ARM: dts: Don't use legacy clock defines for dra7 clkctrl
[linux-2.6-microblaze.git] / kernel / futex / core.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  *  Fast Userspace Mutexes (which I call "Futexes!").
4  *  (C) Rusty Russell, IBM 2002
5  *
6  *  Generalized futexes, futex requeueing, misc fixes by Ingo Molnar
7  *  (C) Copyright 2003 Red Hat Inc, All Rights Reserved
8  *
9  *  Removed page pinning, fix privately mapped COW pages and other cleanups
10  *  (C) Copyright 2003, 2004 Jamie Lokier
11  *
12  *  Robust futex support started by Ingo Molnar
13  *  (C) Copyright 2006 Red Hat Inc, All Rights Reserved
14  *  Thanks to Thomas Gleixner for suggestions, analysis and fixes.
15  *
16  *  PI-futex support started by Ingo Molnar and Thomas Gleixner
17  *  Copyright (C) 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
18  *  Copyright (C) 2006 Timesys Corp., Thomas Gleixner <tglx@timesys.com>
19  *
20  *  PRIVATE futexes by Eric Dumazet
21  *  Copyright (C) 2007 Eric Dumazet <dada1@cosmosbay.com>
22  *
23  *  Requeue-PI support by Darren Hart <dvhltc@us.ibm.com>
24  *  Copyright (C) IBM Corporation, 2009
25  *  Thanks to Thomas Gleixner for conceptual design and careful reviews.
26  *
27  *  Thanks to Ben LaHaise for yelling "hashed waitqueues" loudly
28  *  enough at me, Linus for the original (flawed) idea, Matthew
29  *  Kirkwood for proof-of-concept implementation.
30  *
31  *  "The futexes are also cursed."
32  *  "But they come in a choice of three flavours!"
33  */
34 #include <linux/compat.h>
35 #include <linux/jhash.h>
36 #include <linux/pagemap.h>
37 #include <linux/memblock.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/slab.h>
40
41 #include "futex.h"
42 #include "../locking/rtmutex_common.h"
43
44 #ifndef CONFIG_HAVE_FUTEX_CMPXCHG
45 int  __read_mostly futex_cmpxchg_enabled;
46 #endif
47
48
49 /*
50  * The base of the bucket array and its size are always used together
51  * (after initialization only in futex_hash()), so ensure that they
52  * reside in the same cacheline.
53  */
54 static struct {
55         struct futex_hash_bucket *queues;
56         unsigned long            hashsize;
57 } __futex_data __read_mostly __aligned(2*sizeof(long));
58 #define futex_queues   (__futex_data.queues)
59 #define futex_hashsize (__futex_data.hashsize)
60
61
62 /*
63  * Fault injections for futexes.
64  */
65 #ifdef CONFIG_FAIL_FUTEX
66
67 static struct {
68         struct fault_attr attr;
69
70         bool ignore_private;
71 } fail_futex = {
72         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
73         .ignore_private = false,
74 };
75
76 static int __init setup_fail_futex(char *str)
77 {
78         return setup_fault_attr(&fail_futex.attr, str);
79 }
80 __setup("fail_futex=", setup_fail_futex);
81
82 bool should_fail_futex(bool fshared)
83 {
84         if (fail_futex.ignore_private && !fshared)
85                 return false;
86
87         return should_fail(&fail_futex.attr, 1);
88 }
89
90 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
91
92 static int __init fail_futex_debugfs(void)
93 {
94         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
95         struct dentry *dir;
96
97         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_futex", NULL,
98                                         &fail_futex.attr);
99         if (IS_ERR(dir))
100                 return PTR_ERR(dir);
101
102         debugfs_create_bool("ignore-private", mode, dir,
103                             &fail_futex.ignore_private);
104         return 0;
105 }
106
107 late_initcall(fail_futex_debugfs);
108
109 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
110
111 #endif /* CONFIG_FAIL_FUTEX */
112
113 /**
114  * futex_hash - Return the hash bucket in the global hash
115  * @key:        Pointer to the futex key for which the hash is calculated
116  *
117  * We hash on the keys returned from get_futex_key (see below) and return the
118  * corresponding hash bucket in the global hash.
119  */
120 struct futex_hash_bucket *futex_hash(union futex_key *key)
121 {
122         u32 hash = jhash2((u32 *)key, offsetof(typeof(*key), both.offset) / 4,
123                           key->both.offset);
124
125         return &futex_queues[hash & (futex_hashsize - 1)];
126 }
127
128
129 /**
130  * futex_setup_timer - set up the sleeping hrtimer.
131  * @time:       ptr to the given timeout value
132  * @timeout:    the hrtimer_sleeper structure to be set up
133  * @flags:      futex flags
134  * @range_ns:   optional range in ns
135  *
136  * Return: Initialized hrtimer_sleeper structure or NULL if no timeout
137  *         value given
138  */
139 struct hrtimer_sleeper *
140 futex_setup_timer(ktime_t *time, struct hrtimer_sleeper *timeout,
141                   int flags, u64 range_ns)
142 {
143         if (!time)
144                 return NULL;
145
146         hrtimer_init_sleeper_on_stack(timeout, (flags & FLAGS_CLOCKRT) ?
