fs/file_table.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  linux/fs/file_table.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
   6  *  Copyright (C) 1997 David S. Miller (davem@caip.rutgers.edu)
   7  */
   8
   9 #include <linux/string.h>
  10 #include <linux/slab.h>
  11 #include <linux/file.h>
  12 #include <linux/fdtable.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/fs.h>
  16 #include <linux/security.h>
  17 #include <linux/cred.h>
  18 #include <linux/eventpoll.h>
  19 #include <linux/rcupdate.h>
  20 #include <linux/mount.h>
  21 #include <linux/capability.h>
  22 #include <linux/cdev.h>
  23 #include <linux/fsnotify.h>
  24 #include <linux/sysctl.h>
  25 #include <linux/percpu_counter.h>
  26 #include <linux/percpu.h>
  27 #include <linux/task_work.h>
  28 #include <linux/ima.h>
  29 #include <linux/swap.h>
  30
  31 #include <linux/atomic.h>
  32
  33 #include "internal.h"
  34
  35 /* sysctl tunables... */
  36 static struct files_stat_struct files_stat = {
  37         .max_files = NR_FILE
  38 };
  39
  40 /* SLAB cache for file structures */
  41 static struct kmem_cache *filp_cachep __read_mostly;
  42
  43 static struct percpu_counter nr_files __cacheline_aligned_in_smp;
  44
  45 static void file_free_rcu(struct rcu_head *head)
  46 {
  47         struct file *f = container_of(head, struct file, f_u.fu_rcuhead);
  48
  49         put_cred(f->f_cred);
  50         kmem_cache_free(filp_cachep, f);
  51 }
  52
  53 static inline void file_free(struct file *f)
  54 {
  55         security_file_free(f);
  56         if (!(f->f_mode & FMODE_NOACCOUNT))
  57                 percpu_counter_dec(&nr_files);
  58         call_rcu(&f->f_u.fu_rcuhead, file_free_rcu);
  59 }
  60
  61 /*
  62  * Return the total number of open files in the system
  63  */
  64 static long get_nr_files(void)
  65 {
  66         return percpu_counter_read_positive(&nr_files);
  67 }
  68
  69 /*
  70  * Return the maximum number of open files in the system
  71  */
  72 unsigned long get_max_files(void)
  73 {
  74         return files_stat.max_files;
  75 }
  76 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_max_files);
  77
  78 #if defined(CONFIG_SYSCTL) && defined(CONFIG_PROC_FS)
  79
  80 /*
  81  * Handle nr_files sysctl
  82  */
  83 static int proc_nr_files(struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
  84                          size_t *lenp, loff_t *ppos)
  85 {
  86         files_stat.nr_files = get_nr_files();
  87         return proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
  88 }
  89
  90 static struct ctl_table fs_stat_sysctls[] = {
  91         {
  92                 .procname       = "file-nr",
  93                 .data           = &files_stat,
  94                 .maxlen         = sizeof(files_stat),
  95                 .mode           = 0444,
  96                 .proc_handler   = proc_nr_files,
  97         },
  98         {
  99                 .procname       = "file-max",
 100                 .data           = &files_stat.max_files,
 101                 .maxlen         = sizeof(files_stat.max_files),
 102                 .mode           = 0644,
 103                 .proc_handler   = proc_doulongvec_minmax,
 104                 .extra1         = SYSCTL_LONG_ZERO,
 105                 .extra2         = SYSCTL_LONG_MAX,
 106         },
 107         {
 108                 .procname       = "nr_open",
