]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - kernel/bpf/devmap.c
565f9ece911519274370d9c043137d74d56d1a37
[linux.git] / kernel / bpf / devmap.c
1 /* Copyright (c) 2017 Covalent IO, Inc. http://covalent.io
2  *
3  * This program is free software; you can redistribute it and/or
4  * modify it under the terms of version 2 of the GNU General Public
5  * License as published by the Free Software Foundation.
6  *
7  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
8  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
9  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
10  * General Public License for more details.
11  */
12
13 /* Devmaps primary use is as a backend map for XDP BPF helper call
14  * bpf_redirect_map(). Because XDP is mostly concerned with performance we
15  * spent some effort to ensure the datapath with redirect maps does not use
16  * any locking. This is a quick note on the details.
17  *
18  * We have three possible paths to get into the devmap control plane bpf
19  * syscalls, bpf programs, and driver side xmit/flush operations. A bpf syscall
20  * will invoke an update, delete, or lookup operation. To ensure updates and
21  * deletes appear atomic from the datapath side xchg() is used to modify the
22  * netdev_map array. Then because the datapath does a lookup into the netdev_map
23  * array (read-only) from an RCU critical section we use call_rcu() to wait for
24  * an rcu grace period before free'ing the old data structures. This ensures the
25  * datapath always has a valid copy. However, the datapath does a "flush"
26  * operation that pushes any pending packets in the driver outside the RCU
27  * critical section. Each bpf_dtab_netdev tracks these pending operations using
28  * an atomic per-cpu bitmap. The bpf_dtab_netdev object will not be destroyed
29  * until all bits are cleared indicating outstanding flush operations have
30  * completed.
31  *
32  * BPF syscalls may race with BPF program calls on any of the update, delete
33  * or lookup operations. As noted above the xchg() operation also keep the
34  * netdev_map consistent in this case. From the devmap side BPF programs
35  * calling into these operations are the same as multiple user space threads
36  * making system calls.
37  *
38  * Finally, any of the above may race with a netdev_unregister notifier. The
39  * unregister notifier must search for net devices in the map structure that
40  * contain a reference to the net device and remove them. This is a two step
41  * process (a) dereference the bpf_dtab_netdev object in netdev_map and (b)
42  * check to see if the ifindex is the same as the net_device being removed.
43  * When removing the dev a cmpxchg() is used to ensure the correct dev is
44  * removed, in the case of a concurrent update or delete operation it is
45  * possible that the initially referenced dev is no longer in the map. As the
46  * notifier hook walks the map we know that new dev references can not be
47  * added by the user because core infrastructure ensures dev_get_by_index()
48  * calls will fail at this point.
49  */
50 #include <linux/bpf.h>
51 #include <linux/filter.h>
52
53 #define DEV_CREATE_FLAG_MASK \
54         (BPF_F_NUMA_NODE | BPF_F_RDONLY | BPF_F_WRONLY)
55
56 struct bpf_dtab_netdev {
57         struct net_device *dev;
58         struct bpf_dtab *dtab;
59         unsigned int bit;
60         struct rcu_head rcu;
61 };
62
63 struct bpf_dtab {
64         struct bpf_map map;
65         struct bpf_dtab_netdev **netdev_map;
66         unsigned long __percpu *flush_needed;
67         struct list_head list;
68 };
69
70 static DEFINE_SPINLOCK(dev_map_lock);
71 static LIST_HEAD(dev_map_list);
72
73 static u64 dev_map_bitmap_size(const union bpf_attr *attr)
74 {
75         return BITS_TO_LONGS((u64) attr->max_entries) * sizeof(unsigned long);
76 }
77
78 static struct bpf_map *dev_map_alloc(union bpf_attr *attr)
79 {
80         struct bpf_dtab *dtab;
81         int err = -EINVAL;
82         u64 cost;
83
84         if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
85                 return ERR_PTR(-EPERM);
86
87         /* check sanity of attributes */
88         if (attr->max_entries == 0 || attr->key_size != 4 ||
89             attr->value_size != 4 || attr->map_flags & ~DEV_CREATE_FLAG_MASK)
90                 return ERR_PTR(-EINVAL);
91
92         dtab = kzalloc(sizeof(*dtab), GFP_USER);
93         if (!dtab)
94                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
95
96         bpf_map_init_from_attr(&dtab->map, attr);
97
98         /* make sure page count doesn't overflow */