147                                       CLOCK_REALTIME : CLOCK_MONOTONIC,
148                                       HRTIMER_MODE_ABS);
149         /*
150          * If range_ns is 0, calling hrtimer_set_expires_range_ns() is
151          * effectively the same as calling hrtimer_set_expires().
152          */
153         hrtimer_set_expires_range_ns(&timeout->timer, *time, range_ns);
154
155         return timeout;
156 }
157
158 /*
159  * Generate a machine wide unique identifier for this inode.
160  *
161  * This relies on u64 not wrapping in the life-time of the machine; which with
162  * 1ns resolution means almost 585 years.
163  *
164  * This further relies on the fact that a well formed program will not unmap
165  * the file while it has a (shared) futex waiting on it. This mapping will have
166  * a file reference which pins the mount and inode.
167  *
168  * If for some reason an inode gets evicted and read back in again, it will get
169  * a new sequence number and will _NOT_ match, even though it is the exact same
170  * file.
171  *
172  * It is important that futex_match() will never have a false-positive, esp.
173  * for PI futexes that can mess up the state. The above argues that false-negatives
174  * are only possible for malformed programs.
175  */
176 static u64 get_inode_sequence_number(struct inode *inode)
177 {
178         static atomic64_t i_seq;
179         u64 old;
180
181         /* Does the inode already have a sequence number? */
182         old = atomic64_read(&inode->i_sequence);
183         if (likely(old))
184                 return old;
185
186         for (;;) {
187                 u64 new = atomic64_add_return(1, &i_seq);
188                 if (WARN_ON_ONCE(!new))
189                         continue;
190
191                 old = atomic64_cmpxchg_relaxed(&inode->i_sequence, 0, new);
192                 if (old)
193                         return old;
194                 return new;
195         }
196 }
197
198 /**
199  * get_futex_key() - Get parameters which are the keys for a futex
200  * @uaddr:      virtual address of the futex
201  * @fshared:    false for a PROCESS_PRIVATE futex, true for PROCESS_SHARED
202  * @key:        address where result is stored.
203  * @rw:         mapping needs to be read/write (values: FUTEX_READ,
204  *              FUTEX_WRITE)
205  *
206  * Return: a negative error code or 0
207  *
208  * The key words are stored in @key on success.
209  *
210  * For shared mappings (when @fshared), the key is:
211  *
212  *   ( inode->i_sequence, page->index, offset_within_page )
213  *
214  * [ also see get_inode_sequence_number() ]
215  *
216  * For private mappings (or when !@fshared), the key is:
217  *
218  *   ( current->mm, address, 0 )
219  *
220  * This allows (cross process, where applicable) identification of the futex
221  * without keeping the page pinned for the duration of the FUTEX_WAIT.
222  *
223  * lock_page() might sleep, the caller should not hold a spinlock.
224  */
225 int get_futex_key(u32 __user *uaddr, bool fshared, union futex_key *key,
226                   enum futex_access rw)
227 {
228         unsigned long address = (unsigned long)uaddr;
229         struct mm_struct *mm = current->mm;
230         struct page *page, *tail;
231         struct address_space *mapping;
232         int err, ro = 0;
233
234         /*
235          * The futex address must be "naturally" aligned.
236          */
237         key->both.offset = address % PAGE_SIZE;
238         if (unlikely((address % sizeof(u32)) != 0))
239                 return -EINVAL;
240         address -= key->both.offset;
241
242         if (unlikely(!access_ok(uaddr, sizeof(u32))))
243                 return -EFAULT;
244
245         if (unlikely(should_fail_futex(fshared)))
246                 return -EFAULT;
247
248         /*
249          * PROCESS_PRIVATE futexes are fast.
250          * As the mm cannot disappear under us and the 'key' only needs
251          * virtual address, we dont even have to find the underlying vma.
252          * Note : We do have to check 'uaddr' is a valid user address,
253          *        but access_ok() should be faster than find_vma()
254          */
255         if (!fshared) {
256                 key->private.mm = mm;
257                 key->private.address = address;
258                 return 0;
259         }
260
261 again:
262         /* Ignore any VERIFY_READ mapping (futex common case) */
263         if (unlikely(should_fail_futex(true)))
264                 return -EFAULT;
265
266         err = get_user_pages_fast(address, 1, FOLL_WRITE, &page);
267         /*
268          * If write access is not required (eg. FUTEX_WAIT), try
269          * and get read-only access.
270          */
271         if (err == -EFAULT && rw == FUTEX_READ) {
272                 err = get_user_pages_fast(address, 1, 0, &page);
273                 ro = 1;
274         }
275         if (err < 0)
276                 return err;
277         else
278                 err = 0;
279
280         /*
281          * The treatment of mapping from this point on is critical. The page
282          * lock protects many things but in this context the page lock
283          * stabilizes mapping, prevents inode freeing in the shared
284          * file-backed region case and guards against movement to swap cache.
285          *
286          * Strictly speaking the page lock is not needed in all cases being
287          * considered here and page lock forces unnecessarily serialization
288          * From this point on, mapping will be re-verified if necessary and
289          * page lock will be acquired only if it is unavoidable
290          *
291          * Mapping checks require the head page for any compound page so the
292          * head page and mapping is looked up now. For anonymous pages, it
293          * does not matter if the page splits in the future as the key is
294          * based on the address. For filesystem-backed pages, the tail is
295          * required as the index of the page determines the key. For
296          * base pages, there is no tail page and tail == page.
