pid namespaces: create a slab-cache for 'struct pid_namespace'
[safe/jmp/linux-2.6] / 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/module.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/init.h>
33 #include <linux/bootmem.h>
34 #include <linux/hash.h>
35 #include <linux/pid_namespace.h>
36 #include <linux/init_task.h>
37
38 #define pid_hashfn(nr, ns)      \
39         hash_long((unsigned long)nr + (unsigned long)ns, pidhash_shift)
40 static struct hlist_head *pid_hash;
41 static int pidhash_shift;
42 struct pid init_struct_pid = INIT_STRUCT_PID;
43 static struct kmem_cache *pid_ns_cachep;
44
45 int pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
46
47 #define RESERVED_PIDS           300
48
49 int pid_max_min = RESERVED_PIDS + 1;
50 int pid_max_max = PID_MAX_LIMIT;
51
52 #define BITS_PER_PAGE           (PAGE_SIZE*8)
53 #define BITS_PER_PAGE_MASK      (BITS_PER_PAGE-1)
54
55 static inline int mk_pid(struct pid_namespace *pid_ns,
56                 struct pidmap *map, int off)
57 {
58         return (map - pid_ns->pidmap)*BITS_PER_PAGE + off;
59 }
60
61 #define find_next_offset(map, off)                                      \
62                 find_next_zero_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, off)
63
64 /*
65  * PID-map pages start out as NULL, they get allocated upon
66  * first use and are never deallocated. This way a low pid_max
67  * value does not cause lots of bitmaps to be allocated, but
68  * the scheme scales to up to 4 million PIDs, runtime.
69  */
70 struct pid_namespace init_pid_ns = {
71         .kref = {
72                 .refcount       = ATOMIC_INIT(2),
73         },
74         .pidmap = {
75                 [ 0 ... PIDMAP_ENTRIES-1] = { ATOMIC_INIT(BITS_PER_PAGE), NULL }
76         },
77         .last_pid = 0,
78         .level = 0,
79         .child_reaper = &init_task,
80 };
81 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_pid_ns);
82
83 int is_container_init(struct task_struct *tsk)
84 {
85         int ret = 0;
86         struct pid *pid;
87
88         rcu_read_lock();
89         pid = task_pid(tsk);
90         if (pid != NULL && pid->numbers[pid->level].nr == 1)
91                 ret = 1;
92         rcu_read_unlock();
93
94         return ret;
95 }
96 EXPORT_SYMBOL(is_container_init);
97
98 /*
99  * Note: disable interrupts while the pidmap_lock is held as an
100  * interrupt might come in and do read_lock(&tasklist_lock).
101  *
102  * If we don't disable interrupts there is a nasty deadlock between
103  * detach_pid()->free_pid() and another cpu that does
104  * spin_lock(&pidmap_lock) followed by an interrupt routine that does
105  * read_lock(&tasklist_lock);
106  *
107  * After we clean up the tasklist_lock and know there are no
108  * irq handlers that take it we can leave the interrupts enabled.
109  * For now it is easier to be safe than to prove it can't happen.
110  */
111
112 static  __cacheline_aligned_in_smp DEFINE_SPINLOCK(pidmap_lock);
113
114 static fastcall void free_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, int pid)
115 {
116         struct pidmap *map = pid_ns->pidmap + pid / BITS_PER_PAGE;
117         int offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK;
118
119         clear_bit(offset, map->page);
120         atomic_inc(&map->nr_free);
121 }
122
123 static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
124 {
125         int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
126         struct pidmap *map;
127
128         pid = last + 1;
129         if (pid >= pid_max)
130                 pid = RESERVED_PIDS;
131         offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK;
132         map = &pid_ns->pidmap[pid/BITS_PER_PAGE];
133         max_scan = (pid_max + BITS_PER_PAGE - 1)/BITS_PER_PAGE - !offset;
134         for (i = 0; i <= max_scan; ++i) {
135                 if (unlikely(!map->page)) {
136                         void *page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
137                         /*
138                          * Free the page if someone raced with us
139                          * installing it:
140                          */
141                         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
142                         if (map->page)
143                                 kfree(page);
144                         else
145                                 map->page = page;
146                         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
147                         if (unlikely(!map->page))
148                                 break;
149                 }
150                 if (likely(atomic_read(&map->nr_free))) {
151                         do {
152                                 if (!test_and_set_bit(offset, map->page)) {
153                                         atomic_dec(&map->nr_free);
154                                         pid_ns->last_pid = pid;
155                                         return pid;
156                                 }
157                                 offset = find_next_offset(map, offset);
158                                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
159                         /*
160                          * find_next_offset() found a bit, the pid from it
161                          * is in-bounds, and if we fell back to the last
162                          * bitmap block and the final block was the same
163                          * as the starting point, pid is before last_pid.
