Quelle  refcounted_kptr.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/* Copyright (c) 2023 Meta Platforms, Inc. and affiliates. */

#include <vmlinux.h>
#include <bpf/bpf_tracing.h>
#include <bpf/bpf_helpers.h>
#include <bpf/bpf_core_read.h>
#include "bpf_misc.h"
#include "bpf_experimental.h"

extern void bpf_rcu_read_lock(void) __ksym;
extern void bpf_rcu_read_unlock(void) __ksym;

struct node_data {
 long key;
 long list_data;
 struct bpf_rb_node r;
 struct bpf_list_node l;
 struct bpf_refcount ref;
};

struct map_value {
 struct node_data __kptr *node;
};

struct {
 __uint(type, BPF_MAP_TYPE_ARRAY);
 __type(key, int);
 __type(value, struct map_value);
 __uint(max_entries, 2);
} stashed_nodes SEC(".maps");

struct node_acquire {
 long key;
 long data;
 struct bpf_rb_node node;
 struct bpf_refcount refcount;
};

#define private(name) SEC(".bss." #name) __hidden __attribute__((aligned(8)))
private(A) struct bpf_spin_lock lock;
private(A) struct bpf_rb_root root __contains(node_data, r);
private(A) struct bpf_list_head head __contains(node_data, l);

private(B) struct bpf_spin_lock alock;
private(B) struct bpf_rb_root aroot __contains(node_acquire, node);

private(C) struct bpf_spin_lock block;
private(C) struct bpf_rb_root broot __contains(node_data, r);

static bool less(struct bpf_rb_node *node_a, const struct bpf_rb_node *node_b)
{
 struct node_data *a;
 struct node_data *b;

 a = container_of(node_a, struct node_data, r);
 b = container_of(node_b, struct node_data, r);

 return a->key < b->key;
}

static bool less_a(struct bpf_rb_node *a, const struct bpf_rb_node *b)
{
 struct node_acquire *node_a;
 struct node_acquire *node_b;

 node_a = container_of(a, struct node_acquire, node);
 node_b = container_of(b, struct node_acquire, node);

 return node_a->key < node_b->key;
}

static long __insert_in_tree_and_list(struct bpf_list_head *head,
          struct bpf_rb_root *root,
          struct bpf_spin_lock *lock)
{
 struct node_data *n, *m;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return -1;

 m = bpf_refcount_acquire(n);
 m->key = 123;
 m->list_data = 456;

 bpf_spin_lock(lock);
 if (bpf_rbtree_add(root, &n->r, less)) {
  /* Failure to insert - unexpected */
  bpf_spin_unlock(lock);
  bpf_obj_drop(m);
  return -2;
 }
 bpf_spin_unlock(lock);

 bpf_spin_lock(lock);
 if (bpf_list_push_front(head, &m->l)) {
  /* Failure to insert - unexpected */
  bpf_spin_unlock(lock);
  return -3;
 }
 bpf_spin_unlock(lock);
 return 0;
}

static long __stash_map_insert_tree(int idx, int val, struct bpf_rb_root *root,
        struct bpf_spin_lock *lock)
{
 struct map_value *mapval;
 struct node_data *n, *m;

 mapval = bpf_map_lookup_elem(&stashed_nodes, &idx);
 if (!mapval)
  return -1;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return -2;

 n->key = val;
 m = bpf_refcount_acquire(n);

 n = bpf_kptr_xchg(&mapval->node, n);
 if (n) {
  bpf_obj_drop(n);
  bpf_obj_drop(m);
  return -3;
 }

 bpf_spin_lock(lock);
 if (bpf_rbtree_add(root, &m->r, less)) {
  /* Failure to insert - unexpected */
  bpf_spin_unlock(lock);
  return -4;
 }
 bpf_spin_unlock(lock);
 return 0;
}

static long __read_from_tree(struct bpf_rb_root *root,
        struct bpf_spin_lock *lock,
        bool remove_from_tree)
{
 struct bpf_rb_node *rb;
 struct node_data *n;
 long res = -99;

 bpf_spin_lock(lock);

 rb = bpf_rbtree_first(root);
 if (!rb) {
  bpf_spin_unlock(lock);
  return -1;
 }

 n = container_of(rb, struct node_data, r);
 res = n->key;

 if (!remove_from_tree) {
  bpf_spin_unlock(lock);
  return res;
 }

 rb = bpf_rbtree_remove(root, rb);
 bpf_spin_unlock(lock);
 if (!rb)
  return -2;
 n = container_of(rb, struct node_data, r);
 bpf_obj_drop(n);
 return res;
}

static long __read_from_list(struct bpf_list_head *head,
        struct bpf_spin_lock *lock,
        bool remove_from_list)
{
 struct bpf_list_node *l;
 struct node_data *n;
 long res = -99;

 bpf_spin_lock(lock);

 l = bpf_list_pop_front(head);
 if (!l) {
  bpf_spin_unlock(lock);
  return -1;
 }

 n = container_of(l, struct node_data, l);
 res = n->list_data;