297          */
298         tail = page;
299         page = compound_head(page);
300         mapping = READ_ONCE(page->mapping);
301
302         /*
303          * If page->mapping is NULL, then it cannot be a PageAnon
304          * page; but it might be the ZERO_PAGE or in the gate area or
305          * in a special mapping (all cases which we are happy to fail);
306          * or it may have been a good file page when get_user_pages_fast
307          * found it, but truncated or holepunched or subjected to
308          * invalidate_complete_page2 before we got the page lock (also
309          * cases which we are happy to fail).  And we hold a reference,
310          * so refcount care in invalidate_complete_page's remove_mapping
311          * prevents drop_caches from setting mapping to NULL beneath us.
312          *
313          * The case we do have to guard against is when memory pressure made
314          * shmem_writepage move it from filecache to swapcache beneath us:
315          * an unlikely race, but we do need to retry for page->mapping.
316          */
317         if (unlikely(!mapping)) {
318                 int shmem_swizzled;
319
320                 /*
321                  * Page lock is required to identify which special case above
322                  * applies. If this is really a shmem page then the page lock
323                  * will prevent unexpected transitions.
324                  */
325                 lock_page(page);
326                 shmem_swizzled = PageSwapCache(page) || page->mapping;
327                 unlock_page(page);
328                 put_page(page);
329
330                 if (shmem_swizzled)
331                         goto again;
332
333                 return -EFAULT;
334         }
335
336         /*
337          * Private mappings are handled in a simple way.
338          *
339          * If the futex key is stored on an anonymous page, then the associated
340          * object is the mm which is implicitly pinned by the calling process.
341          *
342          * NOTE: When userspace waits on a MAP_SHARED mapping, even if
343          * it's a read-only handle, it's expected that futexes attach to
344          * the object not the particular process.
345          */
346         if (PageAnon(page)) {
347                 /*
348                  * A RO anonymous page will never change and thus doesn't make
349                  * sense for futex operations.
350                  */
351                 if (unlikely(should_fail_futex(true)) || ro) {
352                         err = -EFAULT;
353                         goto out;
354                 }
355
356                 key->both.offset |= FUT_OFF_MMSHARED; /* ref taken on mm */
357                 key->private.mm = mm;
358                 key->private.address = address;
359
360         } else {
361                 struct inode *inode;
362
363                 /*
364                  * The associated futex object in this case is the inode and
365                  * the page->mapping must be traversed. Ordinarily this should
366                  * be stabilised under page lock but it's not strictly
367                  * necessary in this case as we just want to pin the inode, not
368                  * update the radix tree or anything like that.
369                  *
370                  * The RCU read lock is taken as the inode is finally freed
371                  * under RCU. If the mapping still matches expectations then the
372                  * mapping->host can be safely accessed as being a valid inode.
373                  */
374                 rcu_read_lock();
375
376                 if (READ_ONCE(page->mapping) != mapping) {
377                         rcu_read_unlock();
378                         put_page(page);
379
380                         goto again;
381                 }
382
383                 inode = READ_ONCE(mapping->host);
384                 if (!inode) {
385                         rcu_read_unlock();
386                         put_page(page);
387
388                         goto again;
389                 }
390
391                 key->both.offset |= FUT_OFF_INODE; /* inode-based key */
392                 key->shared.i_seq = get_inode_sequence_number(inode);
393                 key->shared.pgoff = page_to_pgoff(tail);
394                 rcu_read_unlock();
395         }
396
397 out:
398         put_page(page);
399         return err;
400 }
401
402 /**
403  * fault_in_user_writeable() - Fault in user address and verify RW access
404  * @uaddr:      pointer to faulting user space address
405  *
406  * Slow path to fixup the fault we just took in the atomic write
407  * access to @uaddr.
408  *
409  * We have no generic implementation of a non-destructive write to the
410  * user address. We know that we faulted in the atomic pagefault
411  * disabled section so we can as well avoid the #PF overhead by
412  * calling get_user_pages() right away.
413  */
414 int fault_in_user_writeable(u32 __user *uaddr)
415 {
416         struct mm_struct *mm = current->mm;
417         int ret;
418
419         mmap_read_lock(mm);
420         ret = fixup_user_fault(mm, (unsigned long)uaddr,
421                                FAULT_FLAG_WRITE, NULL);
422         mmap_read_unlock(mm);
423
424         return ret < 0 ? ret : 0;
425 }
426
427 /**
428  * futex_top_waiter() - Return the highest priority waiter on a futex
429  * @hb:         the hash bucket the futex_q's reside in
430  * @key:        the futex key (to distinguish it from other futex futex_q's)
431  *
432  * Must be called with the hb lock held.
