]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/8.1.git/blob - sys/kern/uipc_shm.c
Copy stable/8 to releng/8.1 in preparation for 8.1-RC1.
[FreeBSD/releng/8.1.git] / sys / kern / uipc_shm.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2006 Robert N. M. Watson
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * Support for shared swap-backed anonymous memory objects via
29  * shm_open(2) and shm_unlink(2).  While most of the implementation is
30  * here, vm_mmap.c contains mapping logic changes.
31  *
32  * TODO:
33  *
34  * (2) Need to export data to a userland tool via a sysctl.  Should ipcs(1)
35  *     and ipcrm(1) be expanded or should new tools to manage both POSIX
36  *     kernel semaphores and POSIX shared memory be written?
37  *
38  * (3) Add support for this file type to fstat(1).
39  *
40  * (4) Resource limits?  Does this need its own resource limits or are the
41  *     existing limits in mmap(2) sufficient?
42  *
43  * (5) Partial page truncation.  vnode_pager_setsize() will zero any parts
44  *     of a partially mapped page as a result of ftruncate(2)/truncate(2).
45  *     We can do the same (with the same pmap evil), but do we need to
46  *     worry about the bits on disk if the page is swapped out or will the
47  *     swapper zero the parts of a page that are invalid if the page is
48  *     swapped back in for us?
49  *
50  * (6) Add MAC support in mac_biba(4) and mac_mls(4).
51  *
52  * (7) Add a MAC check_create() hook for creating new named objects.
53  */
54
55 #include <sys/cdefs.h>
56 __FBSDID("$FreeBSD$");
57
58 #include <sys/param.h>
59 #include <sys/fcntl.h>
60 #include <sys/file.h>
61 #include <sys/filedesc.h>
62 #include <sys/fnv_hash.h>
63 #include <sys/kernel.h>
64 #include <sys/lock.h>
65 #include <sys/malloc.h>
66 #include <sys/mman.h>
67 #include <sys/mutex.h>
68 #include <sys/proc.h>
69 #include <sys/refcount.h>
70 #include <sys/resourcevar.h>
71 #include <sys/stat.h>
72 #include <sys/sysctl.h>
73 #include <sys/sysproto.h>
74 #include <sys/systm.h>
75 #include <sys/sx.h>
76 #include <sys/time.h>
77 #include <sys/vnode.h>
78
79 #include <security/mac/mac_framework.h>
80
81 #include <vm/vm.h>
82 #include <vm/vm_param.h>
83 #include <vm/pmap.h>
84 #include <vm/vm_map.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pager.h>
88 #include <vm/swap_pager.h>
89
90 struct shm_mapping {
91         char            *sm_path;
92         Fnv32_t         sm_fnv;
93         struct shmfd    *sm_shmfd;
94         LIST_ENTRY(shm_mapping) sm_link;
95 };
96
97 static MALLOC_DEFINE(M_SHMFD, "shmfd", "shared memory file descriptor");
98 static LIST_HEAD(, shm_mapping) *shm_dictionary;
99 static struct sx shm_dict_lock;
100 static struct mtx shm_timestamp_lock;
101 static u_long shm_hash;
102
103 #define SHM_HASH(fnv)   (&shm_dictionary[(fnv) & shm_hash])
104
105 static int      shm_access(struct shmfd *shmfd, struct ucred *ucred, int flags);
106 static struct shmfd *shm_alloc(struct ucred *ucred, mode_t mode);
107 static void     shm_dict_init(void *arg);
108 static void     shm_drop(struct shmfd *shmfd);
109 static struct shmfd *shm_hold(struct shmfd *shmfd);
110 static void     shm_insert(char *path, Fnv32_t fnv, struct shmfd *shmfd);
111 static struct shmfd *shm_lookup(char *path, Fnv32_t fnv);
112 static int      shm_remove(char *path, Fnv32_t fnv, struct ucred *ucred);
113 static int      shm_dotruncate(struct shmfd *shmfd, off_t length);
114
115 static fo_rdwr_t        shm_read;
116 static fo_rdwr_t        shm_write;
117 static fo_truncate_t    shm_truncate;
118 static fo_ioctl_t       shm_ioctl;
119 static fo_poll_t        shm_poll;
120 static fo_kqfilter_t    shm_kqfilter;
121 static fo_stat_t        shm_stat;
122 static fo_close_t       shm_close;
123
124 /* File descriptor operations. */
125 static struct fileops shm_ops = {
126         .fo_read = shm_read,
127         .fo_write = shm_write,
128         .fo_truncate = shm_truncate,
129         .fo_ioctl = shm_ioctl,
130         .fo_poll = shm_poll,
131         .fo_kqfilter = shm_kqfilter,
132         .fo_stat = shm_stat,
133         .fo_close = shm_close,
134         .fo_flags = DFLAG_PASSABLE
135 };
136
