fs/aio.c

   1 /*
   2  *      An async IO implementation for Linux
   3  *      Written by Benjamin LaHaise <[email protected]>
   4  *
   5  *      Implements an efficient asynchronous io interface.
   6  *
   7  *      Copyright 2000, 2001, 2002 Red Hat, Inc.  All Rights Reserved.
   8  *
   9  *      See ../COPYING for licensing terms.
  10  */
  11 #define pr_fmt(fmt) "%s: " fmt, __func__
  12
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/errno.h>
  16 #include <linux/time.h>
  17 #include <linux/aio_abi.h>
  18 #include <linux/export.h>
  19 #include <linux/syscalls.h>
  20 #include <linux/backing-dev.h>
  21 #include <linux/uio.h>
  22
  23 #include <linux/sched/signal.h>
  24 #include <linux/fs.h>
  25 #include <linux/file.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/mman.h>
  28 #include <linux/mmu_context.h>
  29 #include <linux/percpu.h>
  30 #include <linux/slab.h>
  31 #include <linux/timer.h>
  32 #include <linux/aio.h>
  33 #include <linux/highmem.h>
  34 #include <linux/workqueue.h>
  35 #include <linux/security.h>
  36 #include <linux/eventfd.h>
  37 #include <linux/blkdev.h>
  38 #include <linux/compat.h>
  39 #include <linux/migrate.h>
  40 #include <linux/ramfs.h>
  41 #include <linux/percpu-refcount.h>
  42 #include <linux/mount.h>
  43
  44 #include <asm/kmap_types.h>
  45 #include <linux/uaccess.h>
  46
  47 #include "internal.h"
  48
  49 #define AIO_RING_MAGIC                  0xa10a10a1
  50 #define AIO_RING_COMPAT_FEATURES        1
  51 #define AIO_RING_INCOMPAT_FEATURES      0
  52 struct aio_ring {
  53         unsigned        id;     /* kernel internal index number */
  54         unsigned        nr;     /* number of io_events */
  55         unsigned        head;   /* Written to by userland or under ring_lock
  56                                  * mutex by aio_read_events_ring(). */
  57         unsigned        tail;
  58
  59         unsigned        magic;
  60         unsigned        compat_features;
  61         unsigned        incompat_features;
  62         unsigned        header_length;  /* size of aio_ring */
  63
  64
  65         struct io_event         io_events[0];
  66 }; /* 128 bytes + ring size */
  67
  68 #define AIO_RING_PAGES  8
  69
  70 struct kioctx_table {
  71         struct rcu_head         rcu;
  72         unsigned                nr;
  73         struct kioctx __rcu     *table[];
  74 };
  75
  76 struct kioctx_cpu {
  77         unsigned                reqs_available;
  78 };
  79
  80 struct ctx_rq_wait {
  81         struct completion comp;
  82         atomic_t count;
  83 };
  84
  85 struct kioctx {
  86         struct percpu_ref       users;
  87         atomic_t                dead;
  88
  89         struct percpu_ref       reqs;
  90
  91         unsigned long           user_id;
  92
  93         struct __percpu kioctx_cpu *cpu;
  94
  95         /*
  96          * For percpu reqs_available, number of slots we move to/from global
  97          * counter at a time:
  98          */
  99         unsigned                req_batch;
 100         /*
 101          * This is what userspace passed to io_setup(), it's not used for
 102          * anything but counting against the global max_reqs quota.
 103          *
 104          * The real limit is nr_events - 1, which will be larger (see
 105          * aio_setup_ring())
 106          */
 107         unsigned                max_reqs;
 108
 109         /* Size of ringbuffer, in units of struct io_event */
 110         unsigned                nr_events;
 111
 112         unsigned long           mmap_base;
 113         unsigned long           mmap_size;
 114
 115         struct page             **ring_pages;
 116         long                    nr_pages;
 117
 118         struct rcu_head         free_rcu;
 119         struct work_struct      free_work;      /* see free_ioctx() */
 120
 121         /*
 122          * signals when all in-flight requests are done
 123          */
 124         struct ctx_rq_wait      *rq_wait;
 125
 126         struct {
 127                 /*
 128                  * This counts the number of available slots in the ringbuffer,
 129                  * so we avoid overflowing it: it's decremented (if positive)
 130                  * when allocating a kiocb and incremented when the resulting
 131                  * io_event is pulled off the ringbuffer.
 132                  *
 133                  * We batch accesses to it with a percpu version.
 134                  */
 135                 atomic_t        reqs_available;
 136         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 137
 138         struct {
 139                 spinlock_t      ctx_lock;
 140                 struct list_head active_reqs;   /* used for cancellation */
 141         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 142
 143         struct {
 144                 struct mutex    ring_lock;
 145                 wait_queue_head_t wait;
 146         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 147
 148         struct {
 149                 unsigned        tail;
 150                 unsigned        completed_events;
 151                 spinlock_t      completion_lock;
 152         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 153
 154         struct page             *internal_pages[AIO_RING_PAGES];
 155         struct file             *aio_ring_file;
 156
 157         unsigned                id;
 158 };
 159
 160 /*
 161  * We use ki_cancel == KIOCB_CANCELLED to indicate that a kiocb has been either
 162  * cancelled or completed (this makes a certain amount of sense because
 163  * successful cancellation - io_cancel() - does deliver the completion to
 164  * userspace).
 165  *
 166  * And since most things don't implement kiocb cancellation and we'd really like
 167  * kiocb completion to be lockless when possible, we use ki_cancel to
 168  * synchronize cancellation and completion - we only set it to KIOCB_CANCELLED
 169  * with xchg() or cmpxchg(), see batch_complete_aio() and kiocb_cancel().
 170  */
 171 #define KIOCB_CANCELLED         ((void *) (~0ULL))
 172
 173 struct aio_kiocb {
 174         struct kiocb            common;
 175
 176         struct kioctx           *ki_ctx;
 177         kiocb_cancel_fn         *ki_cancel;
 178
 179         struct iocb __user      *ki_user_iocb;  /* user's aiocb */
 180         __u64                   ki_user_data;   /* user's data for completion */
 181
 182         struct list_head        ki_list;        /* the aio core uses this
 183                                                  * for cancellation */
 184
 185         /*
 186          * If the aio_resfd field of the userspace iocb is not zero,
 187          * this is the underlying eventfd context to deliver events to.
 188          */
 189         struct eventfd_ctx      *ki_eventfd;
 190 };
 191
 192 /*------ sysctl variables----*/
 193 static DEFINE_SPINLOCK(aio_nr_lock);
 194 unsigned long aio_nr;           /* current system wide number of aio requests */
 195 unsigned long aio_max_nr = 0x10000; /* system wide maximum number of aio requests */
 196 /*----end sysctl variables---*/
 197
 198 static struct kmem_cache        *kiocb_cachep;
 199 static struct kmem_cache        *kioctx_cachep;
 200
 201 static struct vfsmount *aio_mnt;
 202
 203 static const struct file_operations aio_ring_fops;
 204 static const struct address_space_operations aio_ctx_aops;
 205
 206 static struct file *aio_private_file(struct kioctx *ctx, loff_t nr_pages)
 207 {
 208         struct qstr this = QSTR_INIT("[aio]", 5);
 209         struct file *file;
 210         struct path path;
 211         struct inode *inode = alloc_anon_inode(aio_mnt->mnt_sb);
 212         if (IS_ERR(inode))
 213                 return ERR_CAST(inode);
 214
 215         inode->i_mapping->a_ops = &aio_ctx_aops;
 216         inode->i_mapping->private_data = ctx;
 217         inode->i_size = PAGE_SIZE * nr_pages;
 218
 219         path.dentry = d_alloc_pseudo(aio_mnt->mnt_sb, &this);
 220         if (!path.dentry) {
 221                 iput(inode);
 222                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 223         }
 224         path.mnt = mntget(aio_mnt);
 225
 226         d_instantiate(path.dentry, inode);
 227         file = alloc_file(&path, FMODE_READ | FMODE_WRITE, &aio_ring_fops);
 228         if (IS_ERR(file)) {
 229                 path_put(&path);
 230                 return file;
 231         }
 232
 233         file->f_flags = O_RDWR;
 234         return file;
 235 }
 236
 237 static struct dentry *aio_mount(struct file_system_type *fs_type,
 238                                 int flags, const char *dev_name, void *data)
 239 {
 240         static const struct dentry_operations ops = {
 241                 .d_dname        = simple_dname,
 242         };
 243         struct dentry *root = mount_pseudo(fs_type, "aio:", NULL, &ops,
 244                                            AIO_RING_MAGIC);
 245
 246         if (!IS_ERR(root))
 247                 root->d_sb->s_iflags |= SB_I_NOEXEC;
 248         return root;
 249 }
 250
 251 /* aio_setup
 252  *      Creates the slab caches used by the aio routines, panic on
 253  *      failure as this is done early during the boot sequence.