433  */
434 struct futex_q *futex_top_waiter(struct futex_hash_bucket *hb, union futex_key *key)
435 {
436         struct futex_q *this;
437
438         plist_for_each_entry(this, &hb->chain, list) {
439                 if (futex_match(&this->key, key))
440                         return this;
441         }
442         return NULL;
443 }
444
445 int futex_cmpxchg_value_locked(u32 *curval, u32 __user *uaddr, u32 uval, u32 newval)
446 {
447         int ret;
448
449         pagefault_disable();
450         ret = futex_atomic_cmpxchg_inatomic(curval, uaddr, uval, newval);
451         pagefault_enable();
452
453         return ret;
454 }
455
456 int futex_get_value_locked(u32 *dest, u32 __user *from)
457 {
458         int ret;
459
460         pagefault_disable();
461         ret = __get_user(*dest, from);
462         pagefault_enable();
463
464         return ret ? -EFAULT : 0;
465 }
466
467 /**
468  * wait_for_owner_exiting - Block until the owner has exited
469  * @ret: owner's current futex lock status
470  * @exiting:    Pointer to the exiting task
471  *
472  * Caller must hold a refcount on @exiting.
473  */
474 void wait_for_owner_exiting(int ret, struct task_struct *exiting)
475 {
476         if (ret != -EBUSY) {
477                 WARN_ON_ONCE(exiting);
478                 return;
479         }
480
481         if (WARN_ON_ONCE(ret == -EBUSY && !exiting))
482                 return;
483
484         mutex_lock(&exiting->futex_exit_mutex);
485         /*
486          * No point in doing state checking here. If the waiter got here
487          * while the task was in exec()->exec_futex_release() then it can
488          * have any FUTEX_STATE_* value when the waiter has acquired the
489          * mutex. OK, if running, EXITING or DEAD if it reached exit()
490          * already. Highly unlikely and not a problem. Just one more round
491          * through the futex maze.
492          */
493         mutex_unlock(&exiting->futex_exit_mutex);
494
495         put_task_struct(exiting);
496 }
497
498 /**
499  * __futex_unqueue() - Remove the futex_q from its futex_hash_bucket
500  * @q:  The futex_q to unqueue
501  *
502  * The q->lock_ptr must not be NULL and must be held by the caller.
503  */
504 void __futex_unqueue(struct futex_q *q)
505 {
506         struct futex_hash_bucket *hb;
507
508         if (WARN_ON_SMP(!q->lock_ptr) || WARN_ON(plist_node_empty(&q->list)))
509                 return;
510         lockdep_assert_held(q->lock_ptr);
511
512         hb = container_of(q->lock_ptr, struct futex_hash_bucket, lock);
513         plist_del(&q->list, &hb->chain);
514         futex_hb_waiters_dec(hb);
515 }
516
517 /* The key must be already stored in q->key. */
518 struct futex_hash_bucket *futex_q_lock(struct futex_q *q)
519         __acquires(&hb->lock)
520 {
521         struct futex_hash_bucket *hb;
522
523         hb = futex_hash(&q->key);
524
525         /*
526          * Increment the counter before taking the lock so that
527          * a potential waker won't miss a to-be-slept task that is
528          * waiting for the spinlock. This is safe as all futex_q_lock()
529          * users end up calling futex_queue(). Similarly, for housekeeping,
530          * decrement the counter at futex_q_unlock() when some error has
531          * occurred and we don't end up adding the task to the list.
532          */
533         futex_hb_waiters_inc(hb); /* implies smp_mb(); (A) */
534
535         q->lock_ptr = &hb->lock;
536
537         spin_lock(&hb->lock);
538         return hb;
539 }
540
541 void futex_q_unlock(struct futex_hash_bucket *hb)
542         __releases(&hb->lock)
543 {
544         spin_unlock(&hb->lock);
545         futex_hb_waiters_dec(hb);
546 }
547
548 void __futex_queue(struct futex_q *q, struct futex_hash_bucket *hb)
549 {
550         int prio;
551
552         /*
553          * The priority used to register this element is
554          * - either the real thread-priority for the real-time threads
555          * (i.e. threads with a priority lower than MAX_RT_PRIO)
556          * - or MAX_RT_PRIO for non-RT threads.
557          * Thus, all RT-threads are woken first in priority order, and
558          * the others are woken last, in FIFO order.
559          */
560         prio = min(current->normal_prio, MAX_RT_PRIO);
561
562         plist_node_init(&q->list, prio);
563         plist_add(&q->list, &hb->chain);
564         q->task = current;
565 }
566
567 /**
568  * futex_unqueue() - Remove the futex_q from its futex_hash_bucket
569  * @q:  The futex_q to unqueue
570  *
571  * The q->lock_ptr must not be held by the caller. A call to futex_unqueue() must
572  * be paired with exactly one earlier call to futex_queue().
573  *
574  * Return:
575  *  - 1 - if the futex_q was still queued (and we removed unqueued it);
576  *  - 0 - if the futex_q was already removed by the waking thread
577  */
578 int futex_unqueue(struct futex_q *q)
579 {
580         spinlock_t *lock_ptr;
581         int ret = 0;
582
583         /* In the common case we don't take the spinlock, which is nice. */
584 retry:
585         /*
586          * q->lock_ptr can change between this read and the following spin_lock.
587          * Use READ_ONCE to forbid the compiler from reloading q->lock_ptr and
588          * optimizing lock_ptr out of the logic below.