137 FEATURE(posix_shm, "POSIX shared memory");
138
139 static int
140 shm_read(struct file *fp, struct uio *uio, struct ucred *active_cred,
141     int flags, struct thread *td)
142 {
143
144         return (EOPNOTSUPP);
145 }
146
147 static int
148 shm_write(struct file *fp, struct uio *uio, struct ucred *active_cred,
149     int flags, struct thread *td)
150 {
151
152         return (EOPNOTSUPP);
153 }
154
155 static int
156 shm_truncate(struct file *fp, off_t length, struct ucred *active_cred,
157     struct thread *td)
158 {
159         struct shmfd *shmfd;
160 #ifdef MAC
161         int error;
162 #endif
163
164         shmfd = fp->f_data;
165 #ifdef MAC
166         error = mac_posixshm_check_truncate(active_cred, fp->f_cred, shmfd);
167         if (error)
168                 return (error);
169 #endif
170         return (shm_dotruncate(shmfd, length));
171 }
172
173 static int
174 shm_ioctl(struct file *fp, u_long com, void *data,
175     struct ucred *active_cred, struct thread *td)
176 {
177
178         return (EOPNOTSUPP);
179 }
180
181 static int
182 shm_poll(struct file *fp, int events, struct ucred *active_cred,
183     struct thread *td)
184 {
185
186         return (EOPNOTSUPP);
187 }
188
189 static int
190 shm_kqfilter(struct file *fp, struct knote *kn)
191 {
192
193         return (EOPNOTSUPP);
194 }
195
196 static int
197 shm_stat(struct file *fp, struct stat *sb, struct ucred *active_cred,
198     struct thread *td)
199 {
200         struct shmfd *shmfd;
201 #ifdef MAC
202         int error;
203 #endif
204
205         shmfd = fp->f_data;
206
207 #ifdef MAC
208         error = mac_posixshm_check_stat(active_cred, fp->f_cred, shmfd);
209         if (error)
210                 return (error);
211 #endif
212         
213         /*
214          * Attempt to return sanish values for fstat() on a memory file
215          * descriptor.
216          */
217         bzero(sb, sizeof(*sb));
218         sb->st_mode = S_IFREG | shmfd->shm_mode;                /* XXX */
219         sb->st_blksize = PAGE_SIZE;
220         sb->st_size = shmfd->shm_size;
221         sb->st_blocks = (sb->st_size + sb->st_blksize - 1) / sb->st_blksize;
222         sb->st_atimespec = shmfd->shm_atime;
223         sb->st_ctimespec = shmfd->shm_ctime;
224         sb->st_mtimespec = shmfd->shm_mtime;
225         sb->st_birthtimespec = shmfd->shm_birthtime;    
226         sb->st_uid = shmfd->shm_uid;
227         sb->st_gid = shmfd->shm_gid;
228
229         return (0);
230 }
231
232 static int
233 shm_close(struct file *fp, struct thread *td)
234 {
235         struct shmfd *shmfd;
236
237         shmfd = fp->f_data;
238         fp->f_data = NULL;
239         shm_drop(shmfd);
240
241         return (0);
242 }
243
244 static int
245 shm_dotruncate(struct shmfd *shmfd, off_t length)
246 {
247         vm_object_t object;
248         vm_page_t m;
249         vm_pindex_t nobjsize;
250         vm_ooffset_t delta;
251
252         object = shmfd->shm_object;
253         VM_OBJECT_LOCK(object);
254         if (length == shmfd->shm_size) {
255                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
256                 return (0);
257         }
258         nobjsize = OFF_TO_IDX(length + PAGE_MASK);
259
260         /* Are we shrinking?  If so, trim the end. */
261         if (length < shmfd->shm_size) {
262                 delta = ptoa(object->size - nobjsize);
263
264                 /* Toss in memory pages. */
265                 if (nobjsize < object->size)
266                         vm_object_page_remove(object, nobjsize, object->size,
267                             FALSE);
268
269                 /* Toss pages from swap. */
270                 if (object->type == OBJT_SWAP)
271                         swap_pager_freespace(object, nobjsize, delta);
272
273                 /* Free the swap accounted for shm */
274                 swap_release_by_uid(delta, object->uip);
275                 object->charge -= delta;
276
277                 /*
278                  * If the last page is partially mapped, then zero out
279                  * the garbage at the end of the page.  See comments
280                  * in vnode_pager_setsize() for more details.
