sys/kern/sys_procdesc.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2009, 2016 Robert N. M. Watson
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This software was developed at the University of Cambridge Computer
   8  * Laboratory with support from a grant from Google, Inc.
   9  *
  10  * Portions of this software were developed by BAE Systems, the University of
  11  * Cambridge Computer Laboratory, and Memorial University under DARPA/AFRL
  12  * contract FA8650-15-C-7558 ("CADETS"), as part of the DARPA Transparent
  13  * Computing (TC) research program.
  14  *
  15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  16  * modification, are permitted provided that the following conditions
  17  * are met:
  18  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  20  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  22  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  */
  36
  37 /*-
  38  * FreeBSD process descriptor facility.
  39  *
  40  * Some processes are represented by a file descriptor, which will be used in
  41  * preference to signaling and pids for the purposes of process management,
  42  * and is, in effect, a form of capability.  When a process descriptor is
  43  * used with a process, it ceases to be visible to certain traditional UNIX
  44  * process facilities, such as waitpid(2).
  45  *
  46  * Some semantics:
  47  *
  48  * - At most one process descriptor will exist for any process, although
  49  *   references to that descriptor may be held from many processes (or even
  50  *   be in flight between processes over a local domain socket).
  51  * - Last close on the process descriptor will terminate the process using
  52  *   SIGKILL and reparent it to init so that there's a process to reap it
  53  *   when it's done exiting.
  54  * - If the process exits before the descriptor is closed, it will not
  55  *   generate SIGCHLD on termination, or be picked up by waitpid().
  56  * - The pdkill(2) system call may be used to deliver a signal to the process
  57  *   using its process descriptor.
  58  * - The pdwait4(2) system call may be used to block (or not) on a process
  59  *   descriptor to collect termination information.
  60  *
  61  * Open questions:
  62  *
  63  * - How to handle ptrace(2)?
  64  * - Will we want to add a pidtoprocdesc(2) system call to allow process
  65  *   descriptors to be created for processes without pdfork(2)?
  66  */
  67
  68 #include <sys/cdefs.h>
  69 __FBSDID("$FreeBSD$");
  70
  71 #include <sys/param.h>
  72 #include <sys/capsicum.h>
  73 #include <sys/fcntl.h>
  74 #include <sys/file.h>
  75 #include <sys/filedesc.h>
  76 #include <sys/kernel.h>
  77 #include <sys/lock.h>
  78 #include <sys/mutex.h>
  79 #include <sys/poll.h>
  80 #include <sys/proc.h>
  81 #include <sys/procdesc.h>
  82 #include <sys/resourcevar.h>
  83 #include <sys/stat.h>
  84 #include <sys/sysproto.h>
  85 #include <sys/sysctl.h>
  86 #include <sys/systm.h>
  87 #include <sys/ucred.h>
  88 #include <sys/user.h>
  89
  90 #include <security/audit/audit.h>
  91
  92 #include <vm/uma.h>
  93
  94 FEATURE(process_descriptors, "Process Descriptors");
  95
  96 static uma_zone_t procdesc_zone;
  97
  98 static fo_poll_t        procdesc_poll;
  99 static fo_kqfilter_t    procdesc_kqfilter;
 100 static fo_stat_t        procdesc_stat;
 101 static fo_close_t       procdesc_close;
 102 static fo_fill_kinfo_t  procdesc_fill_kinfo;
 103
 104 static struct fileops procdesc_ops = {
 105         .fo_read = invfo_rdwr,
 106         .fo_write = invfo_rdwr,
 107         .fo_truncate = invfo_truncate,
 108         .fo_ioctl = invfo_ioctl,
 109         .fo_poll = procdesc_poll,
 110         .fo_kqfilter = procdesc_kqfilter,
 111         .fo_stat = procdesc_stat,
 112         .fo_close = procdesc_close,
 113         .fo_chmod = invfo_chmod,
 114         .fo_chown = invfo_chown,
 115         .fo_sendfile = invfo_sendfile,
 116         .fo_fill_kinfo = procdesc_fill_kinfo,
 117         .fo_flags = DFLAG_PASSABLE,
 118 };
 119
 120 /*
 121  * Initialize with VFS so that process descriptors are available along with
 122  * other file descriptor types.  As long as it runs before init(8) starts,
 123  * there shouldn't be a problem.