164                          */
165                         } while (offset < BITS_PER_PAGE && pid < pid_max &&
166                                         (i != max_scan || pid < last ||
167                                             !((last+1) & BITS_PER_PAGE_MASK)));
168                 }
169                 if (map < &pid_ns->pidmap[(pid_max-1)/BITS_PER_PAGE]) {
170                         ++map;
171                         offset = 0;
172                 } else {
173                         map = &pid_ns->pidmap[0];
174                         offset = RESERVED_PIDS;
175                         if (unlikely(last == offset))
176                                 break;
177                 }
178                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
179         }
180         return -1;
181 }
182
183 static int next_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, int last)
184 {
185         int offset;
186         struct pidmap *map, *end;
187
188         offset = (last + 1) & BITS_PER_PAGE_MASK;
189         map = &pid_ns->pidmap[(last + 1)/BITS_PER_PAGE];
190         end = &pid_ns->pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
191         for (; map < end; map++, offset = 0) {
192                 if (unlikely(!map->page))
193                         continue;
194                 offset = find_next_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, offset);
195                 if (offset < BITS_PER_PAGE)
196                         return mk_pid(pid_ns, map, offset);
197         }
198         return -1;
199 }
200
201 fastcall void put_pid(struct pid *pid)
202 {
203         struct pid_namespace *ns;
204
205         if (!pid)
206                 return;
207
208         ns = pid->numbers[pid->level].ns;
209         if ((atomic_read(&pid->count) == 1) ||
210              atomic_dec_and_test(&pid->count)) {
211                 kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
212                 put_pid_ns(ns);
213         }
214 }
215 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_pid);
216
217 static void delayed_put_pid(struct rcu_head *rhp)
218 {
219         struct pid *pid = container_of(rhp, struct pid, rcu);
220         put_pid(pid);
221 }
222
223 fastcall void free_pid(struct pid *pid)
224 {
225         /* We can be called with write_lock_irq(&tasklist_lock) held */
226         int i;
227         unsigned long flags;
228
229         spin_lock_irqsave(&pidmap_lock, flags);
230         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
231                 hlist_del_rcu(&pid->numbers[i].pid_chain);
232         spin_unlock_irqrestore(&pidmap_lock, flags);
233
234         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
235                 free_pidmap(pid->numbers[i].ns, pid->numbers[i].nr);
236
237         call_rcu(&pid->rcu, delayed_put_pid);
238 }
239
240 struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
241 {
242         struct pid *pid;
243         enum pid_type type;
244         int i, nr;
245         struct pid_namespace *tmp;
246         struct upid *upid;
247
248         pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
249         if (!pid)
250                 goto out;
251
252         tmp = ns;
253         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
254                 nr = alloc_pidmap(tmp);
255                 if (nr < 0)
256                         goto out_free;
257
258                 pid->numbers[i].nr = nr;
259                 pid->numbers[i].ns = tmp;
260                 tmp = tmp->parent;
261         }
262
263         get_pid_ns(ns);
264         pid->level = ns->level;
265         pid->nr = pid->numbers[0].nr;
266         atomic_set(&pid->count, 1);
267         for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
268                 INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
269
270         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
271         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
272                 upid = &pid->numbers[i];
273                 hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
274                                 &pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
275         }
276         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
277
278 out:
279         return pid;
280
281 out_free:
282         for (i++; i <= ns->level; i++)
283                 free_pidmap(pid->numbers[i].ns, pid->numbers[i].nr);
284
285         kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
286         pid = NULL;
287         goto out;
288 }
289
290 struct pid * fastcall find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
291 {
292         struct hlist_node *elem;
293         struct upid *pnr;
294
295         hlist_for_each_entry_rcu(pnr, elem,
296                         &pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
297                 if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
298                         return container_of(pnr, struct pid,
299                                         numbers[ns->level]);
300
301         return NULL;
302 }
303 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_pid_ns);
304
305 /*
306  * attach_pid() must be called with the tasklist_lock write-held.