281                  *
282                  * XXXJHB: This handles in memory pages, but what about
283                  * a page swapped out to disk?
284                  */
285                 if ((length & PAGE_MASK) &&
286                     (m = vm_page_lookup(object, OFF_TO_IDX(length))) != NULL &&
287                     m->valid != 0) {
288                         int base = (int)length & PAGE_MASK;
289                         int size = PAGE_SIZE - base;
290
291                         pmap_zero_page_area(m, base, size);
292
293                         /*
294                          * Update the valid bits to reflect the blocks that
295                          * have been zeroed.  Some of these valid bits may
296                          * have already been set.
297                          */
298                         vm_page_set_valid(m, base, size);
299
300                         /*
301                          * Round "base" to the next block boundary so that the
302                          * dirty bit for a partially zeroed block is not
303                          * cleared.
304                          */
305                         base = roundup2(base, DEV_BSIZE);
306
307                         vm_page_lock_queues();
308                         vm_page_clear_dirty(m, base, PAGE_SIZE - base);
309                         vm_page_unlock_queues();
310                 } else if ((length & PAGE_MASK) &&
311                     __predict_false(object->cache != NULL)) {
312                         vm_page_cache_free(object, OFF_TO_IDX(length),
313                             nobjsize);
314                 }
315         } else {
316
317                 /* Attempt to reserve the swap */
318                 delta = ptoa(nobjsize - object->size);
319                 if (!swap_reserve_by_uid(delta, object->uip)) {
320                         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
321                         return (ENOMEM);
322                 }
323                 object->charge += delta;
324         }
325         shmfd->shm_size = length;
326         mtx_lock(&shm_timestamp_lock);
327         vfs_timestamp(&shmfd->shm_ctime);
328         shmfd->shm_mtime = shmfd->shm_ctime;
329         mtx_unlock(&shm_timestamp_lock);
330         object->size = nobjsize;
331         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
332         return (0);
333 }
334
335 /*
336  * shmfd object management including creation and reference counting
337  * routines.
338  */
339 static struct shmfd *
340 shm_alloc(struct ucred *ucred, mode_t mode)
341 {
342         struct shmfd *shmfd;
343
344         shmfd = malloc(sizeof(*shmfd), M_SHMFD, M_WAITOK | M_ZERO);
345         shmfd->shm_size = 0;
346         shmfd->shm_uid = ucred->cr_uid;
347         shmfd->shm_gid = ucred->cr_gid;
348         shmfd->shm_mode = mode;
349         shmfd->shm_object = vm_pager_allocate(OBJT_DEFAULT, NULL,
350             shmfd->shm_size, VM_PROT_DEFAULT, 0, ucred);
351         KASSERT(shmfd->shm_object != NULL, ("shm_create: vm_pager_allocate"));
352         VM_OBJECT_LOCK(shmfd->shm_object);
353         vm_object_clear_flag(shmfd->shm_object, OBJ_ONEMAPPING);
354         vm_object_set_flag(shmfd->shm_object, OBJ_NOSPLIT);
355         VM_OBJECT_UNLOCK(shmfd->shm_object);
356         vfs_timestamp(&shmfd->shm_birthtime);
357         shmfd->shm_atime = shmfd->shm_mtime = shmfd->shm_ctime =
358             shmfd->shm_birthtime;
359         refcount_init(&shmfd->shm_refs, 1);
360 #ifdef MAC
361         mac_posixshm_init(shmfd);
362         mac_posixshm_create(ucred, shmfd);
363 #endif
364
365         return (shmfd);
366 }
367
368 static struct shmfd *
369 shm_hold(struct shmfd *shmfd)
370 {
371
372         refcount_acquire(&shmfd->shm_refs);
373         return (shmfd);
374 }
375
376 static void
377 shm_drop(struct shmfd *shmfd)
378 {
379
380         if (refcount_release(&shmfd->shm_refs)) {
381 #ifdef MAC
382                 mac_posixshm_destroy(shmfd);
383 #endif
384                 vm_object_deallocate(shmfd->shm_object);
385                 free(shmfd, M_SHMFD);
386         }
387 }
388
389 /*
390  * Determine if the credentials have sufficient permissions for a
391  * specified combination of FREAD and FWRITE.