99         cost = (u64) dtab->map.max_entries * sizeof(struct bpf_dtab_netdev *);
100         cost += dev_map_bitmap_size(attr) * num_possible_cpus();
101         if (cost >= U32_MAX - PAGE_SIZE)
102                 goto free_dtab;
103
104         dtab->map.pages = round_up(cost, PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
105
106         /* if map size is larger than memlock limit, reject it early */
107         err = bpf_map_precharge_memlock(dtab->map.pages);
108         if (err)
109                 goto free_dtab;
110
111         err = -ENOMEM;
112
113         /* A per cpu bitfield with a bit per possible net device */
114         dtab->flush_needed = __alloc_percpu_gfp(dev_map_bitmap_size(attr),
115                                                 __alignof__(unsigned long),
116                                                 GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN);
117         if (!dtab->flush_needed)
118                 goto free_dtab;
119
120         dtab->netdev_map = bpf_map_area_alloc(dtab->map.max_entries *
121                                               sizeof(struct bpf_dtab_netdev *),
122                                               dtab->map.numa_node);
123         if (!dtab->netdev_map)
124                 goto free_dtab;
125
126         spin_lock(&dev_map_lock);
127         list_add_tail_rcu(&dtab->list, &dev_map_list);
128         spin_unlock(&dev_map_lock);
129
130         return &dtab->map;
131 free_dtab:
132         free_percpu(dtab->flush_needed);
133         kfree(dtab);
134         return ERR_PTR(err);
135 }
136
137 static void dev_map_free(struct bpf_map *map)
138 {
139         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
140         int i, cpu;
141
142         /* At this point bpf_prog->aux->refcnt == 0 and this map->refcnt == 0,
143          * so the programs (can be more than one that used this map) were
144          * disconnected from events. Wait for outstanding critical sections in
145          * these programs to complete. The rcu critical section only guarantees
146          * no further reads against netdev_map. It does __not__ ensure pending
147          * flush operations (if any) are complete.
148          */
149
150         spin_lock(&dev_map_lock);
151         list_del_rcu(&dtab->list);
152         spin_unlock(&dev_map_lock);
153
154         synchronize_rcu();
155
156         /* To ensure all pending flush operations have completed wait for flush
157          * bitmap to indicate all flush_needed bits to be zero on _all_ cpus.
158          * Because the above synchronize_rcu() ensures the map is disconnected
159          * from the program we can assume no new bits will be set.
160          */
161         for_each_online_cpu(cpu) {
162                 unsigned long *bitmap = per_cpu_ptr(dtab->flush_needed, cpu);
163
164                 while (!bitmap_empty(bitmap, dtab->map.max_entries))
165                         cond_resched();
166         }
167
168         for (i = 0; i < dtab->map.max_entries; i++) {
169                 struct bpf_dtab_netdev *dev;
170
171                 dev = dtab->netdev_map[i];
172                 if (!dev)
173                         continue;
174
175                 dev_put(dev->dev);
176                 kfree(dev);
177         }
178
179         free_percpu(dtab->flush_needed);
180         bpf_map_area_free(dtab->netdev_map);
181         kfree(dtab);
182 }
183
184 static int dev_map_get_next_key(struct bpf_map *map, void *key, void *next_key)
185 {
186         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
187         u32 index = key ? *(u32 *)key : U32_MAX;
188         u32 *next = next_key;
189
190         if (index >= dtab->map.max_entries) {
191                 *next = 0;
192                 return 0;
193         }
194
195         if (index == dtab->map.max_entries - 1)
196                 return -ENOENT;
197         *next = index + 1;
198         return 0;
199 }
200
201 void __dev_map_insert_ctx(struct bpf_map *map, u32 bit)
202 {
203         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
204         unsigned long *bitmap = this_cpu_ptr(dtab->flush_needed);
205
206         __set_bit(bit, bitmap);
207 }
208
209 /* __dev_map_flush is called from xdp_do_flush_map() which _must_ be signaled
210  * from the driver before returning from its napi->poll() routine. The poll()
211  * routine is called either from busy_poll context or net_rx_action signaled
212  * from NET_RX_SOFTIRQ. Either way the poll routine must complete before the
213  * net device can be torn down. On devmap tear down we ensure the ctx bitmap
214  * is zeroed before completing to ensure all flush operations have completed.