 254  */
 255 static int __init aio_setup(void)
 256 {
 257         static struct file_system_type aio_fs = {
 258                 .name           = "aio",
 259                 .mount          = aio_mount,
 260                 .kill_sb        = kill_anon_super,
 261         };
 262         aio_mnt = kern_mount(&aio_fs);
 263         if (IS_ERR(aio_mnt))
 264                 panic("Failed to create aio fs mount.");
 265
 266         kiocb_cachep = KMEM_CACHE(aio_kiocb, SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC);
 267         kioctx_cachep = KMEM_CACHE(kioctx,SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC);
 268
 269         pr_debug("sizeof(struct page) = %zu\n", sizeof(struct page));
 270
 271         return 0;
 272 }
 273 __initcall(aio_setup);
 274
 275 static void put_aio_ring_file(struct kioctx *ctx)
 276 {
 277         struct file *aio_ring_file = ctx->aio_ring_file;
 278         struct address_space *i_mapping;
 279
 280         if (aio_ring_file) {
 281                 truncate_setsize(file_inode(aio_ring_file), 0);
 282
 283                 /* Prevent further access to the kioctx from migratepages */
 284                 i_mapping = aio_ring_file->f_mapping;
 285                 spin_lock(&i_mapping->private_lock);
 286                 i_mapping->private_data = NULL;
 287                 ctx->aio_ring_file = NULL;
 288                 spin_unlock(&i_mapping->private_lock);
 289
 290                 fput(aio_ring_file);
 291         }
 292 }
 293
 294 static void aio_free_ring(struct kioctx *ctx)
 295 {
 296         int i;
 297
 298         /* Disconnect the kiotx from the ring file.  This prevents future
 299          * accesses to the kioctx from page migration.
 300          */
 301         put_aio_ring_file(ctx);
 302
 303         for (i = 0; i < ctx->nr_pages; i++) {
 304                 struct page *page;
 305                 pr_debug("pid(%d) [%d] page->count=%d\n", current->pid, i,
 306                                 page_count(ctx->ring_pages[i]));
 307                 page = ctx->ring_pages[i];
 308                 if (!page)
 309                         continue;
 310                 ctx->ring_pages[i] = NULL;
 311                 put_page(page);
 312         }
 313
 314         if (ctx->ring_pages && ctx->ring_pages != ctx->internal_pages) {
 315                 kfree(ctx->ring_pages);
 316                 ctx->ring_pages = NULL;
 317         }
 318 }
 319
 320 static int aio_ring_mremap(struct vm_area_struct *vma)
 321 {
 322         struct file *file = vma->vm_file;
 323         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 324         struct kioctx_table *table;
 325         int i, res = -EINVAL;
 326
 327         spin_lock(&mm->ioctx_lock);
 328         rcu_read_lock();
 329         table = rcu_dereference(mm->ioctx_table);
 330         for (i = 0; i < table->nr; i++) {
 331                 struct kioctx *ctx;
 332
 333                 ctx = rcu_dereference(table->table[i]);
 334                 if (ctx && ctx->aio_ring_file == file) {
 335                         if (!atomic_read(&ctx->dead)) {
 336                                 ctx->user_id = ctx->mmap_base = vma->vm_start;
 337                                 res = 0;
 338                         }
 339                         break;
 340                 }
 341         }
 342
 343         rcu_read_unlock();
 344         spin_unlock(&mm->ioctx_lock);
 345         return res;
 346 }
 347
 348 static const struct vm_operations_struct aio_ring_vm_ops = {
 349         .mremap         = aio_ring_mremap,
 350 #if IS_ENABLED(CONFIG_MMU)
 351         .fault          = filemap_fault,
 352         .map_pages      = filemap_map_pages,
 353         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
 354 #endif
 355 };
 356
 357 static int aio_ring_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
 358 {
 359         vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND;
 360         vma->vm_ops = &aio_ring_vm_ops;
 361         return 0;
 362 }
 363
 364 static const struct file_operations aio_ring_fops = {
 365         .mmap = aio_ring_mmap,
 366 };
 367
 368 #if IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION)
 369 static int aio_migratepage(struct address_space *mapping, struct page *new,
 370                         struct page *old, enum migrate_mode mode)
 371 {
 372         struct kioctx *ctx;
 373         unsigned long flags;
 374         pgoff_t idx;
 375         int rc;
 376
 377         /*
 378          * We cannot support the _NO_COPY case here, because copy needs to
 379          * happen under the ctx->completion_lock. That does not work with the
 380          * migration workflow of MIGRATE_SYNC_NO_COPY.
 381          */
 382         if (mode == MIGRATE_SYNC_NO_COPY)
 383                 return -EINVAL;
 384
 385         rc = 0;
 386
 387         /* mapping->private_lock here protects against the kioctx teardown.  */
 388         spin_lock(&mapping->private_lock);
 389         ctx = mapping->private_data;
 390         if (!ctx) {
 391                 rc = -EINVAL;
 392                 goto out;
 393         }
 394
 395         /* The ring_lock mutex.  The prevents aio_read_events() from writing
 396          * to the ring's head, and prevents page migration from mucking in
 397          * a partially initialized kiotx.
 398          */
 399         if (!mutex_trylock(&ctx->ring_lock)) {
 400                 rc = -EAGAIN;
 401                 goto out;
 402         }
 403
 404         idx = old->index;
 405         if (idx < (pgoff_t)ctx->nr_pages) {
 406                 /* Make sure the old page hasn't already been changed */
 407                 if (ctx->ring_pages[idx] != old)
 408                         rc = -EAGAIN;
 409         } else
 410                 rc = -EINVAL;
 411
 412         if (rc != 0)
 413                 goto out_unlock;
 414
 415         /* Writeback must be complete */
 416         BUG_ON(PageWriteback(old));
 417         get_page(new);
 418
 419         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, new, old, NULL, mode, 1);
 420         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
 421                 put_page(new);
 422                 goto out_unlock;
 423         }
 424
 425         /* Take completion_lock to prevent other writes to the ring buffer
 426          * while the old page is copied to the new.  This prevents new
 427          * events from being lost.
 428          */
 429         spin_lock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags);
 430         migrate_page_copy(new, old);
 431         BUG_ON(ctx->ring_pages[idx] != old);
 432         ctx->ring_pages[idx] = new;
 433         spin_unlock_irqrestore(&ctx->completion_lock, flags);
 434
 435         /* The old page is no longer accessible. */
 436         put_page(old);
 437
 438 out_unlock:
 439         mutex_unlock(&ctx->ring_lock);
 440 out:
 441         spin_unlock(&mapping->private_lock);
 442         return rc;
 443 }
 444 #endif
 445
 446 static const struct address_space_operations aio_ctx_aops = {
 447         .set_page_dirty = __set_page_dirty_no_writeback,
 448 #if IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION)
 449         .migratepage    = aio_migratepage,
 450 #endif
 451 };
 452
 453 static int aio_setup_ring(struct kioctx *ctx, unsigned int nr_events)
 454 {
 455         struct aio_ring *ring;
 456         struct mm_struct *mm = current->mm;
 457         unsigned long size, unused;
 458         int nr_pages;
 459         int i;
 460         struct file *file;
 461
 462         /* Compensate for the ring buffer's head/tail overlap entry */
 463         nr_events += 2; /* 1 is required, 2 for good luck */
 464
 465         size = sizeof(struct aio_ring);
 466         size += sizeof(struct io_event) * nr_events;
 467
 468         nr_pages = PFN_UP(size);
 469         if (nr_pages < 0)
 470                 return -EINVAL;
 471
 472         file = aio_private_file(ctx, nr_pages);
 473         if (IS_ERR(file)) {
 474                 ctx->aio_ring_file = NULL;
 475                 return -ENOMEM;
 476         }
 477
 478         ctx->aio_ring_file = file;
 479         nr_events = (PAGE_SIZE * nr_pages - sizeof(struct aio_ring))
 480                         / sizeof(struct io_event);
 481
 482         ctx->ring_pages = ctx->internal_pages;
 483         if (nr_pages > AIO_RING_PAGES) {
 484                 ctx->ring_pages = kcalloc(nr_pages, sizeof(struct page *),
 485                                           GFP_KERNEL);
 486                 if (!ctx->ring_pages) {
 487                         put_aio_ring_file(ctx);
 488                         return -ENOMEM;
 489                 }
 490         }
 491
 492         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
 493                 struct page *page;
 494                 page = find_or_create_page(file->f_mapping,
 495                                            i, GFP_HIGHUSER | __GFP_ZERO);
 496                 if (!page)
 497                         break;
