xref: /linux/net/xdp/xdp_umem.c (revision 537cf4e3cc2f6cc9088dcd6162de573f603adc29)
1c0c77d8fSBjörn Töpel // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2c0c77d8fSBjörn Töpel /* XDP user-space packet buffer
3c0c77d8fSBjörn Töpel  * Copyright(c) 2018 Intel Corporation.
4c0c77d8fSBjörn Töpel  */
5c0c77d8fSBjörn Töpel 
6c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/init.h>
7c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/sched/mm.h>
8c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/sched/signal.h>
9c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/sched/task.h>
10c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/uaccess.h>
11c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/slab.h>
12c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/bpf.h>
13c0c77d8fSBjörn Töpel #include <linux/mm.h>
1484c6b868SJakub Kicinski #include <linux/netdevice.h>
1584c6b868SJakub Kicinski #include <linux/rtnetlink.h>
1650e74c01SBjörn Töpel #include <linux/idr.h>
17624676e7SIvan Khoronzhuk #include <linux/vmalloc.h>
18c0c77d8fSBjörn Töpel 
19c0c77d8fSBjörn Töpel #include "xdp_umem.h"
20e61e62b9SBjörn Töpel #include "xsk_queue.h"
21c0c77d8fSBjörn Töpel 
22bbff2f32SBjörn Töpel #define XDP_UMEM_MIN_CHUNK_SIZE 2048
23c0c77d8fSBjörn Töpel 
2450e74c01SBjörn Töpel static DEFINE_IDA(umem_ida);
2550e74c01SBjörn Töpel 
26c0c77d8fSBjörn Töpel static void xdp_umem_unpin_pages(struct xdp_umem *umem)
27c0c77d8fSBjörn Töpel {
28f1f6a7ddSJohn Hubbard 	unpin_user_pages_dirty_lock(umem->pgs, umem->npgs, true);
29c0c77d8fSBjörn Töpel 
30c0c77d8fSBjörn Töpel 	kfree(umem->pgs);
31c0c77d8fSBjörn Töpel 	umem->pgs = NULL;
32c0c77d8fSBjörn Töpel }
33c0c77d8fSBjörn Töpel 
34c0c77d8fSBjörn Töpel static void xdp_umem_unaccount_pages(struct xdp_umem *umem)
35c0c77d8fSBjörn Töpel {
36c09290c5SDaniel Borkmann 	if (umem->user) {
37c0c77d8fSBjörn Töpel 		atomic_long_sub(umem->npgs, &umem->user->locked_vm);
38c0c77d8fSBjörn Töpel 		free_uid(umem->user);
39c0c77d8fSBjörn Töpel 	}
40c09290c5SDaniel Borkmann }
41c0c77d8fSBjörn Töpel 
427f7ffa4eSMagnus Karlsson static void xdp_umem_addr_unmap(struct xdp_umem *umem)
437f7ffa4eSMagnus Karlsson {
447f7ffa4eSMagnus Karlsson 	vunmap(umem->addrs);
457f7ffa4eSMagnus Karlsson 	umem->addrs = NULL;
467f7ffa4eSMagnus Karlsson }
477f7ffa4eSMagnus Karlsson 
487f7ffa4eSMagnus Karlsson static int xdp_umem_addr_map(struct xdp_umem *umem, struct page **pages,
497f7ffa4eSMagnus Karlsson 			     u32 nr_pages)
507f7ffa4eSMagnus Karlsson {
517f7ffa4eSMagnus Karlsson 	umem->addrs = vmap(pages, nr_pages, VM_MAP, PAGE_KERNEL);
527f7ffa4eSMagnus Karlsson 	if (!umem->addrs)
537f7ffa4eSMagnus Karlsson 		return -ENOMEM;
547f7ffa4eSMagnus Karlsson 	return 0;
557f7ffa4eSMagnus Karlsson }
567f7ffa4eSMagnus Karlsson 
57c0c77d8fSBjörn Töpel static void xdp_umem_release(struct xdp_umem *umem)
58c0c77d8fSBjörn Töpel {
59c2d3d6a4SMagnus Karlsson 	umem->zc = false;
6050e74c01SBjörn Töpel 	ida_simple_remove(&umem_ida, umem->id);