215  */
216 void __dev_map_flush(struct bpf_map *map)
217 {
218         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
219         unsigned long *bitmap = this_cpu_ptr(dtab->flush_needed);
220         u32 bit;
221
222         for_each_set_bit(bit, bitmap, map->max_entries) {
223                 struct bpf_dtab_netdev *dev = READ_ONCE(dtab->netdev_map[bit]);
224                 struct net_device *netdev;
225
226                 /* This is possible if the dev entry is removed by user space
227                  * between xdp redirect and flush op.
228                  */
229                 if (unlikely(!dev))
230                         continue;
231
232                 __clear_bit(bit, bitmap);
233                 netdev = dev->dev;
234                 if (likely(netdev->netdev_ops->ndo_xdp_flush))
235                         netdev->netdev_ops->ndo_xdp_flush(netdev);
236         }
237 }
238
239 /* rcu_read_lock (from syscall and BPF contexts) ensures that if a delete and/or
240  * update happens in parallel here a dev_put wont happen until after reading the
241  * ifindex.
242  */
243 struct net_device  *__dev_map_lookup_elem(struct bpf_map *map, u32 key)
244 {
245         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
246         struct bpf_dtab_netdev *dev;
247
248         if (key >= map->max_entries)
249                 return NULL;
250
251         dev = READ_ONCE(dtab->netdev_map[key]);
252         return dev ? dev->dev : NULL;
253 }
254
255 static void *dev_map_lookup_elem(struct bpf_map *map, void *key)
256 {
257         struct net_device *dev = __dev_map_lookup_elem(map, *(u32 *)key);
258
259         return dev ? &dev->ifindex : NULL;
260 }
261
262 static void dev_map_flush_old(struct bpf_dtab_netdev *dev)
263 {
264         if (dev->dev->netdev_ops->ndo_xdp_flush) {
265                 struct net_device *fl = dev->dev;
266                 unsigned long *bitmap;
267                 int cpu;
268
269                 for_each_online_cpu(cpu) {
270                         bitmap = per_cpu_ptr(dev->dtab->flush_needed, cpu);
271                         __clear_bit(dev->bit, bitmap);
272
273                         fl->netdev_ops->ndo_xdp_flush(dev->dev);
274                 }
275         }
276 }
277
278 static void __dev_map_entry_free(struct rcu_head *rcu)
279 {
280         struct bpf_dtab_netdev *dev;
281
282         dev = container_of(rcu, struct bpf_dtab_netdev, rcu);
283         dev_map_flush_old(dev);
284         dev_put(dev->dev);
285         kfree(dev);
286 }
287
288 static int dev_map_delete_elem(struct bpf_map *map, void *key)
289 {
290         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
291         struct bpf_dtab_netdev *old_dev;
292         int k = *(u32 *)key;
293
294         if (k >= map->max_entries)
295                 return -EINVAL;
296
297         /* Use call_rcu() here to ensure any rcu critical sections have
298          * completed, but this does not guarantee a flush has happened
299          * yet. Because driver side rcu_read_lock/unlock only protects the
300          * running XDP program. However, for pending flush operations the
301          * dev and ctx are stored in another per cpu map. And additionally,
302          * the driver tear down ensures all soft irqs are complete before
303          * removing the net device in the case of dev_put equals zero.