 498                 pr_debug("pid(%d) page[%d]->count=%d\n",
 499                          current->pid, i, page_count(page));
 500                 SetPageUptodate(page);
 501                 unlock_page(page);
 502
 503                 ctx->ring_pages[i] = page;
 504         }
 505         ctx->nr_pages = i;
 506
 507         if (unlikely(i != nr_pages)) {
 508                 aio_free_ring(ctx);
 509                 return -ENOMEM;
 510         }
 511
 512         ctx->mmap_size = nr_pages * PAGE_SIZE;
 513         pr_debug("attempting mmap of %lu bytes\n", ctx->mmap_size);
 514
 515         if (down_write_killable(&mm->mmap_sem)) {
 516                 ctx->mmap_size = 0;
 517                 aio_free_ring(ctx);
 518                 return -EINTR;
 519         }
 520
 521         ctx->mmap_base = do_mmap_pgoff(ctx->aio_ring_file, 0, ctx->mmap_size,
 522                                        PROT_READ | PROT_WRITE,
 523                                        MAP_SHARED, 0, &unused, NULL);
 524         up_write(&mm->mmap_sem);
 525         if (IS_ERR((void *)ctx->mmap_base)) {
 526                 ctx->mmap_size = 0;
 527                 aio_free_ring(ctx);
 528                 return -ENOMEM;
 529         }
 530
 531         pr_debug("mmap address: 0x%08lx\n", ctx->mmap_base);
 532
 533         ctx->user_id = ctx->mmap_base;
 534         ctx->nr_events = nr_events; /* trusted copy */
 535
 536         ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
 537         ring->nr = nr_events;   /* user copy */
 538         ring->id = ~0U;
 539         ring->head = ring->tail = 0;
 540         ring->magic = AIO_RING_MAGIC;
 541         ring->compat_features = AIO_RING_COMPAT_FEATURES;
 542         ring->incompat_features = AIO_RING_INCOMPAT_FEATURES;
 543         ring->header_length = sizeof(struct aio_ring);
 544         kunmap_atomic(ring);
 545         flush_dcache_page(ctx->ring_pages[0]);
 546
 547         return 0;
 548 }
 549
 550 #define AIO_EVENTS_PER_PAGE     (PAGE_SIZE / sizeof(struct io_event))
 551 #define AIO_EVENTS_FIRST_PAGE   ((PAGE_SIZE - sizeof(struct aio_ring)) / sizeof(struct io_event))
 552 #define AIO_EVENTS_OFFSET       (AIO_EVENTS_PER_PAGE - AIO_EVENTS_FIRST_PAGE)
 553
 554 void kiocb_set_cancel_fn(struct kiocb *iocb, kiocb_cancel_fn *cancel)
 555 {
 556         struct aio_kiocb *req = container_of(iocb, struct aio_kiocb, common);
 557         struct kioctx *ctx = req->ki_ctx;
 558         unsigned long flags;
 559
 560         spin_lock_irqsave(&ctx->ctx_lock, flags);
 561
 562         if (!req->ki_list.next)
 563                 list_add(&req->ki_list, &ctx->active_reqs);
 564
 565         req->ki_cancel = cancel;
 566
 567         spin_unlock_irqrestore(&ctx->ctx_lock, flags);
 568 }
 569 EXPORT_SYMBOL(kiocb_set_cancel_fn);
 570
 571 static int kiocb_cancel(struct aio_kiocb *kiocb)
 572 {
 573         kiocb_cancel_fn *old, *cancel;
 574
 575         /*
 576          * Don't want to set kiocb->ki_cancel = KIOCB_CANCELLED unless it
 577          * actually has a cancel function, hence the cmpxchg()
 578          */
 579
 580         cancel = READ_ONCE(kiocb->ki_cancel);
 581         do {
 582                 if (!cancel || cancel == KIOCB_CANCELLED)
 583                         return -EINVAL;
 584
 585                 old = cancel;
 586                 cancel = cmpxchg(&kiocb->ki_cancel, old, KIOCB_CANCELLED);
 587         } while (cancel != old);
 588
 589         return cancel(&kiocb->common);
 590 }
 591
 592 /*
 593  * free_ioctx() should be RCU delayed to synchronize against the RCU
 594  * protected lookup_ioctx() and also needs process context to call
 595  * aio_free_ring(), so the double bouncing through kioctx->free_rcu and
 596  * ->free_work.
 597  */
 598 static void free_ioctx(struct work_struct *work)
 599 {
 600         struct kioctx *ctx = container_of(work, struct kioctx, free_work);
 601
 602         pr_debug("freeing %p\n", ctx);
 603
 604         aio_free_ring(ctx);
 605         free_percpu(ctx->cpu);
 606         percpu_ref_exit(&ctx->reqs);
 607         percpu_ref_exit(&ctx->users);
 608         kmem_cache_free(kioctx_cachep, ctx);
 609 }
 610
 611 static void free_ioctx_rcufn(struct rcu_head *head)
 612 {
 613         struct kioctx *ctx = container_of(head, struct kioctx, free_rcu);
 614
 615         INIT_WORK(&ctx->free_work, free_ioctx);
 616         schedule_work(&ctx->free_work);
 617 }
 618
 619 static void free_ioctx_reqs(struct percpu_ref *ref)
 620 {
 621         struct kioctx *ctx = container_of(ref, struct kioctx, reqs);
 622
 623         /* At this point we know that there are no any in-flight requests */
 624         if (ctx->rq_wait && atomic_dec_and_test(&ctx->rq_wait->count))
 625                 complete(&ctx->rq_wait->comp);
 626
 627         /* Synchronize against RCU protected table->table[] dereferences */
 628         call_rcu(&ctx->free_rcu, free_ioctx_rcufn);
 629 }
 630
 631 /*
 632  * When this function runs, the kioctx has been removed from the "hash table"
 633  * and ctx->users has dropped to 0, so we know no more kiocbs can be submitted -
 634  * now it's safe to cancel any that need to be.
 635  */
 636 static void free_ioctx_users(struct percpu_ref *ref)
 637 {
 638         struct kioctx *ctx = container_of(ref, struct kioctx, users);
 639         struct aio_kiocb *req;
 640
 641         spin_lock_irq(&ctx->ctx_lock);
 642
 643         while (!list_empty(&ctx->active_reqs)) {
 644                 req = list_first_entry(&ctx->active_reqs,
 645                                        struct aio_kiocb, ki_list);
 646
 647                 list_del_init(&req->ki_list);
 648                 kiocb_cancel(req);
 649         }
 650
 651         spin_unlock_irq(&ctx->ctx_lock);
 652
 653         percpu_ref_kill(&ctx->reqs);
 654         percpu_ref_put(&ctx->reqs);
 655 }
 656
 657 static int ioctx_add_table(struct kioctx *ctx, struct mm_struct *mm)
 658 {
 659         unsigned i, new_nr;
 660         struct kioctx_table *table, *old;
 661         struct aio_ring *ring;
 662
 663         spin_lock(&mm->ioctx_lock);
 664         table = rcu_dereference_raw(mm->ioctx_table);
 665
 666         while (1) {
 667                 if (table)
 668                         for (i = 0; i < table->nr; i++)
 669                                 if (!rcu_access_pointer(table->table[i])) {
 670                                         ctx->id = i;
 671                                         rcu_assign_pointer(table->table[i], ctx);
 672                                         spin_unlock(&mm->ioctx_lock);
 673
 674                                         /* While kioctx setup is in progress,
 675                                          * we are protected from page migration
 676                                          * changes ring_pages by ->ring_lock.
 677                                          */
 678                                         ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
 679                                         ring->id = ctx->id;
 680                                         kunmap_atomic(ring);
 681                                         return 0;
 682                                 }
 683
 684                 new_nr = (table ? table->nr : 1) * 4;
 685                 spin_unlock(&mm->ioctx_lock);
 686
 687                 table = kzalloc(sizeof(*table) + sizeof(struct kioctx *) *
 688                                 new_nr, GFP_KERNEL);
 689                 if (!table)
 690                         return -ENOMEM;
 691
 692                 table->nr = new_nr;
 693
 694                 spin_lock(&mm->ioctx_lock);
 695                 old = rcu_dereference_raw(mm->ioctx_table);
 696
 697                 if (!old) {
 698                         rcu_assign_pointer(mm->ioctx_table, table);
 699                 } else if (table->nr > old->nr) {
 700                         memcpy(table->table, old->table,
 701                                old->nr * sizeof(struct kioctx *));
 702
 703                         rcu_assign_pointer(mm->ioctx_table, table);
 704                         kfree_rcu(old, rcu);
 705                 } else {
 706                         kfree(table);
 707                         table = old;
 708                 }
 709         }
 710 }
 711
 712 static void aio_nr_sub(unsigned nr)
 713 {
 714         spin_lock(&aio_nr_lock);
 715         if (WARN_ON(aio_nr - nr > aio_nr))
 716                 aio_nr = 0;
 717         else
 718                 aio_nr -= nr;
 719         spin_unlock(&aio_nr_lock);
 720 }
 721
 722 /* ioctx_alloc
 723  *      Allocates and initializes an ioctx.  Returns an ERR_PTR if it failed.
 724  */
 725 static struct kioctx *ioctx_alloc(unsigned nr_events)
 726 {
 727         struct mm_struct *mm = current->mm;
 728         struct kioctx *ctx;
 729         int err = -ENOMEM;
 730
 731         /*
 732          * Store the original nr_events -- what userspace passed to io_setup(),
 733          * for counting against the global limit -- before it changes.