6150e74c01SBjörn Töpel 
627f7ffa4eSMagnus Karlsson 	xdp_umem_addr_unmap(umem);
63c0c77d8fSBjörn Töpel 	xdp_umem_unpin_pages(umem);
64c0c77d8fSBjörn Töpel 
65c0c77d8fSBjörn Töpel 	xdp_umem_unaccount_pages(umem);
66c0c77d8fSBjörn Töpel 	kfree(umem);
67c0c77d8fSBjörn Töpel }
68c0c77d8fSBjörn Töpel 
69*537cf4e3SMagnus Karlsson static void xdp_umem_release_deferred(struct work_struct *work)
70*537cf4e3SMagnus Karlsson {
71*537cf4e3SMagnus Karlsson 	struct xdp_umem *umem = container_of(work, struct xdp_umem, work);
72*537cf4e3SMagnus Karlsson 
73*537cf4e3SMagnus Karlsson 	xdp_umem_release(umem);
74*537cf4e3SMagnus Karlsson }
75*537cf4e3SMagnus Karlsson 
76c0c77d8fSBjörn Töpel void xdp_get_umem(struct xdp_umem *umem)
77c0c77d8fSBjörn Töpel {
78d3b42f14SBjörn Töpel 	refcount_inc(&umem->users);
79c0c77d8fSBjörn Töpel }
80c0c77d8fSBjörn Töpel 
81*537cf4e3SMagnus Karlsson void xdp_put_umem(struct xdp_umem *umem, bool defer_cleanup)
82c0c77d8fSBjörn Töpel {
83c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (!umem)
84c0c77d8fSBjörn Töpel 		return;
85c0c77d8fSBjörn Töpel 
86*537cf4e3SMagnus Karlsson 	if (refcount_dec_and_test(&umem->users)) {
87*537cf4e3SMagnus Karlsson 		if (defer_cleanup) {
88*537cf4e3SMagnus Karlsson 			INIT_WORK(&umem->work, xdp_umem_release_deferred);
89*537cf4e3SMagnus Karlsson 			schedule_work(&umem->work);
90*537cf4e3SMagnus Karlsson 		} else {
911c1efc2aSMagnus Karlsson 			xdp_umem_release(umem);
92c0c77d8fSBjörn Töpel 		}
93*537cf4e3SMagnus Karlsson 	}
94*537cf4e3SMagnus Karlsson }
95c0c77d8fSBjörn Töpel 
9607bf2d97SMagnus Karlsson static int xdp_umem_pin_pages(struct xdp_umem *umem, unsigned long address)
97c0c77d8fSBjörn Töpel {
98c0c77d8fSBjörn Töpel 	unsigned int gup_flags = FOLL_WRITE;
99c0c77d8fSBjörn Töpel 	long npgs;
100c0c77d8fSBjörn Töpel 	int err;
101c0c77d8fSBjörn Töpel 
102a343993cSBjörn Töpel 	umem->pgs = kcalloc(umem->npgs, sizeof(*umem->pgs),
103a343993cSBjörn Töpel 			    GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN);
104c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (!umem->pgs)
105c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -ENOMEM;
106c0c77d8fSBjörn Töpel 
107d8ed45c5SMichel Lespinasse 	mmap_read_lock(current->mm);
10807bf2d97SMagnus Karlsson 	npgs = pin_user_pages(address, umem->npgs,
109932f4a63SIra Weiny 			      gup_flags | FOLL_LONGTERM, &umem->pgs[0], NULL);
110d8ed45c5SMichel Lespinasse 	mmap_read_unlock(current->mm);
111c0c77d8fSBjörn Töpel 
112c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (npgs != umem->npgs) {
113c0c77d8fSBjörn Töpel 		if (npgs >= 0) {
114c0c77d8fSBjörn Töpel 			umem->npgs = npgs;
115c0c77d8fSBjörn Töpel 			err = -ENOMEM;
116c0c77d8fSBjörn Töpel 			goto out_pin;
117c0c77d8fSBjörn Töpel 		}
118c0c77d8fSBjörn Töpel 		err = npgs;
119c0c77d8fSBjörn Töpel 		goto out_pgs;
120c0c77d8fSBjörn Töpel 	}
121c0c77d8fSBjörn Töpel 	return 0;
122c0c77d8fSBjörn Töpel 
123c0c77d8fSBjörn Töpel out_pin:
124c0c77d8fSBjörn Töpel 	xdp_umem_unpin_pages(umem);
125c0c77d8fSBjörn Töpel out_pgs:
126c0c77d8fSBjörn Töpel 	kfree(umem->pgs);
127c0c77d8fSBjörn Töpel 	umem->pgs = NULL;
128c0c77d8fSBjörn Töpel 	return err;
129c0c77d8fSBjörn Töpel }
130c0c77d8fSBjörn Töpel 
131c0c77d8fSBjörn Töpel static int xdp_umem_account_pages(struct xdp_umem *umem)
132c0c77d8fSBjörn Töpel {
133c0c77d8fSBjörn Töpel 	unsigned long lock_limit, new_npgs, old_npgs;
134c0c77d8fSBjörn Töpel 
135c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (capable(CAP_IPC_LOCK))
136c0c77d8fSBjörn Töpel 		return 0;
137c0c77d8fSBjörn Töpel 
138c0c77d8fSBjörn Töpel 	lock_limit = rlimit(RLIMIT_MEMLOCK) >> PAGE_SHIFT;
139c0c77d8fSBjörn Töpel 	umem->user = get_uid(current_user());
140c0c77d8fSBjörn Töpel 
141c0c77d8fSBjörn Töpel 	do {
142c0c77d8fSBjörn Töpel 		old_npgs = atomic_long_read(&umem->user->locked_vm);
143c0c77d8fSBjörn Töpel 		new_npgs = old_npgs + umem->npgs;
144c0c77d8fSBjörn Töpel 		if (new_npgs > lock_limit) {
145c0c77d8fSBjörn Töpel 			free_uid(umem->user);
146c0c77d8fSBjörn Töpel 			umem->user = NULL;
147c0c77d8fSBjörn Töpel 			return -ENOBUFS;
148c0c77d8fSBjörn Töpel 		}
149c0c77d8fSBjörn Töpel 	} while (atomic_long_cmpxchg(&umem->user->locked_vm, old_npgs,
150c0c77d8fSBjörn Töpel 				     new_npgs) != old_npgs);
151c0c77d8fSBjörn Töpel 	return 0;
152c0c77d8fSBjörn Töpel }
153c0c77d8fSBjörn Töpel 
154a49049eaSBjörn Töpel static int xdp_umem_reg(struct xdp_umem *umem, struct xdp_umem_reg *mr)
155c0c77d8fSBjörn Töpel {
1562b1667e5SBjörn Töpel 	u32 npgs_rem, chunk_size = mr->chunk_size, headroom = mr->headroom;
157c05cd364SKevin Laatz 	bool unaligned_chunks = mr->flags & XDP_UMEM_UNALIGNED_CHUNK_FLAG;
158b16a87d0SBjörn Töpel 	u64 npgs, addr = mr->addr, size = mr->len;
1592b1667e5SBjörn Töpel 	unsigned int chunks, chunks_rem;
16099e3a236SMagnus Karlsson 	int err;
161c0c77d8fSBjörn Töpel 
162bbff2f32SBjörn Töpel 	if (chunk_size < XDP_UMEM_MIN_CHUNK_SIZE || chunk_size > PAGE_SIZE) {
163c0c77d8fSBjörn Töpel 		/* Strictly speaking we could support this, if:
164c0c77d8fSBjörn Töpel 		 * - huge pages, or*
165c0c77d8fSBjörn Töpel 		 * - using an IOMMU, or
166c0c77d8fSBjörn Töpel 		 * - making sure the memory area is consecutive
167c0c77d8fSBjörn Töpel 		 * but for now, we simply say "computer says no".
168c0c77d8fSBjörn Töpel 		 */
169c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
170c0c77d8fSBjörn Töpel 	}
171c0c77d8fSBjörn Töpel 
172c2d3d6a4SMagnus Karlsson 	if (mr->flags & ~XDP_UMEM_UNALIGNED_CHUNK_FLAG)
173c05cd364SKevin Laatz 		return -EINVAL;
174c05cd364SKevin Laatz 
175c05cd364SKevin Laatz 	if (!unaligned_chunks && !is_power_of_2(chunk_size))
176c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
177c0c77d8fSBjörn Töpel 
178c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (!PAGE_ALIGNED(addr)) {
179c0c77d8fSBjörn Töpel 		/* Memory area has to be page size aligned. For
180c0c77d8fSBjörn Töpel 		 * simplicity, this might change.
