kernel/pid.c

   1 /*
   2  * Generic pidhash and scalable, time-bounded PID allocator
   3  *
   4  * (C) 2002-2003 William Irwin, IBM
   5  * (C) 2004 William Irwin, Oracle
   6  * (C) 2002-2004 Ingo Molnar, Red Hat
   7  *
   8  * pid-structures are backing objects for tasks sharing a given ID to chain
   9  * against. There is very little to them aside from hashing them and
  10  * parking tasks using given ID's on a list.
  11  *
  12  * The hash is always changed with the tasklist_lock write-acquired,
  13  * and the hash is only accessed with the tasklist_lock at least
  14  * read-acquired, so there's no additional SMP locking needed here.
  15  *
  16  * We have a list of bitmap pages, which bitmaps represent the PID space.
  17  * Allocating and freeing PIDs is completely lockless. The worst-case
  18  * allocation scenario when all but one out of 1 million PIDs possible are
  19  * allocated already: the scanning of 32 list entries and at most PAGE_SIZE
  20  * bytes. The typical fastpath is a single successful setbit. Freeing is O(1).
  21  *
  22  * Pid namespaces:
  23  *    (C) 2007 Pavel Emelyanov <xemul@openvz.org>, OpenVZ, SWsoft Inc.
  24  *    (C) 2007 Sukadev Bhattiprolu <sukadev@us.ibm.com>, IBM
  25  *     Many thanks to Oleg Nesterov for comments and help
  26  *
  27  */
  28
  29 #include <linux/mm.h>
  30 #include <linux/export.h>
  31 #include <linux/slab.h>
  32 #include <linux/init.h>
  33 #include <linux/rculist.h>
  34 #include <linux/bootmem.h>
  35 #include <linux/hash.h>
  36 #include <linux/pid_namespace.h>
  37 #include <linux/init_task.h>
  38 #include <linux/syscalls.h>
  39 #include <linux/proc_fs.h>
  40
  41 #define pid_hashfn(nr, ns)      \
  42         hash_long((unsigned long)nr + (unsigned long)ns, pidhash_shift)
  43 static struct hlist_head *pid_hash;
  44 static unsigned int pidhash_shift = 4;
  45 struct pid init_struct_pid = INIT_STRUCT_PID;
  46
  47 int pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
  48
  49 #define RESERVED_PIDS           300
  50
  51 int pid_max_min = RESERVED_PIDS + 1;
  52 int pid_max_max = PID_MAX_LIMIT;
  53
  54 #define BITS_PER_PAGE           (PAGE_SIZE*8)
  55 #define BITS_PER_PAGE_MASK      (BITS_PER_PAGE-1)
  56
  57 static inline int mk_pid(struct pid_namespace *pid_ns,
  58                 struct pidmap *map, int off)
  59 {
  60         return (map - pid_ns->pidmap)*BITS_PER_PAGE + off;
  61 }
  62
  63 #define find_next_offset(map, off)                                      \
  64                 find_next_zero_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, off)
  65
  66 /*
  67  * PID-map pages start out as NULL, they get allocated upon
  68  * first use and are never deallocated. This way a low pid_max
  69  * value does not cause lots of bitmaps to be allocated, but
  70  * the scheme scales to up to 4 million PIDs, runtime.
  71  */
  72 struct pid_namespace init_pid_ns = {
  73         .kref = {
  74                 .refcount       = ATOMIC_INIT(2),
  75         },
  76         .pidmap = {
  77                 [ 0 ... PIDMAP_ENTRIES-1] = { ATOMIC_INIT(BITS_PER_PAGE), NULL }
  78         },
  79         .last_pid = 0,
  80         .level = 0,
  81         .child_reaper = &init_task,
  82         .user_ns = &init_user_ns,
  83 };
  84 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_pid_ns);
  85
  86 int is_container_init(struct task_struct *tsk)
  87 {
  88         int ret = 0;
  89         struct pid *pid;
  90
  91         rcu_read_lock();
  92         pid = task_pid(tsk);
  93         if (pid != NULL && pid->numbers[pid->level].nr == 1)
  94                 ret = 1;
  95         rcu_read_unlock();
  96
  97         return ret;
  98 }
  99 EXPORT_SYMBOL(is_container_init);
 100
 101 /*
 102  * Note: disable interrupts while the pidmap_lock is held as an
 103  * interrupt might come in and do read_lock(&tasklist_lock).