 734          */
 735         unsigned int max_reqs = nr_events;
 736
 737         /*
 738          * We keep track of the number of available ringbuffer slots, to prevent
 739          * overflow (reqs_available), and we also use percpu counters for this.
 740          *
 741          * So since up to half the slots might be on other cpu's percpu counters
 742          * and unavailable, double nr_events so userspace sees what they
 743          * expected: additionally, we move req_batch slots to/from percpu
 744          * counters at a time, so make sure that isn't 0:
 745          */
 746         nr_events = max(nr_events, num_possible_cpus() * 4);
 747         nr_events *= 2;
 748
 749         /* Prevent overflows */
 750         if (nr_events > (0x10000000U / sizeof(struct io_event))) {
 751                 pr_debug("ENOMEM: nr_events too high\n");
 752                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 753         }
 754
 755         if (!nr_events || (unsigned long)max_reqs > aio_max_nr)
 756                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
 757
 758         ctx = kmem_cache_zalloc(kioctx_cachep, GFP_KERNEL);
 759         if (!ctx)
 760                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 761
 762         ctx->max_reqs = max_reqs;
 763
 764         spin_lock_init(&ctx->ctx_lock);
 765         spin_lock_init(&ctx->completion_lock);
 766         mutex_init(&ctx->ring_lock);
 767         /* Protect against page migration throughout kiotx setup by keeping
 768          * the ring_lock mutex held until setup is complete. */
 769         mutex_lock(&ctx->ring_lock);
 770         init_waitqueue_head(&ctx->wait);
 771
 772         INIT_LIST_HEAD(&ctx->active_reqs);
 773
 774         if (percpu_ref_init(&ctx->users, free_ioctx_users, 0, GFP_KERNEL))
 775                 goto err;
 776
 777         if (percpu_ref_init(&ctx->reqs, free_ioctx_reqs, 0, GFP_KERNEL))
 778                 goto err;
 779
 780         ctx->cpu = alloc_percpu(struct kioctx_cpu);
 781         if (!ctx->cpu)
 782                 goto err;
 783
 784         err = aio_setup_ring(ctx, nr_events);
 785         if (err < 0)
 786                 goto err;
 787
 788         atomic_set(&ctx->reqs_available, ctx->nr_events - 1);
 789         ctx->req_batch = (ctx->nr_events - 1) / (num_possible_cpus() * 4);
 790         if (ctx->req_batch < 1)
 791                 ctx->req_batch = 1;
 792
 793         /* limit the number of system wide aios */
 794         spin_lock(&aio_nr_lock);
 795         if (aio_nr + ctx->max_reqs > aio_max_nr ||
 796             aio_nr + ctx->max_reqs < aio_nr) {
 797                 spin_unlock(&aio_nr_lock);
 798                 err = -EAGAIN;
 799                 goto err_ctx;
 800         }
 801         aio_nr += ctx->max_reqs;
 802         spin_unlock(&aio_nr_lock);
 803
 804         percpu_ref_get(&ctx->users);    /* io_setup() will drop this ref */
 805         percpu_ref_get(&ctx->reqs);     /* free_ioctx_users() will drop this */
 806
 807         err = ioctx_add_table(ctx, mm);
 808         if (err)
 809                 goto err_cleanup;
 810
 811         /* Release the ring_lock mutex now that all setup is complete. */
 812         mutex_unlock(&ctx->ring_lock);
 813
 814         pr_debug("allocated ioctx %p[%ld]: mm=%p mask=0x%x\n",
 815                  ctx, ctx->user_id, mm, ctx->nr_events);
 816         return ctx;
 817
 818 err_cleanup:
 819         aio_nr_sub(ctx->max_reqs);
 820 err_ctx:
 821         atomic_set(&ctx->dead, 1);
 822         if (ctx->mmap_size)
 823                 vm_munmap(ctx->mmap_base, ctx->mmap_size);
 824         aio_free_ring(ctx);
 825 err:
 826         mutex_unlock(&ctx->ring_lock);
 827         free_percpu(ctx->cpu);
 828         percpu_ref_exit(&ctx->reqs);
 829         percpu_ref_exit(&ctx->users);
 830         kmem_cache_free(kioctx_cachep, ctx);
 831         pr_debug("error allocating ioctx %d\n", err);
 832         return ERR_PTR(err);
 833 }
 834
 835 /* kill_ioctx
 836  *      Cancels all outstanding aio requests on an aio context.  Used
 837  *      when the processes owning a context have all exited to encourage
 838  *      the rapid destruction of the kioctx.
 839  */
 840 static int kill_ioctx(struct mm_struct *mm, struct kioctx *ctx,
 841                       struct ctx_rq_wait *wait)
 842 {
 843         struct kioctx_table *table;
 844
 845         spin_lock(&mm->ioctx_lock);
 846         if (atomic_xchg(&ctx->dead, 1)) {
 847                 spin_unlock(&mm->ioctx_lock);
 848                 return -EINVAL;
 849         }
 850
 851         table = rcu_dereference_raw(mm->ioctx_table);
 852         WARN_ON(ctx != rcu_access_pointer(table->table[ctx->id]));
 853         RCU_INIT_POINTER(table->table[ctx->id], NULL);
 854         spin_unlock(&mm->ioctx_lock);
 855
 856         /* free_ioctx_reqs() will do the necessary RCU synchronization */
 857         wake_up_all(&ctx->wait);
 858
 859         /*
 860          * It'd be more correct to do this in free_ioctx(), after all
 861          * the outstanding kiocbs have finished - but by then io_destroy
 862          * has already returned, so io_setup() could potentially return
 863          * -EAGAIN with no ioctxs actually in use (as far as userspace
 864          *  could tell).
 865          */
 866         aio_nr_sub(ctx->max_reqs);
 867
 868         if (ctx->mmap_size)
 869                 vm_munmap(ctx->mmap_base, ctx->mmap_size);
 870
 871         ctx->rq_wait = wait;
 872         percpu_ref_kill(&ctx->users);
 873         return 0;
 874 }
 875
 876 /*
 877  * exit_aio: called when the last user of mm goes away.  At this point, there is
 878  * no way for any new requests to be submited or any of the io_* syscalls to be
 879  * called on the context.
 880  *
 881  * There may be outstanding kiocbs, but free_ioctx() will explicitly wait on
 882  * them.
 883  */
 884 void exit_aio(struct mm_struct *mm)
 885 {
 886         struct kioctx_table *table = rcu_dereference_raw(mm->ioctx_table);
 887         struct ctx_rq_wait wait;
 888         int i, skipped;
 889
 890         if (!table)
 891                 return;
 892
 893         atomic_set(&wait.count, table->nr);
 894         init_completion(&wait.comp);
 895
 896         skipped = 0;
 897         for (i = 0; i < table->nr; ++i) {
 898                 struct kioctx *ctx =
 899                         rcu_dereference_protected(table->table[i], true);
 900
 901                 if (!ctx) {
 902                         skipped++;
 903                         continue;
 904                 }
 905
 906                 /*
 907                  * We don't need to bother with munmap() here - exit_mmap(mm)
 908                  * is coming and it'll unmap everything. And we simply can't,
 909                  * this is not necessarily our ->mm.
 910                  * Since kill_ioctx() uses non-zero ->mmap_size as indicator
 911                  * that it needs to unmap the area, just set it to 0.
 912                  */
 913                 ctx->mmap_size = 0;
 914                 kill_ioctx(mm, ctx, &wait);
 915         }
 916
 917         if (!atomic_sub_and_test(skipped, &wait.count)) {
 918                 /* Wait until all IO for the context are done. */
 919                 wait_for_completion(&wait.comp);
 920         }
 921
 922         RCU_INIT_POINTER(mm->ioctx_table, NULL);
 923         kfree(table);
 924 }
 925
 926 static void put_reqs_available(struct kioctx *ctx, unsigned nr)
 927 {
 928         struct kioctx_cpu *kcpu;
 929         unsigned long flags;
 930
 931         local_irq_save(flags);
 932         kcpu = this_cpu_ptr(ctx->cpu);
 933         kcpu->reqs_available += nr;
 934
 935         while (kcpu->reqs_available >= ctx->req_batch * 2) {
 936                 kcpu->reqs_available -= ctx->req_batch;
 937                 atomic_add(ctx->req_batch, &ctx->reqs_available);
 938         }
 939
 940         local_irq_restore(flags);
 941 }
 942
 943 static bool get_reqs_available(struct kioctx *ctx)
 944 {
 945         struct kioctx_cpu *kcpu;
 946         bool ret = false;
 947         unsigned long flags;
 948
 949         local_irq_save(flags);
 950         kcpu = this_cpu_ptr(ctx->cpu);
 951         if (!kcpu->reqs_available) {
 952                 int old, avail = atomic_read(&ctx->reqs_available);
 953
 954                 do {
 955                         if (avail < ctx->req_batch)
 956                                 goto out;
 957
 958                         old = avail;
 959                         avail = atomic_cmpxchg(&ctx->reqs_available,
 960                                                avail, avail - ctx->req_batch);
 961                 } while (avail != old);
 962
 963                 kcpu->reqs_available += ctx->req_batch;
 964         }
 965
 966         ret = true;
 967         kcpu->reqs_available--;
 968 out:
 969         local_irq_restore(flags);
 970         return ret;
 971 }
 972
 973 /* refill_reqs_available
 974  *      Updates the reqs_available reference counts used for tracking the
 975  *      number of free slots in the completion ring.  This can be called
 976  *      from aio_complete() (to optimistically update reqs_available) or
 977  *      from aio_get_req() (the we're out of events case).  It must be
 978  *      called holding ctx->completion_lock.