 124  */
 125 static void
 126 procdesc_init(void *dummy __unused)
 127 {
 128
 129         procdesc_zone = uma_zcreate("procdesc", sizeof(struct procdesc),
 130             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
 131         if (procdesc_zone == NULL)
 132                 panic("procdesc_init: procdesc_zone not initialized");
 133 }
 134 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_ANY, procdesc_init, NULL);
 135
 136 /*
 137  * Return a locked process given a process descriptor, or ESRCH if it has
 138  * died.
 139  */
 140 int
 141 procdesc_find(struct thread *td, int fd, cap_rights_t *rightsp,
 142     struct proc **p)
 143 {
 144         struct procdesc *pd;
 145         struct file *fp;
 146         int error;
 147
 148         error = fget(td, fd, rightsp, &fp);
 149         if (error)
 150                 return (error);
 151         if (fp->f_type != DTYPE_PROCDESC) {
 152                 error = EBADF;
 153                 goto out;
 154         }
 155         pd = fp->f_data;
 156         sx_slock(&proctree_lock);
 157         if (pd->pd_proc != NULL) {
 158                 *p = pd->pd_proc;
 159                 PROC_LOCK(*p);
 160         } else
 161                 error = ESRCH;
 162         sx_sunlock(&proctree_lock);
 163 out:
 164         fdrop(fp, td);
 165         return (error);
 166 }
 167
 168 /*
 169  * Function to be used by procstat(1) sysctls when returning procdesc
 170  * information.
 171  */
 172 pid_t
 173 procdesc_pid(struct file *fp_procdesc)
 174 {
 175         struct procdesc *pd;
 176
 177         KASSERT(fp_procdesc->f_type == DTYPE_PROCDESC,
 178            ("procdesc_pid: !procdesc"));
 179
 180         pd = fp_procdesc->f_data;
 181         return (pd->pd_pid);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * Retrieve the PID associated with a process descriptor.
 186  */
 187 int
 188 kern_pdgetpid(struct thread *td, int fd, cap_rights_t *rightsp, pid_t *pidp)
 189 {
 190         struct file *fp;
 191         int error;
 192
 193         error = fget(td, fd, rightsp, &fp);
 194         if (error)
 195                 return (error);
 196         if (fp->f_type != DTYPE_PROCDESC) {
 197                 error = EBADF;
 198                 goto out;
 199         }
 200         *pidp = procdesc_pid(fp);
 201 out:
 202         fdrop(fp, td);
 203         return (error);
 204 }
 205
 206 /*
 207  * System call to return the pid of a process given its process descriptor.
 208  */
 209 int
 210 sys_pdgetpid(struct thread *td, struct pdgetpid_args *uap)
 211 {
 212         cap_rights_t rights;
 213         pid_t pid;
 214         int error;
 215
 216         AUDIT_ARG_FD(uap->fd);
 217         error = kern_pdgetpid(td, uap->fd,
 218             cap_rights_init(&rights, CAP_PDGETPID), &pid);
 219         if (error == 0)
 220                 error = copyout(&pid, uap->pidp, sizeof(pid));
 221         return (error);
 222 }
 223
 224 /*
 225  * When a new process is forked by pdfork(), a file descriptor is allocated
 226  * by the fork code first, then the process is forked, and then we get a
 227  * chance to set up the process descriptor.  Failure is not permitted at this
 228  * point, so procdesc_new() must succeed.
 229  */
 230 void
 231 procdesc_new(struct proc *p, int flags)
 232 {
 233         struct procdesc *pd;
 234
 235         pd = uma_zalloc(procdesc_zone, M_WAITOK | M_ZERO);
 236         pd->pd_proc = p;
 237         pd->pd_pid = p->p_pid;
 238         p->p_procdesc = pd;
 239         pd->pd_flags = 0;
 240         if (flags & PD_DAEMON)
 241                 pd->pd_flags |= PDF_DAEMON;
 242         PROCDESC_LOCK_INIT(pd);
 243         knlist_init_mtx(&pd->pd_selinfo.si_note, &pd->pd_lock);
 244
 245         /*
 246          * Process descriptors start out with two references: one from their
 247          * struct file, and the other from their struct proc.
