Quelle  shuffle.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
// Copyright(c) 2018 Intel Corporation. All rights reserved.

#include <linux/mm.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mmzone.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include "internal.h"
#include "shuffle.h"

DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(page_alloc_shuffle_key);

static bool shuffle_param;

static __meminit int shuffle_param_set(const char *val,
  const struct kernel_param *kp)
{
 if (param_set_bool(val, kp))
  return -EINVAL;
 if (*(bool *)kp->arg)
  static_branch_enable(&page_alloc_shuffle_key);
 return 0;
}

static const struct kernel_param_ops shuffle_param_ops = {
 .set = shuffle_param_set,
 .get = param_get_bool,
};
module_param_cb(shuffle, &shuffle_param_ops, &shuffle_param, 0400);

/*
 * For two pages to be swapped in the shuffle, they must be free (on a
 * 'free_area' lru), have the same order, and have the same migratetype.
 */
static struct page * __meminit shuffle_valid_page(struct zone *zone,
        unsigned long pfn, int order)
{
 struct page *page = pfn_to_online_page(pfn);

 /*
 * Given we're dealing with randomly selected pfns in a zone we
 * need to ask questions like...
 */

 /* ... is the page managed by the buddy? */
 if (!page)
  return NULL;

 /* ... is the page assigned to the same zone? */
 if (page_zone(page) != zone)
  return NULL;

 /* ...is the page free and currently on a free_area list? */
 if (!PageBuddy(page))
  return NULL;

 /*
 * ...is the page on the same list as the page we will
 * shuffle it with?
 */
 if (buddy_order(page) != order)
  return NULL;

 return page;
}

/*
 * Fisher-Yates shuffle the freelist which prescribes iterating through an
 * array, pfns in this case, and randomly swapping each entry with another in
 * the span, end_pfn - start_pfn.
 *
 * To keep the implementation simple it does not attempt to correct for sources
 * of bias in the distribution, like modulo bias or pseudo-random number
 * generator bias. I.e. the expectation is that this shuffling raises the bar
 * for attacks that exploit the predictability of page allocations, but need not
 * be a perfect shuffle.
 */
#define SHUFFLE_RETRY 10
void __meminit __shuffle_zone(struct zone *z)
{
 unsigned long i, flags;
 unsigned long start_pfn = z->zone_start_pfn;
 unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(z);
 const int order = SHUFFLE_ORDER;
 const int order_pages = 1 << order;

 spin_lock_irqsave(&z->lock, flags);
 start_pfn = ALIGN(start_pfn, order_pages);
 for (i = start_pfn; i < end_pfn; i += order_pages) {
  unsigned long j;
  int migratetype, retry;
  struct page *page_i, *page_j;

  /*
 * We expect page_i, in the sub-range of a zone being added
 * (@start_pfn to @end_pfn), to more likely be valid compared to
 * page_j randomly selected in the span @zone_start_pfn to
 * @spanned_pages.
 */
  page_i = shuffle_valid_page(z, i, order);
  if (!page_i)
   continue;

  for (retry = 0; retry < SHUFFLE_RETRY; retry++) {
   /*
 * Pick a random order aligned page in the zone span as
 * a swap target. If the selected pfn is a hole, retry
 * up to SHUFFLE_RETRY attempts find a random valid pfn
 * in the zone.
 */
   j = z->zone_start_pfn +
    ALIGN_DOWN(get_random_long() % z->spanned_pages,
      order_pages);
   page_j = shuffle_valid_page(z, j, order);
   if (page_j && page_j != page_i)
    break;
  }
  if (retry >= SHUFFLE_RETRY) {
   pr_debug("%s: failed to swap %#lx\n", __func__, i);
   continue;
  }

  /*
 * Each migratetype corresponds to its own list, make sure the
 * types match otherwise we're moving pages to lists where they
 * do not belong.
 */
  migratetype = get_pageblock_migratetype(page_i);
  if (get_pageblock_migratetype(page_j) != migratetype) {
   pr_debug("%s: migratetype mismatch %#lx\n", __func__, i);
   continue;
  }

  list_swap(&page_i->lru, &page_j->lru);

  pr_debug("%s: swap: %#lx -> %#lx\n", __func__, i, j);

  /* take it easy on the zone lock */
  if ((i % (100 * order_pages)) == 0) {
   spin_unlock_irqrestore(&z->lock, flags);
   cond_resched();
   spin_lock_irqsave(&z->lock, flags);
  }
 }
 spin_unlock_irqrestore(&z->lock, flags);
}

/*
 * __shuffle_free_memory - reduce the predictability of the page allocator
 * @pgdat: node page data
 */
void __meminit __shuffle_free_memory(pg_data_t *pgdat)
{
 struct zone *z;

 for (z = pgdat->node_zones; z < pgdat->node_zones + MAX_NR_ZONES; z++)
  shuffle_zone(z);
}

bool shuffle_pick_tail(void)
{
 static u64 rand;
 static u8 rand_bits;
 bool ret;

 /*
 * The lack of locking is deliberate. If 2 threads race to
 * update the rand state it just adds to the entropy.
 */
 if (rand_bits == 0) {
  rand_bits = 64;
  rand = get_random_u64();
 }

 ret = rand & 1;

 rand_bits--;
 rand >>= 1;

 return ret;
}