 979  */
 980 static void refill_reqs_available(struct kioctx *ctx, unsigned head,
 981                                   unsigned tail)
 982 {
 983         unsigned events_in_ring, completed;
 984
 985         /* Clamp head since userland can write to it. */
 986         head %= ctx->nr_events;
 987         if (head <= tail)
 988                 events_in_ring = tail - head;
 989         else
 990                 events_in_ring = ctx->nr_events - (head - tail);
 991
 992         completed = ctx->completed_events;
 993         if (events_in_ring < completed)
 994                 completed -= events_in_ring;
 995         else
 996                 completed = 0;
 997
 998         if (!completed)
 999                 return;
1000
1001         ctx->completed_events -= completed;
1002         put_reqs_available(ctx, completed);
1003 }
1004
1005 /* user_refill_reqs_available
1006  *      Called to refill reqs_available when aio_get_req() encounters an
1007  *      out of space in the completion ring.
1008  */
1009 static void user_refill_reqs_available(struct kioctx *ctx)
1010 {
1011         spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
1012         if (ctx->completed_events) {
1013                 struct aio_ring *ring;
1014                 unsigned head;
1015
1016                 /* Access of ring->head may race with aio_read_events_ring()
1017                  * here, but that's okay since whether we read the old version
1018                  * or the new version, and either will be valid.  The important
1019                  * part is that head cannot pass tail since we prevent
1020                  * aio_complete() from updating tail by holding
1021                  * ctx->completion_lock.  Even if head is invalid, the check
1022                  * against ctx->completed_events below will make sure we do the
1023                  * safe/right thing.
1024                  */
1025                 ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
1026                 head = ring->head;
1027                 kunmap_atomic(ring);
1028
1029                 refill_reqs_available(ctx, head, ctx->tail);
1030         }
1031
1032         spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
1033 }
1034
1035 /* aio_get_req
1036  *      Allocate a slot for an aio request.
1037  * Returns NULL if no requests are free.
1038  */
1039 static inline struct aio_kiocb *aio_get_req(struct kioctx *ctx)
1040 {
1041         struct aio_kiocb *req;
1042
1043         if (!get_reqs_available(ctx)) {
1044                 user_refill_reqs_available(ctx);
1045                 if (!get_reqs_available(ctx))
1046                         return NULL;
1047         }
1048
1049         req = kmem_cache_alloc(kiocb_cachep, GFP_KERNEL|__GFP_ZERO);
1050         if (unlikely(!req))
1051                 goto out_put;
1052
1053         percpu_ref_get(&ctx->reqs);
1054
1055         req->ki_ctx = ctx;
1056         return req;
1057 out_put:
1058         put_reqs_available(ctx, 1);
1059         return NULL;
1060 }
1061
1062 static void kiocb_free(struct aio_kiocb *req)
1063 {
1064         if (req->common.ki_filp)
1065                 fput(req->common.ki_filp);
1066         if (req->ki_eventfd != NULL)
1067                 eventfd_ctx_put(req->ki_eventfd);
1068         kmem_cache_free(kiocb_cachep, req);
1069 }
1070
1071 static struct kioctx *lookup_ioctx(unsigned long ctx_id)
1072 {
1073         struct aio_ring __user *ring  = (void __user *)ctx_id;
1074         struct mm_struct *mm = current->mm;
1075         struct kioctx *ctx, *ret = NULL;
1076         struct kioctx_table *table;
1077         unsigned id;
1078
1079         if (get_user(id, &ring->id))
1080                 return NULL;
1081
1082         rcu_read_lock();
1083         table = rcu_dereference(mm->ioctx_table);
1084
1085         if (!table || id >= table->nr)
1086                 goto out;
1087
1088         ctx = rcu_dereference(table->table[id]);
1089         if (ctx && ctx->user_id == ctx_id) {
1090                 percpu_ref_get(&ctx->users);
1091                 ret = ctx;
1092         }
1093 out:
1094         rcu_read_unlock();
1095         return ret;
1096 }
1097
1098 /* aio_complete
1099  *      Called when the io request on the given iocb is complete.
1100  */
1101 static void aio_complete(struct kiocb *kiocb, long res, long res2)
1102 {
1103         struct aio_kiocb *iocb = container_of(kiocb, struct aio_kiocb, common);
1104         struct kioctx   *ctx = iocb->ki_ctx;
1105         struct aio_ring *ring;
1106         struct io_event *ev_page, *event;
1107         unsigned tail, pos, head;
1108         unsigned long   flags;
1109
1110         if (kiocb->ki_flags & IOCB_WRITE) {
1111                 struct file *file = kiocb->ki_filp;
1112
1113                 /*
1114                  * Tell lockdep we inherited freeze protection from submission
1115                  * thread.
1116                  */
1117                 if (S_ISREG(file_inode(file)->i_mode))
1118                         __sb_writers_acquired(file_inode(file)->i_sb, SB_FREEZE_WRITE);
1119                 file_end_write(file);
1120         }
1121
1122         /*
1123          * Special case handling for sync iocbs:
1124          *  - events go directly into the iocb for fast handling
1125          *  - the sync task with the iocb in its stack holds the single iocb
1126          *    ref, no other paths have a way to get another ref
1127          *  - the sync task helpfully left a reference to itself in the iocb
1128          */
1129         BUG_ON(is_sync_kiocb(kiocb));
1130
1131         if (iocb->ki_list.next) {
1132                 unsigned long flags;
1133
1134                 spin_lock_irqsave(&ctx->ctx_lock, flags);
1135                 list_del(&iocb->ki_list);
1136                 spin_unlock_irqrestore(&ctx->ctx_lock, flags);
1137         }
1138
1139         /*
1140          * Add a completion event to the ring buffer. Must be done holding
1141          * ctx->completion_lock to prevent other code from messing with the tail
1142          * pointer since we might be called from irq context.
1143          */
1144         spin_lock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags);
1145
1146         tail = ctx->tail;
1147         pos = tail + AIO_EVENTS_OFFSET;
1148
1149         if (++tail >= ctx->nr_events)
1150                 tail = 0;
1151
1152         ev_page = kmap_atomic(ctx->ring_pages[pos / AIO_EVENTS_PER_PAGE]);
1153         event = ev_page + pos % AIO_EVENTS_PER_PAGE;
1154
1155         event->obj = (u64)(unsigned long)iocb->ki_user_iocb;
1156         event->data = iocb->ki_user_data;
1157         event->res = res;
1158         event->res2 = res2;
1159
1160         kunmap_atomic(ev_page);
1161         flush_dcache_page(ctx->ring_pages[pos / AIO_EVENTS_PER_PAGE]);
1162
1163         pr_debug("%p[%u]: %p: %p %Lx %lx %lx\n",
1164                  ctx, tail, iocb, iocb->ki_user_iocb, iocb->ki_user_data,
1165                  res, res2);
1166
1167         /* after flagging the request as done, we
1168          * must never even look at it again
1169          */
1170         smp_wmb();      /* make event visible before updating tail */
1171
1172         ctx->tail = tail;
1173
1174         ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
1175         head = ring->head;
1176         ring->tail = tail;
1177         kunmap_atomic(ring);
1178         flush_dcache_page(ctx->ring_pages[0]);
1179
1180         ctx->completed_events++;
1181         if (ctx->completed_events > 1)
1182                 refill_reqs_available(ctx, head, tail);
1183         spin_unlock_irqrestore(&ctx->completion_lock, flags);
1184
1185         pr_debug("added to ring %p at [%u]\n", iocb, tail);
1186
1187         /*
1188          * Check if the user asked us to deliver the result through an
1189          * eventfd. The eventfd_signal() function is safe to be called
1190          * from IRQ context.
1191          */
1192         if (iocb->ki_eventfd != NULL)
1193                 eventfd_signal(iocb->ki_eventfd, 1);
1194
1195         /* everything turned out well, dispose of the aiocb. */
1196         kiocb_free(iocb);
1197
1198         /*
1199          * We have to order our ring_info tail store above and test
1200          * of the wait list below outside the wait lock.  This is
1201          * like in wake_up_bit() where clearing a bit has to be
1202          * ordered with the unlocked test.