 248          */
 249         refcount_init(&pd->pd_refcount, 2);
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Create a new process decriptor for the process that refers to it.
 254  */
 255 int
 256 procdesc_falloc(struct thread *td, struct file **resultfp, int *resultfd,
 257     int flags, struct filecaps *fcaps)
 258 {
 259         int fflags;
 260
 261         fflags = 0;
 262         if (flags & PD_CLOEXEC)
 263                 fflags = O_CLOEXEC;
 264
 265         return (falloc_caps(td, resultfp, resultfd, fflags, fcaps));
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Initialize a file with a process descriptor.
 270  */
 271 void
 272 procdesc_finit(struct procdesc *pdp, struct file *fp)
 273 {
 274
 275         finit(fp, FREAD | FWRITE, DTYPE_PROCDESC, pdp, &procdesc_ops);
 276 }
 277
 278 static void
 279 procdesc_free(struct procdesc *pd)
 280 {
 281
 282         /*
 283          * When the last reference is released, we assert that the descriptor
 284          * has been closed, but not that the process has exited, as we will
 285          * detach the descriptor before the process dies if the descript is
 286          * closed, as we can't wait synchronously.
 287          */
 288         if (refcount_release(&pd->pd_refcount)) {
 289                 KASSERT(pd->pd_proc == NULL,
 290                     ("procdesc_free: pd_proc != NULL"));
 291                 KASSERT((pd->pd_flags & PDF_CLOSED),
 292                     ("procdesc_free: !PDF_CLOSED"));
 293
 294                 knlist_destroy(&pd->pd_selinfo.si_note);
 295                 PROCDESC_LOCK_DESTROY(pd);
 296                 uma_zfree(procdesc_zone, pd);
 297         }
 298 }
 299
 300 /*
 301  * procdesc_exit() - notify a process descriptor that its process is exiting.
 302  * We use the proctree_lock to ensure that process exit either happens
 303  * strictly before or strictly after a concurrent call to procdesc_close().
 304  */
 305 int
 306 procdesc_exit(struct proc *p)
 307 {
 308         struct procdesc *pd;
 309
 310         sx_assert(&proctree_lock, SA_XLOCKED);
 311         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
 312         KASSERT(p->p_procdesc != NULL, ("procdesc_exit: p_procdesc NULL"));
 313
 314         pd = p->p_procdesc;
 315
 316         PROCDESC_LOCK(pd);
 317         KASSERT((pd->pd_flags & PDF_CLOSED) == 0 || p->p_pptr == initproc,
 318             ("procdesc_exit: closed && parent not init"));
 319
 320         pd->pd_flags |= PDF_EXITED;
 321         pd->pd_xstat = KW_EXITCODE(p->p_xexit, p->p_xsig);
 322
 323         /*
 324          * If the process descriptor has been closed, then we have nothing
 325          * to do; return 1 so that init will get SIGCHLD and do the reaping.
 326          * Clean up the procdesc now rather than letting it happen during
 327          * that reap.
 328          */
 329         if (pd->pd_flags & PDF_CLOSED) {
 330                 PROCDESC_UNLOCK(pd);
 331                 pd->pd_proc = NULL;
 332                 p->p_procdesc = NULL;
 333                 procdesc_free(pd);
 334                 return (1);
 335         }
 336         if (pd->pd_flags & PDF_SELECTED) {
 337                 pd->pd_flags &= ~PDF_SELECTED;
 338                 selwakeup(&pd->pd_selinfo);
 339         }
 340         KNOTE_LOCKED(&pd->pd_selinfo.si_note, NOTE_EXIT);
 341         PROCDESC_UNLOCK(pd);
 342         return (0);
 343 }
 344
 345 /*
 346  * When a process descriptor is reaped, perhaps as a result of close() or
 347  * pdwait4(), release the process's reference on the process descriptor.