392  */
393 static int
394 shm_access(struct shmfd *shmfd, struct ucred *ucred, int flags)
395 {
396         accmode_t accmode;
397
398         accmode = 0;
399         if (flags & FREAD)
400                 accmode |= VREAD;
401         if (flags & FWRITE)
402                 accmode |= VWRITE;
403         return (vaccess(VREG, shmfd->shm_mode, shmfd->shm_uid, shmfd->shm_gid,
404             accmode, ucred, NULL));
405 }
406
407 /*
408  * Dictionary management.  We maintain an in-kernel dictionary to map
409  * paths to shmfd objects.  We use the FNV hash on the path to store
410  * the mappings in a hash table.
411  */
412 static void
413 shm_dict_init(void *arg)
414 {
415
416         mtx_init(&shm_timestamp_lock, "shm timestamps", NULL, MTX_DEF);
417         sx_init(&shm_dict_lock, "shm dictionary");
418         shm_dictionary = hashinit(1024, M_SHMFD, &shm_hash);
419 }
420 SYSINIT(shm_dict_init, SI_SUB_SYSV_SHM, SI_ORDER_ANY, shm_dict_init, NULL);
421
422 static struct shmfd *
423 shm_lookup(char *path, Fnv32_t fnv)
424 {
425         struct shm_mapping *map;
426
427         LIST_FOREACH(map, SHM_HASH(fnv), sm_link) {
428                 if (map->sm_fnv != fnv)
429                         continue;
430                 if (strcmp(map->sm_path, path) == 0)
431                         return (map->sm_shmfd);
432         }
433
434         return (NULL);
435 }
436
437 static void
438 shm_insert(char *path, Fnv32_t fnv, struct shmfd *shmfd)
439 {
440         struct shm_mapping *map;
441
442         map = malloc(sizeof(struct shm_mapping), M_SHMFD, M_WAITOK);
443         map->sm_path = path;
444         map->sm_fnv = fnv;
445         map->sm_shmfd = shm_hold(shmfd);
446         LIST_INSERT_HEAD(SHM_HASH(fnv), map, sm_link);
447 }
448
449 static int
450 shm_remove(char *path, Fnv32_t fnv, struct ucred *ucred)
451 {
452         struct shm_mapping *map;
453         int error;
454
455         LIST_FOREACH(map, SHM_HASH(fnv), sm_link) {
456                 if (map->sm_fnv != fnv)
457                         continue;
458                 if (strcmp(map->sm_path, path) == 0) {
459 #ifdef MAC
460                         error = mac_posixshm_check_unlink(ucred, map->sm_shmfd);
461                         if (error)
462                                 return (error);
463 #endif
464                         error = shm_access(map->sm_shmfd, ucred,
465                             FREAD | FWRITE);
466                         if (error)
467                                 return (error);
468                         LIST_REMOVE(map, sm_link);
469                         shm_drop(map->sm_shmfd);
470                         free(map->sm_path, M_SHMFD);
471                         free(map, M_SHMFD);
472                         return (0);
473                 }
474         }
475
476         return (ENOENT);
477 }
478
479 /* System calls. */
480 int
481 shm_open(struct thread *td, struct shm_open_args *uap)
482 {
483         struct filedesc *fdp;
484         struct shmfd *shmfd;
485         struct file *fp;
486         char *path;
487         Fnv32_t fnv;
488         mode_t cmode;
489         int fd, error;
490
491         if ((uap->flags & O_ACCMODE) != O_RDONLY &&
492             (uap->flags & O_ACCMODE) != O_RDWR)
493                 return (EINVAL);
494
495         if ((uap->flags & ~(O_ACCMODE | O_CREAT | O_EXCL | O_TRUNC)) != 0)
496                 return (EINVAL);
497
498         fdp = td->td_proc->p_fd;
499         cmode = (uap->mode & ~fdp->fd_cmask) & ACCESSPERMS;
500
501         error = falloc(td, &fp, &fd);
502         if (error)
503                 return (error);
504
505         /* A SHM_ANON path pointer creates an anonymous object. */
506         if (uap->path == SHM_ANON) {
507                 /* A read-only anonymous object is pointless. */
508                 if ((uap->flags & O_ACCMODE) == O_RDONLY) {
509                         fdclose(fdp, fp, fd, td);
510                         fdrop(fp, td);
511                         return (EINVAL);
512                 }
513                 shmfd = shm_alloc(td->td_ucred, cmode);
514         } else {
515                 path = malloc(MAXPATHLEN, M_SHMFD, M_WAITOK);
516                 error = copyinstr(uap->path, path, MAXPATHLEN, NULL);
517
518                 /* Require paths to start with a '/' character. */
519                 if (error == 0 && path[0] != '/')
520                         error = EINVAL;
521                 if (error) {
522                         fdclose(fdp, fp, fd, td);
523                         fdrop(fp, td);
524                         free(path, M_SHMFD);
525                         return (error);
526                 }
527
528                 fnv = fnv_32_str(path, FNV1_32_INIT);
529                 sx_xlock(&shm_dict_lock);
530                 shmfd = shm_lookup(path, fnv);
531                 if (shmfd == NULL) {
532                         /* Object does not yet exist, create it if requested. */
533                         if (uap->flags & O_CREAT) {
534                                 shmfd = shm_alloc(td->td_ucred, cmode);
535                                 shm_insert(path, fnv, shmfd);
536                         } else {
537                                 free(path, M_SHMFD);
538                                 error = ENOENT;
539                         }
540                 } else {
541                         /*
542                          * Object already exists, obtain a new
543                          * reference if requested and permitted.