589          */
590         lock_ptr = READ_ONCE(q->lock_ptr);
591         if (lock_ptr != NULL) {
592                 spin_lock(lock_ptr);
593                 /*
594                  * q->lock_ptr can change between reading it and
595                  * spin_lock(), causing us to take the wrong lock.  This
596                  * corrects the race condition.
597                  *
598                  * Reasoning goes like this: if we have the wrong lock,
599                  * q->lock_ptr must have changed (maybe several times)
600                  * between reading it and the spin_lock().  It can
601                  * change again after the spin_lock() but only if it was
602                  * already changed before the spin_lock().  It cannot,
603                  * however, change back to the original value.  Therefore
604                  * we can detect whether we acquired the correct lock.
605                  */
606                 if (unlikely(lock_ptr != q->lock_ptr)) {
607                         spin_unlock(lock_ptr);
608                         goto retry;
609                 }
610                 __futex_unqueue(q);
611
612                 BUG_ON(q->pi_state);
613
614                 spin_unlock(lock_ptr);
615                 ret = 1;
616         }
617
618         return ret;
619 }
620
621 /*
622  * PI futexes can not be requeued and must remove themselves from the
623  * hash bucket. The hash bucket lock (i.e. lock_ptr) is held.
624  */
625 void futex_unqueue_pi(struct futex_q *q)
626 {
627         __futex_unqueue(q);
628
629         BUG_ON(!q->pi_state);
630         put_pi_state(q->pi_state);
631         q->pi_state = NULL;
632 }
633
634 /* Constants for the pending_op argument of handle_futex_death */
635 #define HANDLE_DEATH_PENDING    true
636 #define HANDLE_DEATH_LIST       false
637
638 /*
639  * Process a futex-list entry, check whether it's owned by the
640  * dying task, and do notification if so:
641  */
642 static int handle_futex_death(u32 __user *uaddr, struct task_struct *curr,
643                               bool pi, bool pending_op)
644 {
645         u32 uval, nval, mval;
646         int err;
647
648         /* Futex address must be 32bit aligned */
649         if ((((unsigned long)uaddr) % sizeof(*uaddr)) != 0)
650                 return -1;
651
652 retry:
653         if (get_user(uval, uaddr))
654                 return -1;
655
656         /*
657          * Special case for regular (non PI) futexes. The unlock path in
658          * user space has two race scenarios:
659          *
660          * 1. The unlock path releases the user space futex value and
661          *    before it can execute the futex() syscall to wake up
662          *    waiters it is killed.
663          *
664          * 2. A woken up waiter is killed before it can acquire the
665          *    futex in user space.
666          *
667          * In both cases the TID validation below prevents a wakeup of
668          * potential waiters which can cause these waiters to block
669          * forever.
670          *
671          * In both cases the following conditions are met:
672          *
673          *      1) task->robust_list->list_op_pending != NULL
674          *         @pending_op == true
675          *      2) User space futex value == 0
676          *      3) Regular futex: @pi == false
677          *
678          * If these conditions are met, it is safe to attempt waking up a
679          * potential waiter without touching the user space futex value and
680          * trying to set the OWNER_DIED bit. The user space futex value is
681          * uncontended and the rest of the user space mutex state is
682          * consistent, so a woken waiter will just take over the
683          * uncontended futex. Setting the OWNER_DIED bit would create
684          * inconsistent state and malfunction of the user space owner died
685          * handling.
686          */
687         if (pending_op && !pi && !uval) {
688                 futex_wake(uaddr, 1, 1, FUTEX_BITSET_MATCH_ANY);
689                 return 0;
690         }
691
692         if ((uval & FUTEX_TID_MASK) != task_pid_vnr(curr))
693                 return 0;
694
695         /*
696          * Ok, this dying thread is truly holding a futex
697          * of interest. Set the OWNER_DIED bit atomically
698          * via cmpxchg, and if the value had FUTEX_WAITERS
699          * set, wake up a waiter (if any). (We have to do a
700          * futex_wake() even if OWNER_DIED is already set -
701          * to handle the rare but possible case of recursive
702          * thread-death.) The rest of the cleanup is done in
703          * userspace.
704          */
705         mval = (uval & FUTEX_WAITERS) | FUTEX_OWNER_DIED;
706
707         /*
708          * We are not holding a lock here, but we want to have
709          * the pagefault_disable/enable() protection because
710          * we want to handle the fault gracefully. If the
711          * access fails we try to fault in the futex with R/W
712          * verification via get_user_pages. get_user() above
713          * does not guarantee R/W access. If that fails we
714          * give up and leave the futex locked.
715          */
716         if ((err = futex_cmpxchg_value_locked(&nval, uaddr, uval, mval))) {
717                 switch (err) {
718                 case -EFAULT:
719                         if (fault_in_user_writeable(uaddr))
720                                 return -1;
721                         goto retry;
722
723                 case -EAGAIN:
724                         cond_resched();
725                         goto retry;
726
727                 default:
728                         WARN_ON_ONCE(1);
729                         return err;
730                 }
731         }
732
733         if (nval != uval)
734                 goto retry;
735
736         /*
737          * Wake robust non-PI futexes here. The wakeup of
738          * PI futexes happens in exit_pi_state():
739          */
740         if (!pi && (uval & FUTEX_WAITERS))
741                 futex_wake(uaddr, 1, 1, FUTEX_BITSET_MATCH_ANY);
742
743         return 0;
744 }
745
746 /*
747  * Fetch a robust-list pointer. Bit 0 signals PI futexes:
748  */
749 static inline int fetch_robust_entry(struct robust_list __user **entry,
750                                      struct robust_list __user * __user *head,
751                                      unsigned int *pi)
752 {
753         unsigned long uentry;
754
755         if (get_user(uentry, (unsigned long __user *)head))
756                 return -EFAULT;
757
758         *entry = (void __user *)(uentry & ~1UL);
759         *pi = uentry & 1;
760
761         return 0;
762 }
763
764 /*
765  * Walk curr->robust_list (very carefully, it's a userspace list!)