307  */
308 int fastcall attach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
309                 struct pid *pid)
310 {
311         struct pid_link *link;
312
313         link = &task->pids[type];
314         link->pid = pid;
315         hlist_add_head_rcu(&link->node, &pid->tasks[type]);
316
317         return 0;
318 }
319
320 void fastcall detach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
321 {
322         struct pid_link *link;
323         struct pid *pid;
324         int tmp;
325
326         link = &task->pids[type];
327         pid = link->pid;
328
329         hlist_del_rcu(&link->node);
330         link->pid = NULL;
331
332         for (tmp = PIDTYPE_MAX; --tmp >= 0; )
333                 if (!hlist_empty(&pid->tasks[tmp]))
334                         return;
335
336         free_pid(pid);
337 }
338
339 /* transfer_pid is an optimization of attach_pid(new), detach_pid(old) */
340 void fastcall transfer_pid(struct task_struct *old, struct task_struct *new,
341                            enum pid_type type)
342 {
343         new->pids[type].pid = old->pids[type].pid;
344         hlist_replace_rcu(&old->pids[type].node, &new->pids[type].node);
345         old->pids[type].pid = NULL;
346 }
347
348 struct task_struct * fastcall pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
349 {
350         struct task_struct *result = NULL;
351         if (pid) {
352                 struct hlist_node *first;
353                 first = rcu_dereference(pid->tasks[type].first);
354                 if (first)
355                         result = hlist_entry(first, struct task_struct, pids[(type)].node);
356         }
357         return result;
358 }
359
360 /*
361  * Must be called under rcu_read_lock() or with tasklist_lock read-held.
362  */
363 struct task_struct *find_task_by_pid_type_ns(int type, int nr,
364                 struct pid_namespace *ns)
365 {
366         return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), type);
367 }
368
369 EXPORT_SYMBOL(find_task_by_pid_type_ns);
370
371 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
372 {
373         struct pid *pid;
374         rcu_read_lock();
375         pid = get_pid(task->pids[type].pid);
376         rcu_read_unlock();
377         return pid;
378 }
379
380 struct task_struct *fastcall get_pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
381 {
382         struct task_struct *result;
383         rcu_read_lock();
384         result = pid_task(pid, type);
385         if (result)
386                 get_task_struct(result);
387         rcu_read_unlock();
388         return result;
389 }
390
391 struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
392 {
393         struct pid *pid;
394
395         rcu_read_lock();
396         pid = get_pid(find_vpid(nr));
397         rcu_read_unlock();
398
399         return pid;
400 }
401
402 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns)
403 {
404         struct upid *upid;
405         pid_t nr = 0;
406
407         if (pid && ns->level <= pid->level) {
408                 upid = &pid->numbers[ns->level];
409                 if (upid->ns == ns)
410                         nr = upid->nr;
411         }
412         return nr;
413 }
414
415 /*
416  * Used by proc to find the first pid that is greater then or equal to nr.
417  *
418  * If there is a pid at nr this function is exactly the same as find_pid.
419  */
420 struct pid *find_ge_pid(int nr, struct pid_namespace *ns)
421 {
422         struct pid *pid;
423
424         do {
425                 pid = find_pid_ns(nr, ns);
426                 if (pid)
427                         break;
428                 nr = next_pidmap(ns, nr);
429         } while (nr > 0);
430
431         return pid;
432 }
433 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_get_pid);
434
435 struct pid_cache {
436         int nr_ids;
437         char name[16];
438         struct kmem_cache *cachep;
439         struct list_head list;
440 };
441
442 static LIST_HEAD(pid_caches_lh);
443 static DEFINE_MUTEX(pid_caches_mutex);
444
445 /*
446  * creates the kmem cache to allocate pids from.