544                          */
545                         free(path, M_SHMFD);
546                         if ((uap->flags & (O_CREAT | O_EXCL)) ==
547                             (O_CREAT | O_EXCL))
548                                 error = EEXIST;
549                         else {
550 #ifdef MAC
551                                 error = mac_posixshm_check_open(td->td_ucred,
552                                     shmfd);
553                                 if (error == 0)
554 #endif
555                                 error = shm_access(shmfd, td->td_ucred,
556                                     FFLAGS(uap->flags & O_ACCMODE));
557                         }
558
559                         /*
560                          * Truncate the file back to zero length if
561                          * O_TRUNC was specified and the object was
562                          * opened with read/write.
563                          */
564                         if (error == 0 &&
565                             (uap->flags & (O_ACCMODE | O_TRUNC)) ==
566                             (O_RDWR | O_TRUNC)) {
567 #ifdef MAC
568                                 error = mac_posixshm_check_truncate(
569                                         td->td_ucred, fp->f_cred, shmfd);
570                                 if (error == 0)
571 #endif
572                                         shm_dotruncate(shmfd, 0);
573                         }
574                         if (error == 0)
575                                 shm_hold(shmfd);
576                 }
577                 sx_xunlock(&shm_dict_lock);
578
579                 if (error) {
580                         fdclose(fdp, fp, fd, td);
581                         fdrop(fp, td);
582                         return (error);
583                 }
584         }
585
586         finit(fp, FFLAGS(uap->flags & O_ACCMODE), DTYPE_SHM, shmfd, &shm_ops);
587
588         FILEDESC_XLOCK(fdp);
589         if (fdp->fd_ofiles[fd] == fp)
590                 fdp->fd_ofileflags[fd] |= UF_EXCLOSE;
591         FILEDESC_XUNLOCK(fdp);
592         td->td_retval[0] = fd;
593         fdrop(fp, td);
594
595         return (0);
596 }
597
598 int
599 shm_unlink(struct thread *td, struct shm_unlink_args *uap)
600 {
601         char *path;
602         Fnv32_t fnv;
603         int error;
604
605         path = malloc(MAXPATHLEN, M_TEMP, M_WAITOK);
606         error = copyinstr(uap->path, path, MAXPATHLEN, NULL);
607         if (error) {
608                 free(path, M_TEMP);
609                 return (error);
610         }
611
612         fnv = fnv_32_str(path, FNV1_32_INIT);
613         sx_xlock(&shm_dict_lock);
614         error = shm_remove(path, fnv, td->td_ucred);
615         sx_xunlock(&shm_dict_lock);
616         free(path, M_TEMP);
617
618         return (error);
619 }
620
621 /*
622  * mmap() helper to validate mmap() requests against shm object state
623  * and give mmap() the vm_object to use for the mapping.
624  */
625 int
626 shm_mmap(struct shmfd *shmfd, vm_size_t objsize, vm_ooffset_t foff,
627     vm_object_t *obj)
628 {
629
630         /*
631          * XXXRW: This validation is probably insufficient, and subject to
632          * sign errors.  It should be fixed.
633          */
634         if (foff >= shmfd->shm_size ||
635             foff + objsize > round_page(shmfd->shm_size))
636                 return (EINVAL);
637
638         mtx_lock(&shm_timestamp_lock);
639         vfs_timestamp(&shmfd->shm_atime);
640         mtx_unlock(&shm_timestamp_lock);
641         vm_object_reference(shmfd->shm_object);
642         *obj = shmfd->shm_object;
643         return (0);
644 }