 109                 .data           = &sysctl_nr_open,
 110                 .maxlen         = sizeof(unsigned int),
 111                 .mode           = 0644,
 112                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
 113                 .extra1         = &sysctl_nr_open_min,
 114                 .extra2         = &sysctl_nr_open_max,
 115         },
 116         { }
 117 };
 118
 119 static int __init init_fs_stat_sysctls(void)
 120 {
 121         register_sysctl_init("fs", fs_stat_sysctls);
 122         if (IS_ENABLED(CONFIG_BINFMT_MISC))
 123                 register_sysctl_mount_point("fs/binfmt_misc");
 124         return 0;
 125 }
 126 fs_initcall(init_fs_stat_sysctls);
 127 #endif
 128
 129 static struct file *__alloc_file(int flags, const struct cred *cred)
 130 {
 131         struct file *f;
 132         int error;
 133
 134         f = kmem_cache_zalloc(filp_cachep, GFP_KERNEL);
 135         if (unlikely(!f))
 136                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 137
 138         f->f_cred = get_cred(cred);
 139         error = security_file_alloc(f);
 140         if (unlikely(error)) {
 141                 file_free_rcu(&f->f_u.fu_rcuhead);
 142                 return ERR_PTR(error);
 143         }
 144
 145         atomic_long_set(&f->f_count, 1);
 146         rwlock_init(&f->f_owner.lock);
 147         spin_lock_init(&f->f_lock);
 148         mutex_init(&f->f_pos_lock);
 149         f->f_flags = flags;
 150         f->f_mode = OPEN_FMODE(flags);
 151         /* f->f_version: 0 */
 152
 153         return f;
 154 }
 155
 156 /* Find an unused file structure and return a pointer to it.
 157  * Returns an error pointer if some error happend e.g. we over file
 158  * structures limit, run out of memory or operation is not permitted.
 159  *
 160  * Be very careful using this.  You are responsible for
 161  * getting write access to any mount that you might assign
 162  * to this filp, if it is opened for write.  If this is not
 163  * done, you will imbalance int the mount's writer count
 164  * and a warning at __fput() time.
 165  */
 166 struct file *alloc_empty_file(int flags, const struct cred *cred)
 167 {
 168         static long old_max;
 169         struct file *f;
 170
 171         /*
 172          * Privileged users can go above max_files
 173          */
 174         if (get_nr_files() >= files_stat.max_files && !capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
 175                 /*
 176                  * percpu_counters are inaccurate.  Do an expensive check before
 177                  * we go and fail.
 178                  */
 179                 if (percpu_counter_sum_positive(&nr_files) >= files_stat.max_files)
 180                         goto over;
 181         }
 182
 183         f = __alloc_file(flags, cred);
 184         if (!IS_ERR(f))
 185                 percpu_counter_inc(&nr_files);
 186
 187         return f;
 188
 189 over:
 190         /* Ran out of filps - report that */
 191         if (get_nr_files() > old_max) {
 192                 pr_info("VFS: file-max limit %lu reached\n", get_max_files());
 193                 old_max = get_nr_files();
 194         }
 195         return ERR_PTR(-ENFILE);
 196 }
 197
 198 /*
 199  * Variant of alloc_empty_file() that doesn't check and modify nr_files.
 200  *
 201  * Should not be used unless there's a very good reason to do so.