766  * and mark any locks found there dead, and notify any waiters.
767  *
768  * We silently return on any sign of list-walking problem.
769  */
770 static void exit_robust_list(struct task_struct *curr)
771 {
772         struct robust_list_head __user *head = curr->robust_list;
773         struct robust_list __user *entry, *next_entry, *pending;
774         unsigned int limit = ROBUST_LIST_LIMIT, pi, pip;
775         unsigned int next_pi;
776         unsigned long futex_offset;
777         int rc;
778
779         if (!futex_cmpxchg_enabled)
780                 return;
781
782         /*
783          * Fetch the list head (which was registered earlier, via
784          * sys_set_robust_list()):
785          */
786         if (fetch_robust_entry(&entry, &head->list.next, &pi))
787                 return;
788         /*
789          * Fetch the relative futex offset:
790          */
791         if (get_user(futex_offset, &head->futex_offset))
792                 return;
793         /*
794          * Fetch any possibly pending lock-add first, and handle it
795          * if it exists:
796          */
797         if (fetch_robust_entry(&pending, &head->list_op_pending, &pip))
798                 return;
799
800         next_entry = NULL;      /* avoid warning with gcc */
801         while (entry != &head->list) {
802                 /*
803                  * Fetch the next entry in the list before calling
804                  * handle_futex_death:
805                  */
806                 rc = fetch_robust_entry(&next_entry, &entry->next, &next_pi);
807                 /*
808                  * A pending lock might already be on the list, so
809                  * don't process it twice:
810                  */
811                 if (entry != pending) {
812                         if (handle_futex_death((void __user *)entry + futex_offset,
813                                                 curr, pi, HANDLE_DEATH_LIST))
814                                 return;
815                 }
816                 if (rc)
817                         return;
818                 entry = next_entry;
819                 pi = next_pi;
820                 /*
821                  * Avoid excessively long or circular lists:
822                  */
823                 if (!--limit)
824                         break;
825
826                 cond_resched();
827         }
828
829         if (pending) {
830                 handle_futex_death((void __user *)pending + futex_offset,
831                                    curr, pip, HANDLE_DEATH_PENDING);
832         }
833 }
834
835 #ifdef CONFIG_COMPAT
836 static void __user *futex_uaddr(struct robust_list __user *entry,
837                                 compat_long_t futex_offset)
838 {
839         compat_uptr_t base = ptr_to_compat(entry);
840         void __user *uaddr = compat_ptr(base + futex_offset);
841
842         return uaddr;
843 }
844
845 /*
846  * Fetch a robust-list pointer. Bit 0 signals PI futexes:
847  */
848 static inline int
849 compat_fetch_robust_entry(compat_uptr_t *uentry, struct robust_list __user **entry,
850                    compat_uptr_t __user *head, unsigned int *pi)
851 {
852         if (get_user(*uentry, head))
853                 return -EFAULT;
854
855         *entry = compat_ptr((*uentry) & ~1);
856         *pi = (unsigned int)(*uentry) & 1;
857
858         return 0;
859 }
860
861 /*
862  * Walk curr->robust_list (very carefully, it's a userspace list!)
863  * and mark any locks found there dead, and notify any waiters.
864  *
865  * We silently return on any sign of list-walking problem.
866  */
867 static void compat_exit_robust_list(struct task_struct *curr)
868 {
869         struct compat_robust_list_head __user *head = curr->compat_robust_list;
870         struct robust_list __user *entry, *next_entry, *pending;
871         unsigned int limit = ROBUST_LIST_LIMIT, pi, pip;
872         unsigned int next_pi;
873         compat_uptr_t uentry, next_uentry, upending;
874         compat_long_t futex_offset;
875         int rc;
876
877         if (!futex_cmpxchg_enabled)
878                 return;
879
880         /*
881          * Fetch the list head (which was registered earlier, via
882          * sys_set_robust_list()):
883          */
884         if (compat_fetch_robust_entry(&uentry, &entry, &head->list.next, &pi))
885                 return;
886         /*
887          * Fetch the relative futex offset:
888          */
889         if (get_user(futex_offset, &head->futex_offset))
890                 return;
891         /*
892          * Fetch any possibly pending lock-add first, and handle it
893          * if it exists:
894          */
895         if (compat_fetch_robust_entry(&upending, &pending,
896                                &head->list_op_pending, &pip))
897                 return;
898
899         next_entry = NULL;      /* avoid warning with gcc */
900         while (entry != (struct robust_list __user *) &head->list) {
901                 /*
902                  * Fetch the next entry in the list before calling
903                  * handle_futex_death:
904                  */
905                 rc = compat_fetch_robust_entry(&next_uentry, &next_entry,
906                         (compat_uptr_t __user *)&entry->next, &next_pi);
907                 /*
908                  * A pending lock might already be on the list, so
909                  * dont process it twice:
910                  */
911                 if (entry != pending) {
912                         void __user *uaddr = futex_uaddr(entry, futex_offset);
913
914                         if (handle_futex_death(uaddr, curr, pi,
915                                                HANDLE_DEATH_LIST))
916                                 return;
917                 }
918                 if (rc)
919                         return;
920                 uentry = next_uentry;
921                 entry = next_entry;
922                 pi = next_pi;
923                 /*
924                  * Avoid excessively long or circular lists:
925                  */
926                 if (!--limit)
927                         break;
928
929                 cond_resched();
930         }
931         if (pending) {
932                 void __user *uaddr = futex_uaddr(pending, futex_offset);
933
934                 handle_futex_death(uaddr, curr, pip, HANDLE_DEATH_PENDING);
935         }
936 }
937 #endif
938
939 #ifdef CONFIG_FUTEX_PI
940
941 /*
942  * This task is holding PI mutexes at exit time => bad.