304          */
305         old_dev = xchg(&dtab->netdev_map[k], NULL);
306         if (old_dev)
307                 call_rcu(&old_dev->rcu, __dev_map_entry_free);
308         return 0;
309 }
310
311 static int dev_map_update_elem(struct bpf_map *map, void *key, void *value,
312                                 u64 map_flags)
313 {
314         struct bpf_dtab *dtab = container_of(map, struct bpf_dtab, map);
315         struct net *net = current->nsproxy->net_ns;
316         struct bpf_dtab_netdev *dev, *old_dev;
317         u32 i = *(u32 *)key;
318         u32 ifindex = *(u32 *)value;
319
320         if (unlikely(map_flags > BPF_EXIST))
321                 return -EINVAL;
322         if (unlikely(i >= dtab->map.max_entries))
323                 return -E2BIG;
324         if (unlikely(map_flags == BPF_NOEXIST))
325                 return -EEXIST;
326
327         if (!ifindex) {
328                 dev = NULL;
329         } else {
330                 dev = kmalloc_node(sizeof(*dev), GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN,
331                                    map->numa_node);
332                 if (!dev)
333                         return -ENOMEM;
334
335                 dev->dev = dev_get_by_index(net, ifindex);
336                 if (!dev->dev) {
337                         kfree(dev);
338                         return -EINVAL;
339                 }
340
341                 dev->bit = i;
342                 dev->dtab = dtab;
343         }
344
345         /* Use call_rcu() here to ensure rcu critical sections have completed
346          * Remembering the driver side flush operation will happen before the
347          * net device is removed.
348          */
349         old_dev = xchg(&dtab->netdev_map[i], dev);
350         if (old_dev)
351                 call_rcu(&old_dev->rcu, __dev_map_entry_free);
352
353         return 0;
354 }
355
356 const struct bpf_map_ops dev_map_ops = {
357         .map_alloc = dev_map_alloc,
358         .map_free = dev_map_free,
359         .map_get_next_key = dev_map_get_next_key,
360         .map_lookup_elem = dev_map_lookup_elem,
361         .map_update_elem = dev_map_update_elem,
362         .map_delete_elem = dev_map_delete_elem,
363 };
364
365 static int dev_map_notification(struct notifier_block *notifier,
366                                 ulong event, void *ptr)
367 {
368         struct net_device *netdev = netdev_notifier_info_to_dev(ptr);
369         struct bpf_dtab *dtab;
370         int i;
371
372         switch (event) {
373         case NETDEV_UNREGISTER:
374                 /* This rcu_read_lock/unlock pair is needed because
375                  * dev_map_list is an RCU list AND to ensure a delete
376                  * operation does not free a netdev_map entry while we
377                  * are comparing it against the netdev being unregistered.
378                  */
379                 rcu_read_lock();
380                 list_for_each_entry_rcu(dtab, &dev_map_list, list) {
381                         for (i = 0; i < dtab->map.max_entries; i++) {
382                                 struct bpf_dtab_netdev *dev, *odev;
383
384                                 dev = READ_ONCE(dtab->netdev_map[i]);
385                                 if (!dev ||
386                                     dev->dev->ifindex != netdev->ifindex)
387                                         continue;
388                                 odev = cmpxchg(&dtab->netdev_map[i], dev, NULL);
389                                 if (dev == odev)
390                                         call_rcu(&dev->rcu,
391                                                  __dev_map_entry_free);
392                         }
393                 }
394                 rcu_read_unlock();
395                 break;
396         default:
397                 break;
398         }
399         return NOTIFY_OK;
400 }
401
402 static struct notifier_block dev_map_notifier = {
403         .notifier_call = dev_map_notification,
404 };
405
406 static int __init dev_map_init(void)
407 {
408         register_netdevice_notifier(&dev_map_notifier);
409         return 0;
410 }
411
412 subsys_initcall(dev_map_init);