 if (!remove_from_list) {
  if (bpf_list_push_back(head, &n->l)) {
   bpf_spin_unlock(lock);
   return -2;
  }
 }

 bpf_spin_unlock(lock);

 if (remove_from_list)
  bpf_obj_drop(n);
 return res;
}

static long __read_from_unstash(int idx)
{
 struct node_data *n = NULL;
 struct map_value *mapval;
 long val = -99;

 mapval = bpf_map_lookup_elem(&stashed_nodes, &idx);
 if (!mapval)
  return -1;

 n = bpf_kptr_xchg(&mapval->node, n);
 if (!n)
  return -2;

 val = n->key;
 bpf_obj_drop(n);
 return val;
}

#define INSERT_READ_BOTH(rem_tree, rem_list, desc)   \
SEC("tc")        \
__description(desc)       \
__success __retval(579)       \
long insert_and_remove_tree_##rem_tree##_list_##rem_list(void *ctx) \
{         \
 long err, tree_data, list_data;     \
         \
 err = __insert_in_tree_and_list(&head, &root, &lock);  \
 if (err)       \
  return err;      \
         \
 err = __read_from_tree(&root, &lock, rem_tree);   \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  tree_data = err;     \
         \
 err = __read_from_list(&head, &lock, rem_list);   \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  list_data = err;     \
         \
 return tree_data + list_data;     \
}

/* After successful insert of struct node_data into both collections:
 *   - it should have refcount = 2
 *   - removing / not removing the node_data from a collection after
 *     reading should have no effect on ability to read / remove from
 *     the other collection
 */
INSERT_READ_BOTH(true, true, "insert_read_both: remove from tree + list");
INSERT_READ_BOTH(false, false, "insert_read_both: remove from neither");
INSERT_READ_BOTH(true, false, "insert_read_both: remove from tree");
INSERT_READ_BOTH(false, true, "insert_read_both: remove from list");

#undef INSERT_READ_BOTH
#define INSERT_READ_BOTH(rem_tree, rem_list, desc)   \
SEC("tc")        \
__description(desc)       \
__success __retval(579)       \
long insert_and_remove_lf_tree_##rem_tree##_list_##rem_list(void *ctx) \
{         \
 long err, tree_data, list_data;     \
         \
 err = __insert_in_tree_and_list(&head, &root, &lock);  \
 if (err)       \
  return err;      \
         \
 err = __read_from_list(&head, &lock, rem_list);   \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  list_data = err;     \
         \
 err = __read_from_tree(&root, &lock, rem_tree);   \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  tree_data = err;     \
         \
 return tree_data + list_data;     \
}

/* Similar to insert_read_both, but list data is read and possibly removed
 * first
 *
 * Results should be no different than reading and possibly removing rbtree
 * node first
 */
INSERT_READ_BOTH(true, true, "insert_read_both_list_first: remove from tree + list");
INSERT_READ_BOTH(false, false, "insert_read_both_list_first: remove from neither");
INSERT_READ_BOTH(true, false, "insert_read_both_list_first: remove from tree");
INSERT_READ_BOTH(false, true, "insert_read_both_list_first: remove from list");

#define INSERT_DOUBLE_READ_AND_DEL(read_fn, read_root, desc)  \
SEC("tc")        \
__description(desc)       \
__success __retval(-1)       \
long insert_double_##read_fn##_and_del_##read_root(void *ctx)  \
{         \
 long err, list_data;      \
         \
 err = __insert_in_tree_and_list(&head, &root, &lock);  \
 if (err)       \
  return err;      \
         \
 err = read_fn(&read_root, &lock, true);    \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  list_data = err;     \
         \
 err = read_fn(&read_root, &lock, true);    \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
         \
 return err + list_data;      \
}

/* Insert into both tree and list, then try reading-and-removing from either twice
 *
 * The second read-and-remove should fail on read step since the node has
 * already been removed
 */
INSERT_DOUBLE_READ_AND_DEL(__read_from_tree, root, "insert_double_del: 2x read-and-del from tree");
INSERT_DOUBLE_READ_AND_DEL(__read_from_list, head, "insert_double_del: 2x read-and-del from list");

#define INSERT_STASH_READ(rem_tree, desc)    \
SEC("tc")        \
__description(desc)       \
__success __retval(84)       \
long insert_rbtree_and_stash__del_tree_##rem_tree(void *ctx)  \
{         \
 long err, tree_data, map_data;     \
         \
 err = __stash_map_insert_tree(0, 42, &root, &lock);  \
 if (err)       \
  return err;      \
         \
 err = __read_from_tree(&root, &lock, rem_tree);   \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  tree_data = err;     \
         \
 err = __read_from_unstash(0);     \
 if (err < 0)       \
  return err;      \
 else        \
  map_data = err;      \
         \
 return tree_data + map_data;     \
}

/* Stash a refcounted node in map_val, insert same node into tree, then try
 * reading data from tree then unstashed map_val, possibly removing from tree
 *
 * Removing from tree should have no effect on map_val kptr validity
 */
INSERT_STASH_READ(true, "insert_stash_read: remove from tree");
INSERT_STASH_READ(false, "insert_stash_read: don't remove from tree");