 104  *
 105  * If we don't disable interrupts there is a nasty deadlock between
 106  * detach_pid()->free_pid() and another cpu that does
 107  * spin_lock(&pidmap_lock) followed by an interrupt routine that does
 108  * read_lock(&tasklist_lock);
 109  *
 110  * After we clean up the tasklist_lock and know there are no
 111  * irq handlers that take it we can leave the interrupts enabled.
 112  * For now it is easier to be safe than to prove it can't happen.
 113  */
 114
 115 static  __cacheline_aligned_in_smp DEFINE_SPINLOCK(pidmap_lock);
 116
 117 static void free_pidmap(struct upid *upid)
 118 {
 119         int nr = upid->nr;
 120         struct pidmap *map = upid->ns->pidmap + nr / BITS_PER_PAGE;
 121         int offset = nr & BITS_PER_PAGE_MASK;
 122
 123         clear_bit(offset, map->page);
 124         atomic_inc(&map->nr_free);
 125 }
 126
 127 /*
 128  * If we started walking pids at 'base', is 'a' seen before 'b'?
 129  */
 130 static int pid_before(int base, int a, int b)
 131 {
 132         /*
 133          * This is the same as saying
 134          *
 135          * (a - base + MAXUINT) % MAXUINT < (b - base + MAXUINT) % MAXUINT
 136          * and that mapping orders 'a' and 'b' with respect to 'base'.
 137          */
 138         return (unsigned)(a - base) < (unsigned)(b - base);
 139 }
 140
 141 /*
 142  * We might be racing with someone else trying to set pid_ns->last_pid
 143  * at the pid allocation time (there's also a sysctl for this, but racing
 144  * with this one is OK, see comment in kernel/pid_namespace.c about it).
 145  * We want the winner to have the "later" value, because if the
 146  * "earlier" value prevails, then a pid may get reused immediately.
 147  *
 148  * Since pids rollover, it is not sufficient to just pick the bigger
 149  * value.  We have to consider where we started counting from.
 150  *
 151  * 'base' is the value of pid_ns->last_pid that we observed when
 152  * we started looking for a pid.
 153  *
 154  * 'pid' is the pid that we eventually found.
 155  */
 156 static void set_last_pid(struct pid_namespace *pid_ns, int base, int pid)
 157 {
 158         int prev;
 159         int last_write = base;
 160         do {
 161                 prev = last_write;
 162                 last_write = cmpxchg(&pid_ns->last_pid, prev, pid);
 163         } while ((prev != last_write) && (pid_before(base, last_write, pid)));
 164 }
 165
 166 static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
 167 {
 168         int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
 169         struct pidmap *map;
 170
 171         pid = last + 1;
 172         if (pid >= pid_max)
 173                 pid = RESERVED_PIDS;
 174         offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK;
 175         map = &pid_ns->pidmap[pid/BITS_PER_PAGE];
 176         /*
 177          * If last_pid points into the middle of the map->page we
 178          * want to scan this bitmap block twice, the second time
 179          * we start with offset == 0 (or RESERVED_PIDS).
