Quelle  fuse_test.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * memfd GUP test-case
 * This tests memfd interactions with get_user_pages(). We require the
 * fuse_mnt.c program to provide a fake direct-IO FUSE mount-point for us. This
 * file-system delays _all_ reads by 1s and forces direct-IO. This means, any
 * read() on files in that file-system will pin the receive-buffer pages for at
 * least 1s via get_user_pages().
 *
 * We use this trick to race ADD_SEALS against a write on a memfd object. The
 * ADD_SEALS must fail if the memfd pages are still pinned. Note that we use
 * the read() syscall with our memory-mapped memfd object as receive buffer to
 * force the kernel to write into our memfd object.
 */

#define _GNU_SOURCE
#define __EXPORTED_HEADERS__

#include <errno.h>
#include <inttypes.h>
#include <limits.h>
#include <linux/falloc.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/memfd.h>
#include <linux/types.h>
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

#include "common.h"

#define MFD_DEF_SIZE 8192
#define STACK_SIZE 65536

static size_t mfd_def_size = MFD_DEF_SIZE;

static int mfd_assert_new(const char *name, loff_t sz, unsigned int flags)
{
 int r, fd;

 fd = sys_memfd_create(name, flags);
 if (fd < 0) {
  printf("memfd_create(\"%s\", %u) failed: %m\n",
         name, flags);
  abort();
 }

 r = ftruncate(fd, sz);
 if (r < 0) {
  printf("ftruncate(%llu) failed: %m\n", (unsigned long long)sz);
  abort();
 }

 return fd;
}

static __u64 mfd_assert_get_seals(int fd)
{
 long r;

 r = fcntl(fd, F_GET_SEALS);
 if (r < 0) {
  printf("GET_SEALS(%d) failed: %m\n", fd);
  abort();
 }

 return r;
}

static void mfd_assert_has_seals(int fd, __u64 seals)
{
 __u64 s;

 s = mfd_assert_get_seals(fd);
 if (s != seals) {
  printf("%llu != %llu = GET_SEALS(%d)\n",
         (unsigned long long)seals, (unsigned long long)s, fd);
  abort();
 }
}

static void mfd_assert_add_seals(int fd, __u64 seals)
{
 long r;
 __u64 s;

 s = mfd_assert_get_seals(fd);
 r = fcntl(fd, F_ADD_SEALS, seals);
 if (r < 0) {
  printf("ADD_SEALS(%d, %llu -> %llu) failed: %m\n",
         fd, (unsigned long long)s, (unsigned long long)seals);
  abort();
 }
}

static int mfd_busy_add_seals(int fd, __u64 seals)
{
 long r;
 __u64 s;

 r = fcntl(fd, F_GET_SEALS);
 if (r < 0)
  s = 0;
 else
  s = r;

 r = fcntl(fd, F_ADD_SEALS, seals);
 if (r < 0 && errno != EBUSY) {
  printf("ADD_SEALS(%d, %llu -> %llu) didn't fail as expected with EBUSY: %m\n",
         fd, (unsigned long long)s, (unsigned long long)seals);
  abort();
 }

 return r;
}

static void *mfd_assert_mmap_shared(int fd)
{
 void *p;

 p = mmap(NULL,
   mfd_def_size,
   PROT_READ | PROT_WRITE,
   MAP_SHARED,
   fd,
   0);
 if (p == MAP_FAILED) {
  printf("mmap() failed: %m\n");
  abort();
 }

 return p;
}

static void *mfd_assert_mmap_private(int fd)
{
 void *p;

 p = mmap(NULL,
   mfd_def_size,
   PROT_READ | PROT_WRITE,
   MAP_PRIVATE,
   fd,
   0);
 if (p == MAP_FAILED) {
  printf("mmap() failed: %m\n");
  abort();
 }

 return p;
}

static int global_mfd = -1;
static void *global_p = NULL;

static int sealing_thread_fn(void *arg)
{
 int sig, r;

 /*
 * This thread first waits 200ms so any pending operation in the parent
 * is correctly started. After that, it tries to seal @global_mfd as
 * SEAL_WRITE. This _must_ fail as the parent thread has a read() into
 * that memory mapped object still ongoing.
 * We then wait one more second and try sealing again. This time it
 * must succeed as there shouldn't be anyone else pinning the pages.
 */

 /* wait 200ms for FUSE-request to be active */
 usleep(200000);

 /* unmount mapping before sealing to avoid i_mmap_writable failures */
 munmap(global_p, mfd_def_size);

