 
 void bpf_struct_ops_put(const void *kdata)
 {
        struct bpf_struct_ops_value *kvalue;
+       struct bpf_struct_ops_map *st_map;
 
        kvalue = container_of(kdata, struct bpf_struct_ops_value, data);
-       if (refcount_dec_and_test(&kvalue->refcnt)) {
-               struct bpf_struct_ops_map *st_map;
-
-               st_map = container_of(kvalue, struct bpf_struct_ops_map,
-                                     kvalue);
-               /* The struct_ops's function may switch to another struct_ops.
-                *
-                * For example, bpf_tcp_cc_x->init() may switch to
-                * another tcp_cc_y by calling
-                * setsockopt(TCP_CONGESTION, "tcp_cc_y").
-                * During the switch,  bpf_struct_ops_put(tcp_cc_x) is called
-                * and its map->refcnt may reach 0 which then free its
-                * trampoline image while tcp_cc_x is still running.
-                *
-                * Thus, a rcu grace period is needed here.
-                */
-               call_rcu(&st_map->rcu, bpf_struct_ops_put_rcu);
-       }
+       st_map = container_of(kvalue, struct bpf_struct_ops_map, kvalue);
+
+       bpf_map_put(&st_map->map);
 }
index 099e906..cff0348 100644 (file)
@@ -1303,8 +1303,10 @@ struct bpf_map *bpf_map_get_with_uref(u32 ufd)
        return map;
 }
 
-/* map_idr_lock should have been held */
-static struct bpf_map *__bpf_map_inc_not_zero(struct bpf_map *map, bool uref)
+/* map_idr_lock should have been held or the map should have been
+ * protected by rcu read lock.
+ */
+struct bpf_map *__bpf_map_inc_not_zero(struct bpf_map *map, bool uref)
 {
        int refold;