1203          */
1204         smp_mb();
1205
1206         if (waitqueue_active(&ctx->wait))
1207                 wake_up(&ctx->wait);
1208
1209         percpu_ref_put(&ctx->reqs);
1210 }
1211
1212 /* aio_read_events_ring
1213  *      Pull an event off of the ioctx's event ring.  Returns the number of
1214  *      events fetched
1215  */
1216 static long aio_read_events_ring(struct kioctx *ctx,
1217                                  struct io_event __user *event, long nr)
1218 {
1219         struct aio_ring *ring;
1220         unsigned head, tail, pos;
1221         long ret = 0;
1222         int copy_ret;
1223
1224         /*
1225          * The mutex can block and wake us up and that will cause
1226          * wait_event_interruptible_hrtimeout() to schedule without sleeping
1227          * and repeat. This should be rare enough that it doesn't cause
1228          * peformance issues. See the comment in read_events() for more detail.
1229          */
1230         sched_annotate_sleep();
1231         mutex_lock(&ctx->ring_lock);
1232
1233         /* Access to ->ring_pages here is protected by ctx->ring_lock. */
1234         ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
1235         head = ring->head;
1236         tail = ring->tail;
1237         kunmap_atomic(ring);
1238
1239         /*
1240          * Ensure that once we've read the current tail pointer, that
1241          * we also see the events that were stored up to the tail.
1242          */
1243         smp_rmb();
1244
1245         pr_debug("h%u t%u m%u\n", head, tail, ctx->nr_events);
1246
1247         if (head == tail)
1248                 goto out;
1249
1250         head %= ctx->nr_events;
1251         tail %= ctx->nr_events;
1252
1253         while (ret < nr) {
1254                 long avail;
1255                 struct io_event *ev;
1256                 struct page *page;
1257
1258                 avail = (head <= tail ?  tail : ctx->nr_events) - head;
1259                 if (head == tail)
1260                         break;
1261
1262                 avail = min(avail, nr - ret);
1263                 avail = min_t(long, avail, AIO_EVENTS_PER_PAGE -
1264                             ((head + AIO_EVENTS_OFFSET) % AIO_EVENTS_PER_PAGE));
1265
1266                 pos = head + AIO_EVENTS_OFFSET;
1267                 page = ctx->ring_pages[pos / AIO_EVENTS_PER_PAGE];
1268                 pos %= AIO_EVENTS_PER_PAGE;
1269
1270                 ev = kmap(page);
1271                 copy_ret = copy_to_user(event + ret, ev + pos,
1272                                         sizeof(*ev) * avail);
1273                 kunmap(page);
1274
1275                 if (unlikely(copy_ret)) {
1276                         ret = -EFAULT;
1277                         goto out;
1278                 }
1279
1280                 ret += avail;
1281                 head += avail;
1282                 head %= ctx->nr_events;
1283         }
1284
1285         ring = kmap_atomic(ctx->ring_pages[0]);
1286         ring->head = head;
1287         kunmap_atomic(ring);
1288         flush_dcache_page(ctx->ring_pages[0]);
1289
1290         pr_debug("%li  h%u t%u\n", ret, head, tail);
1291 out:
1292         mutex_unlock(&ctx->ring_lock);
1293
1294         return ret;
1295 }
1296
1297 static bool aio_read_events(struct kioctx *ctx, long min_nr, long nr,
1298                             struct io_event __user *event, long *i)
1299 {
1300         long ret = aio_read_events_ring(ctx, event + *i, nr - *i);
1301
1302         if (ret > 0)
1303                 *i += ret;
1304
1305         if (unlikely(atomic_read(&ctx->dead)))
1306                 ret = -EINVAL;
1307
1308         if (!*i)
1309                 *i = ret;
1310
1311         return ret < 0 || *i >= min_nr;
1312 }
1313
1314 static long read_events(struct kioctx *ctx, long min_nr, long nr,
1315                         struct io_event __user *event,
1316                         ktime_t until)
1317 {
1318         long ret = 0;
1319
1320         /*
1321          * Note that aio_read_events() is being called as the conditional - i.e.
1322          * we're calling it after prepare_to_wait() has set task state to
1323          * TASK_INTERRUPTIBLE.
1324          *
1325          * But aio_read_events() can block, and if it blocks it's going to flip
1326          * the task state back to TASK_RUNNING.
1327          *
1328          * This should be ok, provided it doesn't flip the state back to
1329          * TASK_RUNNING and return 0 too much - that causes us to spin. That
1330          * will only happen if the mutex_lock() call blocks, and we then find
1331          * the ringbuffer empty. So in practice we should be ok, but it's
1332          * something to be aware of when touching this code.
1333          */
1334         if (until == 0)
1335                 aio_read_events(ctx, min_nr, nr, event, &ret);
1336         else
1337                 wait_event_interruptible_hrtimeout(ctx->wait,
1338                                 aio_read_events(ctx, min_nr, nr, event, &ret),
1339                                 until);
1340
1341         if (!ret && signal_pending(current))
1342                 ret = -EINTR;
1343
1344         return ret;
1345 }
1346
1347 /* sys_io_setup:
1348  *      Create an aio_context capable of receiving at least nr_events.
1349  *      ctxp must not point to an aio_context that already exists, and
1350  *      must be initialized to 0 prior to the call.  On successful
1351  *      creation of the aio_context, *ctxp is filled in with the resulting
1352  *      handle.  May fail with -EINVAL if *ctxp is not initialized,
1353  *      if the specified nr_events exceeds internal limits.  May fail
1354  *      with -EAGAIN if the specified nr_events exceeds the user's limit
1355  *      of available events.  May fail with -ENOMEM if insufficient kernel
1356  *      resources are available.  May fail with -EFAULT if an invalid
1357  *      pointer is passed for ctxp.  Will fail with -ENOSYS if not
1358  *      implemented.
1359  */
1360 SYSCALL_DEFINE2(io_setup, unsigned, nr_events, aio_context_t __user *, ctxp)
1361 {
1362         struct kioctx *ioctx = NULL;
1363         unsigned long ctx;
1364         long ret;
1365
1366         ret = get_user(ctx, ctxp);
1367         if (unlikely(ret))
1368                 goto out;
1369
1370         ret = -EINVAL;
1371         if (unlikely(ctx || nr_events == 0)) {
1372                 pr_debug("EINVAL: ctx %lu nr_events %u\n",
1373                          ctx, nr_events);
1374                 goto out;
1375         }
1376
1377         ioctx = ioctx_alloc(nr_events);
1378         ret = PTR_ERR(ioctx);
1379         if (!IS_ERR(ioctx)) {
1380                 ret = put_user(ioctx->user_id, ctxp);
1381                 if (ret)
1382                         kill_ioctx(current->mm, ioctx, NULL);
1383                 percpu_ref_put(&ioctx->users);
1384         }
1385
1386 out:
1387         return ret;
1388 }
1389
1390 #ifdef CONFIG_COMPAT
1391 COMPAT_SYSCALL_DEFINE2(io_setup, unsigned, nr_events, u32 __user *, ctx32p)
1392 {
1393         struct kioctx *ioctx = NULL;
1394         unsigned long ctx;
1395         long ret;
1396
1397         ret = get_user(ctx, ctx32p);
1398         if (unlikely(ret))
1399                 goto out;
1400
1401         ret = -EINVAL;
1402         if (unlikely(ctx || nr_events == 0)) {
1403                 pr_debug("EINVAL: ctx %lu nr_events %u\n",
1404                          ctx, nr_events);
1405                 goto out;
1406         }
1407
1408         ioctx = ioctx_alloc(nr_events);
1409         ret = PTR_ERR(ioctx);
1410         if (!IS_ERR(ioctx)) {
1411                 /* truncating is ok because it's a user address */
1412                 ret = put_user((u32)ioctx->user_id, ctx32p);
1413                 if (ret)
1414                         kill_ioctx(current->mm, ioctx, NULL);
1415                 percpu_ref_put(&ioctx->users);
1416         }
1417
1418 out:
1419         return ret;
1420 }
1421 #endif
1422
1423 /* sys_io_destroy:
1424  *      Destroy the aio_context specified.  May cancel any outstanding
1425  *      AIOs and block on completion.  Will fail with -ENOSYS if not
1426  *      implemented.  May fail with -EINVAL if the context pointed to
1427  *      is invalid.
1428  */
1429 SYSCALL_DEFINE1(io_destroy, aio_context_t, ctx)
1430 {
1431         struct kioctx *ioctx = lookup_ioctx(ctx);
1432         if (likely(NULL != ioctx)) {
1433                 struct ctx_rq_wait wait;
1434                 int ret;
1435
1436                 init_completion(&wait.comp);
1437                 atomic_set(&wait.count, 1);
1438
1439                 /* Pass requests_done to kill_ioctx() where it can be set
1440                  * in a thread-safe way. If we try to set it here then we have
1441                  * a race condition if two io_destroy() called simultaneously.