943  * Kernel cleans up PI-state, but userspace is likely hosed.
944  * (Robust-futex cleanup is separate and might save the day for userspace.)
945  */
946 static void exit_pi_state_list(struct task_struct *curr)
947 {
948         struct list_head *next, *head = &curr->pi_state_list;
949         struct futex_pi_state *pi_state;
950         struct futex_hash_bucket *hb;
951         union futex_key key = FUTEX_KEY_INIT;
952
953         if (!futex_cmpxchg_enabled)
954                 return;
955         /*
956          * We are a ZOMBIE and nobody can enqueue itself on
957          * pi_state_list anymore, but we have to be careful
958          * versus waiters unqueueing themselves:
959          */
960         raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
961         while (!list_empty(head)) {
962                 next = head->next;
963                 pi_state = list_entry(next, struct futex_pi_state, list);
964                 key = pi_state->key;
965                 hb = futex_hash(&key);
966
967                 /*
968                  * We can race against put_pi_state() removing itself from the
969                  * list (a waiter going away). put_pi_state() will first
970                  * decrement the reference count and then modify the list, so
971                  * its possible to see the list entry but fail this reference
972                  * acquire.
973                  *
974                  * In that case; drop the locks to let put_pi_state() make
975                  * progress and retry the loop.
976                  */
977                 if (!refcount_inc_not_zero(&pi_state->refcount)) {
978                         raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
979                         cpu_relax();
980                         raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
981                         continue;
982                 }
983                 raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
984
985                 spin_lock(&hb->lock);
986                 raw_spin_lock_irq(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
987                 raw_spin_lock(&curr->pi_lock);
988                 /*
989                  * We dropped the pi-lock, so re-check whether this
990                  * task still owns the PI-state:
991                  */
992                 if (head->next != next) {
993                         /* retain curr->pi_lock for the loop invariant */
994                         raw_spin_unlock(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
995                         spin_unlock(&hb->lock);
996                         put_pi_state(pi_state);
997                         continue;
998                 }
999
1000                 WARN_ON(pi_state->owner != curr);
1001                 WARN_ON(list_empty(&pi_state->list));
1002                 list_del_init(&pi_state->list);
1003                 pi_state->owner = NULL;
1004
1005                 raw_spin_unlock(&curr->pi_lock);
1006                 raw_spin_unlock_irq(&pi_state->pi_mutex.wait_lock);
1007                 spin_unlock(&hb->lock);
1008
1009                 rt_mutex_futex_unlock(&pi_state->pi_mutex);
1010                 put_pi_state(pi_state);
1011
1012                 raw_spin_lock_irq(&curr->pi_lock);
1013         }
1014         raw_spin_unlock_irq(&curr->pi_lock);
1015 }
1016 #else
1017 static inline void exit_pi_state_list(struct task_struct *curr) { }
1018 #endif
1019
1020 static void futex_cleanup(struct task_struct *tsk)
1021 {
1022         if (unlikely(tsk->robust_list)) {
1023                 exit_robust_list(tsk);
1024                 tsk->robust_list = NULL;
1025         }
1026
1027 #ifdef CONFIG_COMPAT
1028         if (unlikely(tsk->compat_robust_list)) {
1029                 compat_exit_robust_list(tsk);
1030                 tsk->compat_robust_list = NULL;
1031         }
1032 #endif
1033
1034         if (unlikely(!list_empty(&tsk->pi_state_list)))
1035                 exit_pi_state_list(tsk);
1036 }
1037
1038 /**
1039  * futex_exit_recursive - Set the tasks futex state to FUTEX_STATE_DEAD
1040  * @tsk:        task to set the state on
1041  *
1042  * Set the futex exit state of the task lockless. The futex waiter code
1043  * observes that state when a task is exiting and loops until the task has
1044  * actually finished the futex cleanup. The worst case for this is that the
1045  * waiter runs through the wait loop until the state becomes visible.
1046  *
1047  * This is called from the recursive fault handling path in do_exit().