 202  */
 203 struct file *alloc_empty_file_noaccount(int flags, const struct cred *cred)
 204 {
 205         struct file *f = __alloc_file(flags, cred);
 206
 207         if (!IS_ERR(f))
 208                 f->f_mode |= FMODE_NOACCOUNT;
 209
 210         return f;
 211 }
 212
 213 /**
 214  * alloc_file - allocate and initialize a 'struct file'
 215  *
 216  * @path: the (dentry, vfsmount) pair for the new file
 217  * @flags: O_... flags with which the new file will be opened
 218  * @fop: the 'struct file_operations' for the new file
 219  */
 220 static struct file *alloc_file(const struct path *path, int flags,
 221                 const struct file_operations *fop)
 222 {
 223         struct file *file;
 224
 225         file = alloc_empty_file(flags, current_cred());
 226         if (IS_ERR(file))
 227                 return file;
 228
 229         file->f_path = *path;
 230         file->f_inode = path->dentry->d_inode;
 231         file->f_mapping = path->dentry->d_inode->i_mapping;
 232         file->f_wb_err = filemap_sample_wb_err(file->f_mapping);
 233         file->f_sb_err = file_sample_sb_err(file);
 234         if ((file->f_mode & FMODE_READ) &&
 235              likely(fop->read || fop->read_iter))
 236                 file->f_mode |= FMODE_CAN_READ;
 237         if ((file->f_mode & FMODE_WRITE) &&
 238              likely(fop->write || fop->write_iter))
 239                 file->f_mode |= FMODE_CAN_WRITE;
 240         file->f_mode |= FMODE_OPENED;
 241         file->f_op = fop;
 242         if ((file->f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE)) == FMODE_READ)
 243                 i_readcount_inc(path->dentry->d_inode);
 244         return file;
 245 }
 246
 247 struct file *alloc_file_pseudo(struct inode *inode, struct vfsmount *mnt,
 248                                 const char *name, int flags,
 249                                 const struct file_operations *fops)
 250 {
 251         static const struct dentry_operations anon_ops = {
 252                 .d_dname = simple_dname
 253         };
 254         struct qstr this = QSTR_INIT(name, strlen(name));
 255         struct path path;
 256         struct file *file;
 257
 258         path.dentry = d_alloc_pseudo(mnt->mnt_sb, &this);
 259         if (!path.dentry)
 260                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 261         if (!mnt->mnt_sb->s_d_op)
 262                 d_set_d_op(path.dentry, &anon_ops);
 263         path.mnt = mntget(mnt);
 264         d_instantiate(path.dentry, inode);
 265         file = alloc_file(&path, flags, fops);
 266         if (IS_ERR(file)) {
 267                 ihold(inode);
 268                 path_put(&path);
 269         }
 270         return file;
 271 }
 272 EXPORT_SYMBOL(alloc_file_pseudo);
 273
 274 struct file *alloc_file_clone(struct file *base, int flags,
 275                                 const struct file_operations *fops)
 276 {
 277         struct file *f = alloc_file(&base->f_path, flags, fops);
 278         if (!IS_ERR(f)) {
 279                 path_get(&f->f_path);
 280                 f->f_mapping = base->f_mapping;
 281         }
 282         return f;
 283 }
 284
 285 /* the real guts of fput() - releasing the last reference to file
 286  */
 287 static void __fput(struct file *file)
 288 {
 289         struct dentry *dentry = file->f_path.dentry;
 290         struct vfsmount *mnt = file->f_path.mnt;
 291         struct inode *inode = file->f_inode;
 292         fmode_t mode = file->f_mode;
 293
 294         if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_OPENED)))
 295                 goto out;
 296
 297         might_sleep();
 298
 299         fsnotify_close(file);
 300         /*
 301          * The function eventpoll_release() should be the first called
 302          * in the file cleanup chain.
 303          */
 304         eventpoll_release(file);
 305         locks_remove_file(file);
 306
 307         ima_file_free(file);
 308         if (unlikely(file->f_flags & FASYNC)) {
 309                 if (file->f_op->fasync)
 310                         file->f_op->fasync(-1, file, 0);
 311         }
 312         if (file->f_op->release)
 313                 file->f_op->release(inode, file);
 314         if (unlikely(S_ISCHR(inode->i_mode) && inode->i_cdev != NULL &&
 315                      !(mode & FMODE_PATH))) {
 316                 cdev_put(inode->i_cdev);
 317         }
 318         fops_put(file->f_op);
 319         put_pid(file->f_owner.pid);
 320         if ((mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE)) == FMODE_READ)
 321                 i_readcount_dec(inode);
 322         if (mode & FMODE_WRITER) {
 323                 put_write_access(inode);
 324                 __mnt_drop_write(mnt);
 325         }
 326         dput(dentry);
 327         if (unlikely(mode & FMODE_NEED_UNMOUNT))
 328                 dissolve_on_fput(mnt);
 329         mntput(mnt);
 330 out:
 331         file_free(file);
 332 }
 333
 334 static LLIST_HEAD(delayed_fput_list);
 335 static void delayed_fput(struct work_struct *unused)
 336 {
 337         struct llist_node *node = llist_del_all(&delayed_fput_list);
 338         struct file *f, *t;
 339
 340         llist_for_each_entry_safe(f, t, node, f_u.fu_llist)
 341                 __fput(f);
 342 }
 343
 344 static void ____fput(struct callback_head *work)
 345 {
 346         __fput(container_of(work, struct file, f_u.fu_rcuhead));
 347 }
 348
 349 /*
 350  * If kernel thread really needs to have the final fput() it has done
 351  * to complete, call this.  The only user right now is the boot - we
 352  * *do* need to make sure our writes to binaries on initramfs has
 353  * not left us with opened struct file waiting for __fput() - execve()
 354  * won't work without that.  Please, don't add more callers without
 355  * very good reasons; in particular, never call that with locks
 356  * held and never call that from a thread that might need to do
 357  * some work on any kind of umount.