 /* Try sealing the global file; expect EBUSY or success. Current
 * kernels will never succeed, but in the future, kernels might
 * implement page-replacements or other fancy ways to avoid racing
 * writes. */
 r = mfd_busy_add_seals(global_mfd, F_SEAL_WRITE);
 if (r >= 0) {
  printf("HURRAY! This kernel fixed GUP races!\n");
 } else {
  /* wait 1s more so the FUSE-request is done */
  sleep(1);

  /* try sealing the global file again */
  mfd_assert_add_seals(global_mfd, F_SEAL_WRITE);
 }

 return 0;
}

static pid_t spawn_sealing_thread(void)
{
 uint8_t *stack;
 pid_t pid;

 stack = malloc(STACK_SIZE);
 if (!stack) {
  printf("malloc(STACK_SIZE) failed: %m\n");
  abort();
 }

 pid = clone(sealing_thread_fn,
      stack + STACK_SIZE,
      SIGCHLD | CLONE_FILES | CLONE_FS | CLONE_VM,
      NULL);
 if (pid < 0) {
  printf("clone() failed: %m\n");
  abort();
 }

 return pid;
}

static void join_sealing_thread(pid_t pid)
{
 waitpid(pid, NULL, 0);
}

int main(int argc, char **argv)
{
 char *zero;
 int fd, mfd, r;
 void *p;
 int was_sealed;
 pid_t pid;

 if (argc < 2) {
  printf("error: please pass path to file in fuse_mnt mount-point\n");
  abort();
 }

 if (argc >= 3) {
  if (!strcmp(argv[2], "hugetlbfs")) {
   unsigned long hpage_size = default_huge_page_size();

   if (!hpage_size) {
    printf("Unable to determine huge page size\n");
    abort();
   }

   hugetlbfs_test = 1;
   mfd_def_size = hpage_size * 2;
  } else {
   printf("Unknown option: %s\n", argv[2]);
   abort();
  }
 }

 zero = calloc(sizeof(*zero), mfd_def_size);

 /* open FUSE memfd file for GUP testing */
 printf("opening: %s\n", argv[1]);
 fd = open(argv[1], O_RDONLY | O_CLOEXEC);
 if (fd < 0) {
  printf("cannot open(\"%s\"): %m\n", argv[1]);
  abort();
 }

 /* create new memfd-object */
 mfd = mfd_assert_new("kern_memfd_fuse",
        mfd_def_size,
        MFD_CLOEXEC | MFD_ALLOW_SEALING);

 /* mmap memfd-object for writing */
 p = mfd_assert_mmap_shared(mfd);

 /* pass mfd+mapping to a separate sealing-thread which tries to seal
 * the memfd objects with SEAL_WRITE while we write into it */
 global_mfd = mfd;
 global_p = p;
 pid = spawn_sealing_thread();

 /* Use read() on the FUSE file to read into our memory-mapped memfd
 * object. This races the other thread which tries to seal the
 * memfd-object.
 * If @fd is on the memfd-fake-FUSE-FS, the read() is delayed by 1s.
 * This guarantees that the receive-buffer is pinned for 1s until the
 * data is written into it. The racing ADD_SEALS should thus fail as
 * the pages are still pinned. */
 r = read(fd, p, mfd_def_size);
 if (r < 0) {
  printf("read() failed: %m\n");
  abort();
 } else if (!r) {
  printf("unexpected EOF on read()\n");
  abort();
 }

 was_sealed = mfd_assert_get_seals(mfd) & F_SEAL_WRITE;

 /* Wait for sealing-thread to finish and verify that it
 * successfully sealed the file after the second try. */
 join_sealing_thread(pid);
 mfd_assert_has_seals(mfd, F_SEAL_WRITE);

 /* *IF* the memfd-object was sealed at the time our read() returned,
 * then the kernel did a page-replacement or canceled the read() (or
 * whatever magic it did..). In that case, the memfd object is still
 * all zero.
 * In case the memfd-object was *not* sealed, the read() was successful
 * and the memfd object must *not* be all zero.
 * Note that in real scenarios, there might be a mixture of both, but
 * in this test-cases, we have explicit 200ms delays which should be
 * enough to avoid any in-flight writes. */

 p = mfd_assert_mmap_private(mfd);
 if (was_sealed && memcmp(p, zero, mfd_def_size)) {
  printf("memfd sealed during read() but data not discarded\n");
  abort();
 } else if (!was_sealed && !memcmp(p, zero, mfd_def_size)) {
  printf("memfd sealed after read() but data discarded\n");
  abort();
 }

 close(mfd);
 close(fd);

 printf("fuse: DONE\n");
 free(zero);

 return 0;
}