 180          */
 181         max_scan = DIV_ROUND_UP(pid_max, BITS_PER_PAGE) - !offset;
 182         for (i = 0; i <= max_scan; ++i) {
 183                 if (unlikely(!map->page)) {
 184                         void *page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
 185                         /*
 186                          * Free the page if someone raced with us
 187                          * installing it:
 188                          */
 189                         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 190                         if (!map->page) {
 191                                 map->page = page;
 192                                 page = NULL;
 193                         }
 194                         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 195                         kfree(page);
 196                         if (unlikely(!map->page))
 197                                 break;
 198                 }
 199                 if (likely(atomic_read(&map->nr_free))) {
 200                         do {
 201                                 if (!test_and_set_bit(offset, map->page)) {
 202                                         atomic_dec(&map->nr_free);
 203                                         set_last_pid(pid_ns, last, pid);
 204                                         return pid;
 205                                 }
 206                                 offset = find_next_offset(map, offset);
 207                                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
 208                         } while (offset < BITS_PER_PAGE && pid < pid_max);
 209                 }
 210                 if (map < &pid_ns->pidmap[(pid_max-1)/BITS_PER_PAGE]) {
 211                         ++map;
 212                         offset = 0;
 213                 } else {
 214                         map = &pid_ns->pidmap[0];
 215                         offset = RESERVED_PIDS;
 216                         if (unlikely(last == offset))
 217                                 break;
 218                 }
 219                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
 220         }
 221         return -1;
 222 }
 223
 224 int next_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, unsigned int last)
 225 {
 226         int offset;
 227         struct pidmap *map, *end;
 228
 229         if (last >= PID_MAX_LIMIT)
 230                 return -1;
 231
 232         offset = (last + 1) & BITS_PER_PAGE_MASK;
 233         map = &pid_ns->pidmap[(last + 1)/BITS_PER_PAGE];
 234         end = &pid_ns->pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
 235         for (; map < end; map++, offset = 0) {
 236                 if (unlikely(!map->page))
 237                         continue;
 238                 offset = find_next_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, offset);
 239                 if (offset < BITS_PER_PAGE)
 240                         return mk_pid(pid_ns, map, offset);
 241         }
 242         return -1;
 243 }
 244
 245 void put_pid(struct pid *pid)
 246 {
 247         struct pid_namespace *ns;
 248
 249         if (!pid)
 250                 return;
 251
 252         ns = pid->numbers[pid->level].ns;
 253         if ((atomic_read(&pid->count) == 1) ||
 254              atomic_dec_and_test(&pid->count)) {
 255                 kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
 256                 put_pid_ns(ns);
 257         }
 258 }
 259 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_pid);
 260
 261 static void delayed_put_pid(struct rcu_head *rhp)
 262 {
 263         struct pid *pid = container_of(rhp, struct pid, rcu);
 264         put_pid(pid);
 265 }
 266
 267 void free_pid(struct pid *pid)
 268 {
 269         /* We can be called with write_lock_irq(&tasklist_lock) held */
 270         int i;
 271         unsigned long flags;
 272
 273         spin_lock_irqsave(&pidmap_lock, flags);
 274         for (i = 0; i <= pid->level; i++) {
 275                 struct upid *upid = pid->numbers + i;
 276                 struct pid_namespace *ns = upid->ns;
 277                 hlist_del_rcu(&upid->pid_chain);
 278                 switch(--ns->nr_hashed) {
 279                 case 1:
 280                         /* When all that is left in the pid namespace
 281                          * is the reaper wake up the reaper.  The reaper
 282                          * may be sleeping in zap_pid_ns_processes().
 283                          */
 284                         wake_up_process(ns->child_reaper);
 285                         break;
 286                 case 0:
 287                         ns->nr_hashed = -1;
 288                         schedule_work(&ns->proc_work);
 289                         break;
 290                 }
 291         }
 292         spin_unlock_irqrestore(&pidmap_lock, flags);
 293
 294         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
 295                 free_pidmap(pid->numbers + i);
 296
 297         call_rcu(&pid->rcu, delayed_put_pid);
 298 }
 299
 300 struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
 301 {
 302         struct pid *pid;
 303         enum pid_type type;
 304         int i, nr;
 305         struct pid_namespace *tmp;
 306         struct upid *upid;
 307
 308         pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
 309         if (!pid)
 310                 goto out;
 311
 312         tmp = ns;
 313         pid->level = ns->level;
 314         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
 315                 nr = alloc_pidmap(tmp);
 316                 if (nr < 0)
 317                         goto out_free;
 318
 319                 pid->numbers[i].nr = nr;
 320                 pid->numbers[i].ns = tmp;
 321                 tmp = tmp->parent;
 322         }
 323
 324         if (unlikely(is_child_reaper(pid))) {
 325                 if (pid_ns_prepare_proc(ns))
 326                         goto out_free;
 327         }
 328
 329         get_pid_ns(ns);
 330         atomic_set(&pid->count, 1);
 331         for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
 332                 INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
 333
 334         upid = pid->numbers + ns->level;
 335         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
 336         if (ns->nr_hashed < 0)
 337                 goto out_unlock;
 338         for ( ; upid >= pid->numbers; --upid) {
 339                 hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
 340                                 &pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
 341                 upid->ns->nr_hashed++;
 342         }
 343         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
 344
 345 out:
 346         return pid;
 347
 348 out_unlock:
 349         spin_unlock(&pidmap_lock);
 350 out_free:
 351         while (++i <= ns->level)
 352                 free_pidmap(pid->numbers + i);
 353
 354         kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
 355         pid = NULL;
 356         goto out;
 357 }
 358
 359 struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
 360 {
 361         struct hlist_node *elem;
 362         struct upid *pnr;
 363
 364         hlist_for_each_entry_rcu(pnr, elem,
 365                         &pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
 366                 if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
 367                         return container_of(pnr, struct pid,
 368                                         numbers[ns->level]);
 369
 370         return NULL;
 371 }
 372 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_pid_ns);
 373
 374 struct pid *find_vpid(int nr)
 375 {
 376         return find_pid_ns(nr, task_active_pid_ns(current));
 377 }
 378 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_vpid);
 379
 380 /*
 381  * attach_pid() must be called with the tasklist_lock write-held.