1442                  */
1443                 ret = kill_ioctx(current->mm, ioctx, &wait);
1444                 percpu_ref_put(&ioctx->users);
1445
1446                 /* Wait until all IO for the context are done. Otherwise kernel
1447                  * keep using user-space buffers even if user thinks the context
1448                  * is destroyed.
1449                  */
1450                 if (!ret)
1451                         wait_for_completion(&wait.comp);
1452
1453                 return ret;
1454         }
1455         pr_debug("EINVAL: invalid context id\n");
1456         return -EINVAL;
1457 }
1458
1459 static int aio_setup_rw(int rw, struct iocb *iocb, struct iovec **iovec,
1460                 bool vectored, bool compat, struct iov_iter *iter)
1461 {
1462         void __user *buf = (void __user *)(uintptr_t)iocb->aio_buf;
1463         size_t len = iocb->aio_nbytes;
1464
1465         if (!vectored) {
1466                 ssize_t ret = import_single_range(rw, buf, len, *iovec, iter);
1467                 *iovec = NULL;
1468                 return ret;
1469         }
1470 #ifdef CONFIG_COMPAT
1471         if (compat)
1472                 return compat_import_iovec(rw, buf, len, UIO_FASTIOV, iovec,
1473                                 iter);
1474 #endif
1475         return import_iovec(rw, buf, len, UIO_FASTIOV, iovec, iter);
1476 }
1477
1478 static inline ssize_t aio_ret(struct kiocb *req, ssize_t ret)
1479 {
1480         switch (ret) {
1481         case -EIOCBQUEUED:
1482                 return ret;
1483         case -ERESTARTSYS:
1484         case -ERESTARTNOINTR:
1485         case -ERESTARTNOHAND:
1486         case -ERESTART_RESTARTBLOCK:
1487                 /*
1488                  * There's no easy way to restart the syscall since other AIO's
1489                  * may be already running. Just fail this IO with EINTR.
1490                  */
1491                 ret = -EINTR;
1492                 /*FALLTHRU*/
1493         default:
1494                 aio_complete(req, ret, 0);
1495                 return 0;
1496         }
1497 }
1498
1499 static ssize_t aio_read(struct kiocb *req, struct iocb *iocb, bool vectored,
1500                 bool compat)
1501 {
1502         struct file *file = req->ki_filp;
1503         struct iovec inline_vecs[UIO_FASTIOV], *iovec = inline_vecs;
1504         struct iov_iter iter;
1505         ssize_t ret;
1506
1507         if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_READ)))
1508                 return -EBADF;
1509         if (unlikely(!file->f_op->read_iter))
1510                 return -EINVAL;
1511
1512         ret = aio_setup_rw(READ, iocb, &iovec, vectored, compat, &iter);
1513         if (ret)
1514                 return ret;
1515         ret = rw_verify_area(READ, file, &req->ki_pos, iov_iter_count(&iter));
1516         if (!ret)
1517                 ret = aio_ret(req, call_read_iter(file, req, &iter));
1518         kfree(iovec);
1519         return ret;
1520 }
1521
1522 static ssize_t aio_write(struct kiocb *req, struct iocb *iocb, bool vectored,
1523                 bool compat)
1524 {
1525         struct file *file = req->ki_filp;
1526         struct iovec inline_vecs[UIO_FASTIOV], *iovec = inline_vecs;
1527         struct iov_iter iter;
1528         ssize_t ret;
1529
1530         if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_WRITE)))
1531                 return -EBADF;
1532         if (unlikely(!file->f_op->write_iter))
1533                 return -EINVAL;
1534
1535         ret = aio_setup_rw(WRITE, iocb, &iovec, vectored, compat, &iter);
1536         if (ret)
1537                 return ret;
1538         ret = rw_verify_area(WRITE, file, &req->ki_pos, iov_iter_count(&iter));
1539         if (!ret) {
1540                 req->ki_flags |= IOCB_WRITE;
1541                 file_start_write(file);
1542                 ret = aio_ret(req, call_write_iter(file, req, &iter));
1543                 /*
1544                  * We release freeze protection in aio_complete().  Fool lockdep
1545                  * by telling it the lock got released so that it doesn't
1546                  * complain about held lock when we return to userspace.
1547                  */
1548                 if (S_ISREG(file_inode(file)->i_mode))
1549                         __sb_writers_release(file_inode(file)->i_sb, SB_FREEZE_WRITE);
1550         }
1551         kfree(iovec);
1552         return ret;
1553 }
1554
1555 static int io_submit_one(struct kioctx *ctx, struct iocb __user *user_iocb,
1556                          struct iocb *iocb, bool compat)
1557 {
1558         struct aio_kiocb *req;
1559         struct file *file;
1560         ssize_t ret;
1561
1562         /* enforce forwards compatibility on users */
1563         if (unlikely(iocb->aio_reserved2)) {
1564                 pr_debug("EINVAL: reserve field set\n");
1565                 return -EINVAL;
1566         }
1567
1568         /* prevent overflows */
1569         if (unlikely(
1570             (iocb->aio_buf != (unsigned long)iocb->aio_buf) ||
1571             (iocb->aio_nbytes != (size_t)iocb->aio_nbytes) ||
1572             ((ssize_t)iocb->aio_nbytes < 0)
1573            )) {
1574                 pr_debug("EINVAL: overflow check\n");
1575                 return -EINVAL;
1576         }
1577
1578         req = aio_get_req(ctx);
1579         if (unlikely(!req))
1580                 return -EAGAIN;
1581
1582         req->common.ki_filp = file = fget(iocb->aio_fildes);
1583         if (unlikely(!req->common.ki_filp)) {
1584                 ret = -EBADF;
1585                 goto out_put_req;
1586         }
1587         req->common.ki_pos = iocb->aio_offset;
1588         req->common.ki_complete = aio_complete;
1589         req->common.ki_flags = iocb_flags(req->common.ki_filp);
1590         req->common.ki_hint = file_write_hint(file);
1591
1592         if (iocb->aio_flags & IOCB_FLAG_RESFD) {
1593                 /*
1594                  * If the IOCB_FLAG_RESFD flag of aio_flags is set, get an
1595                  * instance of the file* now. The file descriptor must be
1596                  * an eventfd() fd, and will be signaled for each completed
1597                  * event using the eventfd_signal() function.
1598                  */
1599                 req->ki_eventfd = eventfd_ctx_fdget((int) iocb->aio_resfd);
1600                 if (IS_ERR(req->ki_eventfd)) {
1601                         ret = PTR_ERR(req->ki_eventfd);
1602                         req->ki_eventfd = NULL;
1603                         goto out_put_req;
1604                 }
1605
1606                 req->common.ki_flags |= IOCB_EVENTFD;
1607         }
1608
1609         ret = kiocb_set_rw_flags(&req->common, iocb->aio_rw_flags);
1610         if (unlikely(ret)) {
1611                 pr_debug("EINVAL: aio_rw_flags\n");
1612                 goto out_put_req;
1613         }
1614
1615         ret = put_user(KIOCB_KEY, &user_iocb->aio_key);
1616         if (unlikely(ret)) {
1617                 pr_debug("EFAULT: aio_key\n");
1618                 goto out_put_req;
1619         }
1620
1621         req->ki_user_iocb = user_iocb;
1622         req->ki_user_data = iocb->aio_data;
1623
1624         get_file(file);
1625         switch (iocb->aio_lio_opcode) {
1626         case IOCB_CMD_PREAD:
1627                 ret = aio_read(&req->common, iocb, false, compat);
1628                 break;
1629         case IOCB_CMD_PWRITE:
1630                 ret = aio_write(&req->common, iocb, false, compat);
1631                 break;
1632         case IOCB_CMD_PREADV:
1633                 ret = aio_read(&req->common, iocb, true, compat);
1634                 break;
1635         case IOCB_CMD_PWRITEV:
1636                 ret = aio_write(&req->common, iocb, true, compat);
1637                 break;
1638         default:
1639                 pr_debug("invalid aio operation %d\n", iocb->aio_lio_opcode);
1640                 ret = -EINVAL;
1641                 break;
1642         }
1643         fput(file);
1644
1645         if (ret && ret != -EIOCBQUEUED)
1646                 goto out_put_req;
1647         return 0;
1648 out_put_req:
1649         put_reqs_available(ctx, 1);
1650         percpu_ref_put(&ctx->reqs);
1651         kiocb_free(req);
1652         return ret;
1653 }
1654
1655 static long do_io_submit(aio_context_t ctx_id, long nr,
1656                           struct iocb __user *__user *iocbpp, bool compat)
1657 {
1658         struct kioctx *ctx;
1659         long ret = 0;
1660         int i = 0;
1661         struct blk_plug plug;
1662
1663         if (unlikely(nr < 0))
1664                 return -EINVAL;
1665
1666         if (unlikely(nr > LONG_MAX/sizeof(*iocbpp)))
1667                 nr = LONG_MAX/sizeof(*iocbpp);
1668
1669         if (unlikely(!access_ok(VERIFY_READ, iocbpp, (nr*sizeof(*iocbpp)))))
1670                 return -EFAULT;
1671
1672         ctx = lookup_ioctx(ctx_id);
1673         if (unlikely(!ctx)) {
1674                 pr_debug("EINVAL: invalid context id\n");
1675                 return -EINVAL;
1676         }
1677
1678         blk_start_plug(&plug);
1679
1680         /*
1681          * AKPM: should this return a partial result if some of the IOs were
1682          * successfully submitted?