 358  */
 359 void flush_delayed_fput(void)
 360 {
 361         delayed_fput(NULL);
 362 }
 363 EXPORT_SYMBOL_GPL(flush_delayed_fput);
 364
 365 static DECLARE_DELAYED_WORK(delayed_fput_work, delayed_fput);
 366
 367 void fput_many(struct file *file, unsigned int refs)
 368 {
 369         if (atomic_long_sub_and_test(refs, &file->f_count)) {
 370                 struct task_struct *task = current;
 371
 372                 if (likely(!in_interrupt() && !(task->flags & PF_KTHREAD))) {
 373                         init_task_work(&file->f_u.fu_rcuhead, ____fput);
 374                         if (!task_work_add(task, &file->f_u.fu_rcuhead, TWA_RESUME))
 375                                 return;
 376                         /*
 377                          * After this task has run exit_task_work(),
 378                          * task_work_add() will fail.  Fall through to delayed
 379                          * fput to avoid leaking *file.
 380                          */
 381                 }
 382
 383                 if (llist_add(&file->f_u.fu_llist, &delayed_fput_list))
 384                         schedule_delayed_work(&delayed_fput_work, 1);
 385         }
 386 }
 387
 388 void fput(struct file *file)
 389 {
 390         fput_many(file, 1);
 391 }
 392
 393 /*
 394  * synchronous analog of fput(); for kernel threads that might be needed
 395  * in some umount() (and thus can't use flush_delayed_fput() without
 396  * risking deadlocks), need to wait for completion of __fput() and know
 397  * for this specific struct file it won't involve anything that would
 398  * need them.  Use only if you really need it - at the very least,
 399  * don't blindly convert fput() by kernel thread to that.
 400  */
 401 void __fput_sync(struct file *file)
 402 {
 403         if (atomic_long_dec_and_test(&file->f_count)) {
 404                 struct task_struct *task = current;
 405                 BUG_ON(!(task->flags & PF_KTHREAD));
 406                 __fput(file);
 407         }
 408 }
 409
 410 EXPORT_SYMBOL(fput);
 411
 412 void __init files_init(void)
 413 {
 414         filp_cachep = kmem_cache_create("filp", sizeof(struct file), 0,
 415                         SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC | SLAB_ACCOUNT, NULL);
 416         percpu_counter_init(&nr_files, 0, GFP_KERNEL);
 417 }
 418
 419 /*
 420  * One file with associated inode and dcache is very roughly 1K. Per default
 421  * do not use more than 10% of our memory for files.
 422  */
 423 void __init files_maxfiles_init(void)
 424 {
 425         unsigned long n;
 426         unsigned long nr_pages = totalram_pages();
 427         unsigned long memreserve = (nr_pages - nr_free_pages()) * 3/2;
 428
 429         memreserve = min(memreserve, nr_pages - 1);
 430         n = ((nr_pages - memreserve) * (PAGE_SIZE / 1024)) / 10;
 431
 432         files_stat.max_files = max_t(unsigned long, n, NR_FILE);
 433 }