 382  */
 383 void attach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 384                 struct pid *pid)
 385 {
 386         struct pid_link *link;
 387
 388         link = &task->pids[type];
 389         link->pid = pid;
 390         hlist_add_head_rcu(&link->node, &pid->tasks[type]);
 391 }
 392
 393 static void __change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 394                         struct pid *new)
 395 {
 396         struct pid_link *link;
 397         struct pid *pid;
 398         int tmp;
 399
 400         link = &task->pids[type];
 401         pid = link->pid;
 402
 403         hlist_del_rcu(&link->node);
 404         link->pid = new;
 405
 406         for (tmp = PIDTYPE_MAX; --tmp >= 0; )
 407                 if (!hlist_empty(&pid->tasks[tmp]))
 408                         return;
 409
 410         free_pid(pid);
 411 }
 412
 413 void detach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 414 {
 415         __change_pid(task, type, NULL);
 416 }
 417
 418 void change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 419                 struct pid *pid)
 420 {
 421         __change_pid(task, type, pid);
 422         attach_pid(task, type, pid);
 423 }
 424
 425 /* transfer_pid is an optimization of attach_pid(new), detach_pid(old) */
 426 void transfer_pid(struct task_struct *old, struct task_struct *new,
 427                            enum pid_type type)
 428 {
 429         new->pids[type].pid = old->pids[type].pid;
 430         hlist_replace_rcu(&old->pids[type].node, &new->pids[type].node);
 431 }
 432
 433 struct task_struct *pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
 434 {
 435         struct task_struct *result = NULL;
 436         if (pid) {
 437                 struct hlist_node *first;
 438                 first = rcu_dereference_check(hlist_first_rcu(&pid->tasks[type]),
 439                                               lockdep_tasklist_lock_is_held());
 440                 if (first)
 441                         result = hlist_entry(first, struct task_struct, pids[(type)].node);
 442         }
 443         return result;
 444 }
 445 EXPORT_SYMBOL(pid_task);
 446
 447 /*
 448  * Must be called under rcu_read_lock().