 348  */
 349 void
 350 procdesc_reap(struct proc *p)
 351 {
 352         struct procdesc *pd;
 353
 354         sx_assert(&proctree_lock, SA_XLOCKED);
 355         KASSERT(p->p_procdesc != NULL, ("procdesc_reap: p_procdesc == NULL"));
 356
 357         pd = p->p_procdesc;
 358         pd->pd_proc = NULL;
 359         p->p_procdesc = NULL;
 360         procdesc_free(pd);
 361 }
 362
 363 /*
 364  * procdesc_close() - last close on a process descriptor.  If the process is
 365  * still running, terminate with SIGKILL (unless PDF_DAEMON is set) and let
 366  * init(8) clean up the mess; if not, we have to clean up the zombie ourselves.
 367  */
 368 static int
 369 procdesc_close(struct file *fp, struct thread *td)
 370 {
 371         struct procdesc *pd;
 372         struct proc *p;
 373
 374         KASSERT(fp->f_type == DTYPE_PROCDESC, ("procdesc_close: !procdesc"));
 375
 376         pd = fp->f_data;
 377         fp->f_ops = &badfileops;
 378         fp->f_data = NULL;
 379
 380         sx_xlock(&proctree_lock);
 381         PROCDESC_LOCK(pd);
 382         pd->pd_flags |= PDF_CLOSED;
 383         PROCDESC_UNLOCK(pd);
 384         p = pd->pd_proc;
 385         if (p == NULL) {
 386                 /*
 387                  * This is the case where process' exit status was already
 388                  * collected and procdesc_reap() was already called.
 389                  */
 390                 sx_xunlock(&proctree_lock);
 391         } else {
 392                 PROC_LOCK(p);
 393                 AUDIT_ARG_PROCESS(p);
 394                 if (p->p_state == PRS_ZOMBIE) {
 395                         /*
 396                          * If the process is already dead and just awaiting
 397                          * reaping, do that now.  This will release the
 398                          * process's reference to the process descriptor when it
 399                          * calls back into procdesc_reap().
 400                          */
 401                         proc_reap(curthread, p, NULL, 0);
 402                 } else {
 403                         /*
 404                          * If the process is not yet dead, we need to kill it,
 405                          * but we can't wait around synchronously for it to go
 406                          * away, as that path leads to madness (and deadlocks).
 407                          * First, detach the process from its descriptor so that
 408                          * its exit status will be reported normally.
 409                          */
 410                         pd->pd_proc = NULL;
 411                         p->p_procdesc = NULL;
 412                         procdesc_free(pd);
 413
 414                         /*
 415                          * Next, reparent it to init(8) so that there's someone
 416                          * to pick up the pieces; finally, terminate with
 417                          * prejudice.
 418                          */
 419                         p->p_sigparent = SIGCHLD;
 420                         proc_reparent(p, initproc);
 421                         if ((pd->pd_flags & PDF_DAEMON) == 0)
 422                                 kern_psignal(p, SIGKILL);
 423                         PROC_UNLOCK(p);
 424                         sx_xunlock(&proctree_lock);
 425                 }
 426         }
 427
 428         /*
 429          * Release the file descriptor's reference on the process descriptor.
 430          */
 431         procdesc_free(pd);
 432         return (0);
 433 }
 434
 435 static int
 436 procdesc_poll(struct file *fp, int events, struct ucred *active_cred,
 437     struct thread *td)
 438 {
 439         struct procdesc *pd;
 440         int revents;
 441
 442         revents = 0;
 443         pd = fp->f_data;
 444         PROCDESC_LOCK(pd);
 445         if (pd->pd_flags & PDF_EXITED)
 446                 revents |= POLLHUP;
 447         if (revents == 0) {
 448                 selrecord(td, &pd->pd_selinfo);
 449                 pd->pd_flags |= PDF_SELECTED;
 450         }
 451         PROCDESC_UNLOCK(pd);
 452         return (revents);
 453 }
 454
 455 static void
 456 procdesc_kqops_detach(struct knote *kn)
 457 {
 458         struct procdesc *pd;
 459
 460         pd = kn->kn_fp->f_data;
 461         knlist_remove(&pd->pd_selinfo.si_note, kn, 0);
 462 }
 463
 464 static int
 465 procdesc_kqops_event(struct knote *kn, long hint)
 466 {
 467         struct procdesc *pd;
 468         u_int event;
 469
 470         pd = kn->kn_fp->f_data;
 471         if (hint == 0) {
 472                 /*
 473                  * Initial test after registration. Generate a NOTE_EXIT in
 474                  * case the process already terminated before registration.