447  * @nr_ids: the number of numerical ids this pid will have to carry
448  */
449
450 static struct kmem_cache *create_pid_cachep(int nr_ids)
451 {
452         struct pid_cache *pcache;
453         struct kmem_cache *cachep;
454
455         mutex_lock(&pid_caches_mutex);
456         list_for_each_entry (pcache, &pid_caches_lh, list)
457                 if (pcache->nr_ids == nr_ids)
458                         goto out;
459
460         pcache = kmalloc(sizeof(struct pid_cache), GFP_KERNEL);
461         if (pcache == NULL)
462                 goto err_alloc;
463
464         snprintf(pcache->name, sizeof(pcache->name), "pid_%d", nr_ids);
465         cachep = kmem_cache_create(pcache->name,
466                         sizeof(struct pid) + (nr_ids - 1) * sizeof(struct upid),
467                         0, SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
468         if (cachep == NULL)
469                 goto err_cachep;
470
471         pcache->nr_ids = nr_ids;
472         pcache->cachep = cachep;
473         list_add(&pcache->list, &pid_caches_lh);
474 out:
475         mutex_unlock(&pid_caches_mutex);
476         return pcache->cachep;
477
478 err_cachep:
479         kfree(pcache);
480 err_alloc:
481         mutex_unlock(&pid_caches_mutex);
482         return NULL;
483 }
484
485 static struct pid_namespace *create_pid_namespace(int level)
486 {
487         struct pid_namespace *ns;
488         int i;
489
490         ns = kmem_cache_alloc(pid_ns_cachep, GFP_KERNEL);
491         if (ns == NULL)
492                 goto out;
493
494         ns->pidmap[0].page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
495         if (!ns->pidmap[0].page)
496                 goto out_free;
497
498         ns->pid_cachep = create_pid_cachep(level + 1);
499         if (ns->pid_cachep == NULL)
500                 goto out_free_map;
501
502         kref_init(&ns->kref);
503         ns->last_pid = 0;
504         ns->child_reaper = NULL;
505         ns->level = level;
506
507         set_bit(0, ns->pidmap[0].page);
508         atomic_set(&ns->pidmap[0].nr_free, BITS_PER_PAGE - 1);
509
510         for (i = 1; i < PIDMAP_ENTRIES; i++) {
511                 ns->pidmap[i].page = 0;
512                 atomic_set(&ns->pidmap[i].nr_free, BITS_PER_PAGE);
513         }
514
515         return ns;
516
517 out_free_map:
518         kfree(ns->pidmap[0].page);
519 out_free:
520         kmem_cache_free(pid_ns_cachep, ns);
521 out:
522         return ERR_PTR(-ENOMEM);
523 }
524
525 static void destroy_pid_namespace(struct pid_namespace *ns)
526 {
527         int i;
528
529         for (i = 0; i < PIDMAP_ENTRIES; i++)
530                 kfree(ns->pidmap[i].page);
531         kmem_cache_free(pid_ns_cachep, ns);
532 }
533
534 struct pid_namespace *copy_pid_ns(unsigned long flags, struct pid_namespace *old_ns)
535 {
536         struct pid_namespace *new_ns;
537
538         BUG_ON(!old_ns);
539         new_ns = get_pid_ns(old_ns);
540         if (!(flags & CLONE_NEWPID))
541                 goto out;
542
543         new_ns = ERR_PTR(-EINVAL);
544         if (flags & CLONE_THREAD)
545                 goto out_put;
546
547         new_ns = create_pid_namespace(old_ns->level + 1);
548         if (!IS_ERR(new_ns))
549                 new_ns->parent = get_pid_ns(old_ns);
550
551 out_put:
552         put_pid_ns(old_ns);
553 out:
554         return new_ns;
555 }
556
557 void free_pid_ns(struct kref *kref)
558 {
559         struct pid_namespace *ns, *parent;
560
561         ns = container_of(kref, struct pid_namespace, kref);
562
563         parent = ns->parent;
564         destroy_pid_namespace(ns);
565
566         if (parent != NULL)
567                 put_pid_ns(parent);
568 }
569
570 /*
571  * The pid hash table is scaled according to the amount of memory in the
572  * machine.  From a minimum of 16 slots up to 4096 slots at one gigabyte or
573  * more.
574  */
575 void __init pidhash_init(void)
576 {
577         int i, pidhash_size;
578         unsigned long megabytes = nr_kernel_pages >> (20 - PAGE_SHIFT);
579
580         pidhash_shift = max(4, fls(megabytes * 4));
581         pidhash_shift = min(12, pidhash_shift);
582         pidhash_size = 1 << pidhash_shift;
583
584         printk("PID hash table entries: %d (order: %d, %Zd bytes)\n",
585                 pidhash_size, pidhash_shift,
586                 pidhash_size * sizeof(struct hlist_head));
587
588         pid_hash = alloc_bootmem(pidhash_size * sizeof(*(pid_hash)));
589         if (!pid_hash)
590                 panic("Could not alloc pidhash!\n");
591         for (i = 0; i < pidhash_size; i++)
592                 INIT_HLIST_HEAD(&pid_hash[i]);
593 }
594
595 void __init pidmap_init(void)
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
602         init_pid_ns.pid_cachep = create_pid_cachep(1);
603         if (init_pid_ns.pid_cachep == NULL)
604                 panic("Can't create pid_1 cachep\n");
605
606         pid_ns_cachep = KMEM_CACHE(pid_namespace, SLAB_PANIC);
607 }