SEC("tc")
__success
long rbtree_refcounted_node_ref_escapes(void *ctx)
{
 struct node_acquire *n, *m;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return 1;

 bpf_spin_lock(&alock);
 bpf_rbtree_add(&aroot, &n->node, less_a);
 m = bpf_refcount_acquire(n);
 bpf_spin_unlock(&alock);
 if (!m)
  return 2;

 m->key = 2;
 bpf_obj_drop(m);
 return 0;
}

SEC("tc")
__success
long rbtree_refcounted_node_ref_escapes_owning_input(void *ctx)
{
 struct node_acquire *n, *m;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return 1;

 m = bpf_refcount_acquire(n);
 m->key = 2;

 bpf_spin_lock(&alock);
 bpf_rbtree_add(&aroot, &n->node, less_a);
 bpf_spin_unlock(&alock);

 bpf_obj_drop(m);

 return 0;
}

static long __stash_map_empty_xchg(struct node_data *n, int idx)
{
 struct map_value *mapval = bpf_map_lookup_elem(&stashed_nodes, &idx);

 if (!mapval) {
  bpf_obj_drop(n);
  return 1;
 }
 n = bpf_kptr_xchg(&mapval->node, n);
 if (n) {
  bpf_obj_drop(n);
  return 2;
 }
 return 0;
}

SEC("tc")
long rbtree_wrong_owner_remove_fail_a1(void *ctx)
{
 struct node_data *n, *m;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return 1;
 m = bpf_refcount_acquire(n);

 if (__stash_map_empty_xchg(n, 0)) {
  bpf_obj_drop(m);
  return 2;
 }

 if (__stash_map_empty_xchg(m, 1))
  return 3;

 return 0;
}

SEC("tc")
long rbtree_wrong_owner_remove_fail_b(void *ctx)
{
 struct map_value *mapval;
 struct node_data *n;
 int idx = 0;

 mapval = bpf_map_lookup_elem(&stashed_nodes, &idx);
 if (!mapval)
  return 1;

 n = bpf_kptr_xchg(&mapval->node, NULL);
 if (!n)
  return 2;

 bpf_spin_lock(&block);

 bpf_rbtree_add(&broot, &n->r, less);

 bpf_spin_unlock(&block);
 return 0;
}

SEC("tc")
long rbtree_wrong_owner_remove_fail_a2(void *ctx)
{
 struct map_value *mapval;
 struct bpf_rb_node *res;
 struct node_data *m;
 int idx = 1;

 mapval = bpf_map_lookup_elem(&stashed_nodes, &idx);
 if (!mapval)
  return 1;

 m = bpf_kptr_xchg(&mapval->node, NULL);
 if (!m)
  return 2;
 bpf_spin_lock(&lock);

 /* make m non-owning ref */
 bpf_list_push_back(&head, &m->l);
 res = bpf_rbtree_remove(&root, &m->r);

 bpf_spin_unlock(&lock);
 if (res) {
  bpf_obj_drop(container_of(res, struct node_data, r));
  return 3;
 }
 return 0;
}

SEC("?fentry.s/bpf_testmod_test_read")
__success
int BPF_PROG(rbtree_sleepable_rcu,
      struct file *file, struct kobject *kobj,
      struct bin_attribute *bin_attr, char *buf, loff_t off, size_t len)
{
 struct bpf_rb_node *rb;
 struct node_data *n, *m = NULL;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return 0;

 bpf_rcu_read_lock();
 bpf_spin_lock(&lock);
 bpf_rbtree_add(&root, &n->r, less);
 rb = bpf_rbtree_first(&root);
 if (!rb)
  goto err_out;

 rb = bpf_rbtree_remove(&root, rb);
 if (!rb)
  goto err_out;

 m = container_of(rb, struct node_data, r);

err_out:
 bpf_spin_unlock(&lock);
 bpf_rcu_read_unlock();
 if (m)
  bpf_obj_drop(m);
 return 0;
}

SEC("?fentry.s/bpf_testmod_test_read")
__success
int BPF_PROG(rbtree_sleepable_rcu_no_explicit_rcu_lock,
      struct file *file, struct kobject *kobj,
      struct bin_attribute *bin_attr, char *buf, loff_t off, size_t len)
{
 struct bpf_rb_node *rb;
 struct node_data *n, *m = NULL;

 n = bpf_obj_new(typeof(*n));
 if (!n)
  return 0;

 /* No explicit bpf_rcu_read_lock */
 bpf_spin_lock(&lock);
 bpf_rbtree_add(&root, &n->r, less);
 rb = bpf_rbtree_first(&root);
 if (!rb)
  goto err_out;

 rb = bpf_rbtree_remove(&root, rb);
 if (!rb)
  goto err_out;

 m = container_of(rb, struct node_data, r);

err_out:
 bpf_spin_unlock(&lock);
 /* No explicit bpf_rcu_read_unlock */
 if (m)
  bpf_obj_drop(m);
 return 0;
}

char _license[] SEC("license") = "GPL";