1683          */
1684         for (i=0; i<nr; i++) {
1685                 struct iocb __user *user_iocb;
1686                 struct iocb tmp;
1687
1688                 if (unlikely(__get_user(user_iocb, iocbpp + i))) {
1689                         ret = -EFAULT;
1690                         break;
1691                 }
1692
1693                 if (unlikely(copy_from_user(&tmp, user_iocb, sizeof(tmp)))) {
1694                         ret = -EFAULT;
1695                         break;
1696                 }
1697
1698                 ret = io_submit_one(ctx, user_iocb, &tmp, compat);
1699                 if (ret)
1700                         break;
1701         }
1702         blk_finish_plug(&plug);
1703
1704         percpu_ref_put(&ctx->users);
1705         return i ? i : ret;
1706 }
1707
1708 /* sys_io_submit:
1709  *      Queue the nr iocbs pointed to by iocbpp for processing.  Returns
1710  *      the number of iocbs queued.  May return -EINVAL if the aio_context
1711  *      specified by ctx_id is invalid, if nr is < 0, if the iocb at
1712  *      *iocbpp[0] is not properly initialized, if the operation specified
1713  *      is invalid for the file descriptor in the iocb.  May fail with
1714  *      -EFAULT if any of the data structures point to invalid data.  May
1715  *      fail with -EBADF if the file descriptor specified in the first
1716  *      iocb is invalid.  May fail with -EAGAIN if insufficient resources
1717  *      are available to queue any iocbs.  Will return 0 if nr is 0.  Will
1718  *      fail with -ENOSYS if not implemented.
1719  */
1720 SYSCALL_DEFINE3(io_submit, aio_context_t, ctx_id, long, nr,
1721                 struct iocb __user * __user *, iocbpp)
1722 {
1723         return do_io_submit(ctx_id, nr, iocbpp, 0);
1724 }
1725
1726 #ifdef CONFIG_COMPAT
1727 static inline long
1728 copy_iocb(long nr, u32 __user *ptr32, struct iocb __user * __user *ptr64)
1729 {
1730         compat_uptr_t uptr;
1731         int i;
1732
1733         for (i = 0; i < nr; ++i) {
1734                 if (get_user(uptr, ptr32 + i))
1735                         return -EFAULT;
1736                 if (put_user(compat_ptr(uptr), ptr64 + i))
1737                         return -EFAULT;
1738         }
1739         return 0;
1740 }
1741
1742 #define MAX_AIO_SUBMITS         (PAGE_SIZE/sizeof(struct iocb *))
1743
1744 COMPAT_SYSCALL_DEFINE3(io_submit, compat_aio_context_t, ctx_id,
1745                        int, nr, u32 __user *, iocb)
1746 {
1747         struct iocb __user * __user *iocb64;
1748         long ret;
1749
1750         if (unlikely(nr < 0))
1751                 return -EINVAL;
1752
1753         if (nr > MAX_AIO_SUBMITS)
1754                 nr = MAX_AIO_SUBMITS;
1755
1756         iocb64 = compat_alloc_user_space(nr * sizeof(*iocb64));
1757         ret = copy_iocb(nr, iocb, iocb64);
1758         if (!ret)
1759                 ret = do_io_submit(ctx_id, nr, iocb64, 1);
1760         return ret;
1761 }
1762 #endif
1763
1764 /* lookup_kiocb
1765  *      Finds a given iocb for cancellation.
1766  */
1767 static struct aio_kiocb *
1768 lookup_kiocb(struct kioctx *ctx, struct iocb __user *iocb, u32 key)
1769 {
1770         struct aio_kiocb *kiocb;
1771
1772         assert_spin_locked(&ctx->ctx_lock);
1773
1774         if (key != KIOCB_KEY)
1775                 return NULL;
1776
1777         /* TODO: use a hash or array, this sucks. */
1778         list_for_each_entry(kiocb, &ctx->active_reqs, ki_list) {
1779                 if (kiocb->ki_user_iocb == iocb)
1780                         return kiocb;
1781         }
1782         return NULL;
1783 }
1784
1785 /* sys_io_cancel:
1786  *      Attempts to cancel an iocb previously passed to io_submit.  If
1787  *      the operation is successfully cancelled, the resulting event is
1788  *      copied into the memory pointed to by result without being placed
1789  *      into the completion queue and 0 is returned.  May fail with
1790  *      -EFAULT if any of the data structures pointed to are invalid.
1791  *      May fail with -EINVAL if aio_context specified by ctx_id is
1792  *      invalid.  May fail with -EAGAIN if the iocb specified was not
1793  *      cancelled.  Will fail with -ENOSYS if not implemented.
1794  */
1795 SYSCALL_DEFINE3(io_cancel, aio_context_t, ctx_id, struct iocb __user *, iocb,
1796                 struct io_event __user *, result)
1797 {
1798         struct kioctx *ctx;
1799         struct aio_kiocb *kiocb;
1800         u32 key;
1801         int ret;
1802
1803         ret = get_user(key, &iocb->aio_key);
1804         if (unlikely(ret))
1805                 return -EFAULT;
1806
1807         ctx = lookup_ioctx(ctx_id);
1808         if (unlikely(!ctx))
1809                 return -EINVAL;
1810
1811         spin_lock_irq(&ctx->ctx_lock);
1812
1813         kiocb = lookup_kiocb(ctx, iocb, key);
1814         if (kiocb)
1815                 ret = kiocb_cancel(kiocb);
1816         else
1817                 ret = -EINVAL;
1818
1819         spin_unlock_irq(&ctx->ctx_lock);
1820
1821         if (!ret) {
1822                 /*
1823                  * The result argument is no longer used - the io_event is
1824                  * always delivered via the ring buffer. -EINPROGRESS indicates
1825                  * cancellation is progress:
1826                  */
1827                 ret = -EINPROGRESS;
1828         }
1829
1830         percpu_ref_put(&ctx->users);
1831
1832         return ret;
1833 }
1834
1835 static long do_io_getevents(aio_context_t ctx_id,
1836                 long min_nr,
1837                 long nr,
1838                 struct io_event __user *events,
1839                 struct timespec64 *ts)
1840 {
1841         ktime_t until = ts ? timespec64_to_ktime(*ts) : KTIME_MAX;
1842         struct kioctx *ioctx = lookup_ioctx(ctx_id);
1843         long ret = -EINVAL;
1844
1845         if (likely(ioctx)) {
1846                 if (likely(min_nr <= nr && min_nr >= 0))
1847                         ret = read_events(ioctx, min_nr, nr, events, until);
1848                 percpu_ref_put(&ioctx->users);
1849         }
1850
1851         return ret;
1852 }
1853
1854 /* io_getevents:
1855  *      Attempts to read at least min_nr events and up to nr events from
1856  *      the completion queue for the aio_context specified by ctx_id. If
1857  *      it succeeds, the number of read events is returned. May fail with
1858  *      -EINVAL if ctx_id is invalid, if min_nr is out of range, if nr is
1859  *      out of range, if timeout is out of range.  May fail with -EFAULT
1860  *      if any of the memory specified is invalid.  May return 0 or
1861  *      < min_nr if the timeout specified by timeout has elapsed
1862  *      before sufficient events are available, where timeout == NULL
1863  *      specifies an infinite timeout. Note that the timeout pointed to by
1864  *      timeout is relative.  Will fail with -ENOSYS if not implemented.
1865  */
1866 SYSCALL_DEFINE5(io_getevents, aio_context_t, ctx_id,
1867                 long, min_nr,
1868                 long, nr,
1869                 struct io_event __user *, events,
1870                 struct timespec __user *, timeout)
1871 {
1872         struct timespec64       ts;
1873
1874         if (timeout) {
1875                 if (unlikely(get_timespec64(&ts, timeout)))
1876                         return -EFAULT;
1877         }
1878
1879         return do_io_getevents(ctx_id, min_nr, nr, events, timeout ? &ts : NULL);
1880 }
1881
1882 #ifdef CONFIG_COMPAT
1883 COMPAT_SYSCALL_DEFINE5(io_getevents, compat_aio_context_t, ctx_id,
1884                        compat_long_t, min_nr,
1885                        compat_long_t, nr,
1886                        struct io_event __user *, events,
1887                        struct compat_timespec __user *, timeout)
1888 {
1889         struct timespec64 t;
1890
1891         if (timeout) {
1892                 if (compat_get_timespec64(&t, timeout))
1893                         return -EFAULT;
1894
1895         }
1896
1897         return do_io_getevents(ctx_id, min_nr, nr, events, timeout ? &t : NULL);
1898 }
1899 #endif