 475                  */
 476                 event = pd->pd_flags & PDF_EXITED ? NOTE_EXIT : 0;
 477         } else {
 478                 /* Mask off extra data. */
 479                 event = (u_int)hint & NOTE_PCTRLMASK;
 480         }
 481
 482         /* If the user is interested in this event, record it. */
 483         if (kn->kn_sfflags & event)
 484                 kn->kn_fflags |= event;
 485
 486         /* Process is gone, so flag the event as finished. */
 487         if (event == NOTE_EXIT) {
 488                 kn->kn_flags |= EV_EOF | EV_ONESHOT;
 489                 if (kn->kn_fflags & NOTE_EXIT)
 490                         kn->kn_data = pd->pd_xstat;
 491                 if (kn->kn_fflags == 0)
 492                         kn->kn_flags |= EV_DROP;
 493                 return (1);
 494         }
 495
 496         return (kn->kn_fflags != 0);
 497 }
 498
 499 static struct filterops procdesc_kqops = {
 500         .f_isfd = 1,
 501         .f_detach = procdesc_kqops_detach,
 502         .f_event = procdesc_kqops_event,
 503 };
 504
 505 static int
 506 procdesc_kqfilter(struct file *fp, struct knote *kn)
 507 {
 508         struct procdesc *pd;
 509
 510         pd = fp->f_data;
 511         switch (kn->kn_filter) {
 512         case EVFILT_PROCDESC:
 513                 kn->kn_fop = &procdesc_kqops;
 514                 kn->kn_flags |= EV_CLEAR;
 515                 knlist_add(&pd->pd_selinfo.si_note, kn, 0);
 516                 return (0);
 517         default:
 518                 return (EINVAL);
 519         }
 520 }
 521
 522 static int
 523 procdesc_stat(struct file *fp, struct stat *sb, struct ucred *active_cred,
 524     struct thread *td)
 525 {
 526         struct procdesc *pd;
 527         struct timeval pstart, boottime;
 528
 529         /*
 530          * XXXRW: Perhaps we should cache some more information from the
 531          * process so that we can return it reliably here even after it has
 532          * died.  For example, caching its credential data.
 533          */
 534         bzero(sb, sizeof(*sb));
 535         pd = fp->f_data;
 536         sx_slock(&proctree_lock);
 537         if (pd->pd_proc != NULL) {
 538                 PROC_LOCK(pd->pd_proc);
 539                 AUDIT_ARG_PROCESS(pd->pd_proc);
 540
 541                 /* Set birth and [acm] times to process start time. */
 542                 pstart = pd->pd_proc->p_stats->p_start;
 543                 getboottime(&boottime);
 544                 timevaladd(&pstart, &boottime);
 545                 TIMEVAL_TO_TIMESPEC(&pstart, &sb->st_birthtim);
 546                 sb->st_atim = sb->st_birthtim;
 547                 sb->st_ctim = sb->st_birthtim;
 548                 sb->st_mtim = sb->st_birthtim;
 549                 if (pd->pd_proc->p_state != PRS_ZOMBIE)
 550                         sb->st_mode = S_IFREG | S_IRWXU;
 551                 else
 552                         sb->st_mode = S_IFREG;
 553                 sb->st_uid = pd->pd_proc->p_ucred->cr_ruid;
 554                 sb->st_gid = pd->pd_proc->p_ucred->cr_rgid;
 555                 PROC_UNLOCK(pd->pd_proc);
 556         } else
 557                 sb->st_mode = S_IFREG;
 558         sx_sunlock(&proctree_lock);
 559         return (0);
 560 }
 561
 562 static int
 563 procdesc_fill_kinfo(struct file *fp, struct kinfo_file *kif,
 564     struct filedesc *fdp)
 565 {
 566         struct procdesc *pdp;
 567
 568         kif->kf_type = KF_TYPE_PROCDESC;
 569         pdp = fp->f_data;
 570         kif->kf_un.kf_proc.kf_pid = pdp->pd_pid;
 571         return (0);
 572 }