 449  */
 450 struct task_struct *find_task_by_pid_ns(pid_t nr, struct pid_namespace *ns)
 451 {
 452         rcu_lockdep_assert(rcu_read_lock_held(),
 453                            "find_task_by_pid_ns() needs rcu_read_lock()"
 454                            " protection");
 455         return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), PIDTYPE_PID);
 456 }
 457
 458 struct task_struct *find_task_by_vpid(pid_t vnr)
 459 {
 460         return find_task_by_pid_ns(vnr, task_active_pid_ns(current));
 461 }
 462
 463 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
 464 {
 465         struct pid *pid;
 466         rcu_read_lock();
 467         if (type != PIDTYPE_PID)
 468                 task = task->group_leader;
 469         pid = get_pid(task->pids[type].pid);
 470         rcu_read_unlock();
 471         return pid;
 472 }
 473 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_task_pid);
 474
 475 struct task_struct *get_pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
 476 {
 477         struct task_struct *result;
 478         rcu_read_lock();
 479         result = pid_task(pid, type);
 480         if (result)
 481                 get_task_struct(result);
 482         rcu_read_unlock();
 483         return result;
 484 }
 485 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_pid_task);
 486
 487 struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
 488 {
 489         struct pid *pid;
 490
 491         rcu_read_lock();
 492         pid = get_pid(find_vpid(nr));
 493         rcu_read_unlock();
 494
 495         return pid;
 496 }
 497 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_get_pid);
 498
 499 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns)
 500 {
 501         struct upid *upid;
 502         pid_t nr = 0;
 503
 504         if (pid && ns->level <= pid->level) {
 505                 upid = &pid->numbers[ns->level];
 506                 if (upid->ns == ns)
 507                         nr = upid->nr;
 508         }
 509         return nr;
 510 }
 511 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_nr_ns);
 512
 513 pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
 514 {
 515         return pid_nr_ns(pid, task_active_pid_ns(current));
 516 }
 517 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_vnr);
 518
 519 pid_t __task_pid_nr_ns(struct task_struct *task, enum pid_type type,
 520                         struct pid_namespace *ns)
 521 {
 522         pid_t nr = 0;
 523
 524         rcu_read_lock();
 525         if (!ns)
 526                 ns = task_active_pid_ns(current);
 527         if (likely(pid_alive(task))) {
 528                 if (type != PIDTYPE_PID)
 529                         task = task->group_leader;
 530                 nr = pid_nr_ns(task->pids[type].pid, ns);
 531         }
 532         rcu_read_unlock();
 533
 534         return nr;
 535 }
 536 EXPORT_SYMBOL(__task_pid_nr_ns);
 537
 538 pid_t task_tgid_nr_ns(struct task_struct *tsk, struct pid_namespace *ns)
 539 {
 540         return pid_nr_ns(task_tgid(tsk), ns);
 541 }
 542 EXPORT_SYMBOL(task_tgid_nr_ns);
 543
 544 struct pid_namespace *task_active_pid_ns(struct task_struct *tsk)
 545 {
 546         return ns_of_pid(task_pid(tsk));
 547 }
 548 EXPORT_SYMBOL_GPL(task_active_pid_ns);
 549
 550 /*
 551  * Used by proc to find the first pid that is greater than or equal to nr.
 552  *
 553  * If there is a pid at nr this function is exactly the same as find_pid_ns.
 554  */
 555 struct pid *find_ge_pid(int nr, struct pid_namespace *ns)
 556 {
 557         struct pid *pid;
 558
 559         do {
 560                 pid = find_pid_ns(nr, ns);
 561                 if (pid)
 562                         break;
 563                 nr = next_pidmap(ns, nr);
 564         } while (nr > 0);
 565
 566         return pid;
 567 }
 568
 569 /*
 570  * The pid hash table is scaled according to the amount of memory in the
 571  * machine.  From a minimum of 16 slots up to 4096 slots at one gigabyte or
 572  * more.
 573  */
 574 void __init pidhash_init(void)
 575 {
 576         unsigned int i, pidhash_size;
 577
 578         pid_hash = alloc_large_system_hash("PID", sizeof(*pid_hash), 0, 18,
 579                                            HASH_EARLY | HASH_SMALL,
 580                                            &pidhash_shift, NULL,
 581                                            0, 4096);
 582         pidhash_size = 1U << pidhash_shift;
 583
 584         for (i = 0; i < pidhash_size; i++)
 585                 INIT_HLIST_HEAD(&pid_hash[i]);
 586 }
 587
 588 void __init pidmap_init(void)
 589 {
 590         /* bump default and minimum pid_max based on number of cpus */
 591         pid_max = min(pid_max_max, max_t(int, pid_max,
 592                                 PIDS_PER_CPU_DEFAULT * num_possible_cpus()));
 593         pid_max_min = max_t(int, pid_max_min,
 594                                 PIDS_PER_CPU_MIN * num_possible_cpus());
 595         pr_info("pid_max: default: %u minimum: %u\n", pid_max, pid_max_min);
 596
 597         init_pid_ns.pidmap[0].page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
 598         /* Reserve PID 0. We never call free_pidmap(0) */
 599         set_bit(0, init_pid_ns.pidmap[0].page);
 600         atomic_dec(&init_pid_ns.pidmap[0].nr_free);
 601         init_pid_ns.nr_hashed = 1;
 602
 603         init_pid_ns.pid_cachep = KMEM_CACHE(pid,
 604                         SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC);
 605 }