1048  *
1049  * This is best effort. Either the futex exit code has run already or
1050  * not. If the OWNER_DIED bit has been set on the futex then the waiter can
1051  * take it over. If not, the problem is pushed back to user space. If the
1052  * futex exit code did not run yet, then an already queued waiter might
1053  * block forever, but there is nothing which can be done about that.
1054  */
1055 void futex_exit_recursive(struct task_struct *tsk)
1056 {
1057         /* If the state is FUTEX_STATE_EXITING then futex_exit_mutex is held */
1058         if (tsk->futex_state == FUTEX_STATE_EXITING)
1059                 mutex_unlock(&tsk->futex_exit_mutex);
1060         tsk->futex_state = FUTEX_STATE_DEAD;
1061 }
1062
1063 static void futex_cleanup_begin(struct task_struct *tsk)
1064 {
1065         /*
1066          * Prevent various race issues against a concurrent incoming waiter
1067          * including live locks by forcing the waiter to block on
1068          * tsk->futex_exit_mutex when it observes FUTEX_STATE_EXITING in
1069          * attach_to_pi_owner().
1070          */
1071         mutex_lock(&tsk->futex_exit_mutex);
1072
1073         /*
1074          * Switch the state to FUTEX_STATE_EXITING under tsk->pi_lock.
1075          *
1076          * This ensures that all subsequent checks of tsk->futex_state in
1077          * attach_to_pi_owner() must observe FUTEX_STATE_EXITING with
1078          * tsk->pi_lock held.
1079          *
1080          * It guarantees also that a pi_state which was queued right before
1081          * the state change under tsk->pi_lock by a concurrent waiter must
1082          * be observed in exit_pi_state_list().
1083          */
1084         raw_spin_lock_irq(&tsk->pi_lock);
1085         tsk->futex_state = FUTEX_STATE_EXITING;
1086         raw_spin_unlock_irq(&tsk->pi_lock);
1087 }
1088
1089 static void futex_cleanup_end(struct task_struct *tsk, int state)
1090 {
1091         /*
1092          * Lockless store. The only side effect is that an observer might
1093          * take another loop until it becomes visible.
1094          */
1095         tsk->futex_state = state;
1096         /*
1097          * Drop the exit protection. This unblocks waiters which observed
1098          * FUTEX_STATE_EXITING to reevaluate the state.
1099          */
1100         mutex_unlock(&tsk->futex_exit_mutex);
1101 }
1102
1103 void futex_exec_release(struct task_struct *tsk)
1104 {
1105         /*
1106          * The state handling is done for consistency, but in the case of
1107          * exec() there is no way to prevent further damage as the PID stays
1108          * the same. But for the unlikely and arguably buggy case that a
1109          * futex is held on exec(), this provides at least as much state
1110          * consistency protection which is possible.
1111          */
1112         futex_cleanup_begin(tsk);
1113         futex_cleanup(tsk);
1114         /*
1115          * Reset the state to FUTEX_STATE_OK. The task is alive and about
1116          * exec a new binary.
1117          */
1118         futex_cleanup_end(tsk, FUTEX_STATE_OK);
1119 }
1120
1121 void futex_exit_release(struct task_struct *tsk)
1122 {
1123         futex_cleanup_begin(tsk);
1124         futex_cleanup(tsk);
1125         futex_cleanup_end(tsk, FUTEX_STATE_DEAD);
1126 }
1127
1128 static void __init futex_detect_cmpxchg(void)
1129 {
1130 #ifndef CONFIG_HAVE_FUTEX_CMPXCHG
1131         u32 curval;
1132
1133         /*
1134          * This will fail and we want it. Some arch implementations do
1135          * runtime detection of the futex_atomic_cmpxchg_inatomic()
1136          * functionality. We want to know that before we call in any
1137          * of the complex code paths. Also we want to prevent
1138          * registration of robust lists in that case. NULL is
1139          * guaranteed to fault and we get -EFAULT on functional
1140          * implementation, the non-functional ones will return
1141          * -ENOSYS.
1142          */
1143         if (futex_cmpxchg_value_locked(&curval, NULL, 0, 0) == -EFAULT)
1144                 futex_cmpxchg_enabled = 1;
1145 #endif
1146 }
1147
1148 static int __init futex_init(void)
1149 {
1150         unsigned int futex_shift;
1151         unsigned long i;
1152
1153 #if CONFIG_BASE_SMALL
1154         futex_hashsize = 16;
1155 #else
1156         futex_hashsize = roundup_pow_of_two(256 * num_possible_cpus());
1157 #endif
1158
1159         futex_queues = alloc_large_system_hash("futex", sizeof(*futex_queues),
1160                                                futex_hashsize, 0,
1161                                                futex_hashsize < 256 ? HASH_SMALL : 0,
1162                                                &futex_shift, NULL,
1163                                                futex_hashsize, futex_hashsize);
1164         futex_hashsize = 1UL << futex_shift;
1165
1166         futex_detect_cmpxchg();
1167
1168         for (i = 0; i < futex_hashsize; i++) {
1169                 atomic_set(&futex_queues[i].waiters, 0);
1170                 plist_head_init(&futex_queues[i].chain);
1171                 spin_lock_init(&futex_queues[i].lock);
1172         }
1173
1174         return 0;
1175 }
1176 core_initcall(futex_init);