181c0c77d8fSBjörn Töpel 		 */
182c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
183c0c77d8fSBjörn Töpel 	}
184c0c77d8fSBjörn Töpel 
185c0c77d8fSBjörn Töpel 	if ((addr + size) < addr)
186c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
187c0c77d8fSBjörn Töpel 
1882b1667e5SBjörn Töpel 	npgs = div_u64_rem(size, PAGE_SIZE, &npgs_rem);
1892b1667e5SBjörn Töpel 	if (npgs_rem)
1902b1667e5SBjörn Töpel 		npgs++;
191b16a87d0SBjörn Töpel 	if (npgs > U32_MAX)
192b16a87d0SBjörn Töpel 		return -EINVAL;
193b16a87d0SBjörn Töpel 
1942b1667e5SBjörn Töpel 	chunks = (unsigned int)div_u64_rem(size, chunk_size, &chunks_rem);
195bbff2f32SBjörn Töpel 	if (chunks == 0)
196c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
197c0c77d8fSBjörn Töpel 
1982b1667e5SBjörn Töpel 	if (!unaligned_chunks && chunks_rem)
199c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
200c0c77d8fSBjörn Töpel 
20199e3a236SMagnus Karlsson 	if (headroom >= chunk_size - XDP_PACKET_HEADROOM)
202c0c77d8fSBjörn Töpel 		return -EINVAL;
203c0c77d8fSBjörn Töpel 
20493ee30f3SMagnus Karlsson 	umem->size = size;
205bbff2f32SBjörn Töpel 	umem->headroom = headroom;
2062b43470aSBjörn Töpel 	umem->chunk_size = chunk_size;
2071c1efc2aSMagnus Karlsson 	umem->chunks = chunks;
208b16a87d0SBjörn Töpel 	umem->npgs = (u32)npgs;
209c0c77d8fSBjörn Töpel 	umem->pgs = NULL;
210c0c77d8fSBjörn Töpel 	umem->user = NULL;
211c05cd364SKevin Laatz 	umem->flags = mr->flags;
212c0c77d8fSBjörn Töpel 
213921b6869SMagnus Karlsson 	INIT_LIST_HEAD(&umem->xsk_dma_list);
214d3b42f14SBjörn Töpel 	refcount_set(&umem->users, 1);
215c0c77d8fSBjörn Töpel 
216c0c77d8fSBjörn Töpel 	err = xdp_umem_account_pages(umem);
217c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (err)
218044175a0SBjörn Töpel 		return err;
219c0c77d8fSBjörn Töpel 
22007bf2d97SMagnus Karlsson 	err = xdp_umem_pin_pages(umem, (unsigned long)addr);
221c0c77d8fSBjörn Töpel 	if (err)
222c0c77d8fSBjörn Töpel 		goto out_account;
2238aef7340SBjörn Töpel 
2247f7ffa4eSMagnus Karlsson 	err = xdp_umem_addr_map(umem, umem->pgs, umem->npgs);
2257f7ffa4eSMagnus Karlsson 	if (err)
2267f7ffa4eSMagnus Karlsson 		goto out_unpin;
2277f7ffa4eSMagnus Karlsson 
228c0c77d8fSBjörn Töpel 	return 0;
229c0c77d8fSBjörn Töpel 
2307f7ffa4eSMagnus Karlsson out_unpin:
2317f7ffa4eSMagnus Karlsson 	xdp_umem_unpin_pages(umem);
232c0c77d8fSBjörn Töpel out_account:
233c0c77d8fSBjörn Töpel 	xdp_umem_unaccount_pages(umem);
234c0c77d8fSBjörn Töpel 	return err;
235c0c77d8fSBjörn Töpel }
236965a9909SMagnus Karlsson 
237a49049eaSBjörn Töpel struct xdp_umem *xdp_umem_create(struct xdp_umem_reg *mr)
238a49049eaSBjörn Töpel {
239a49049eaSBjörn Töpel 	struct xdp_umem *umem;
240a49049eaSBjörn Töpel 	int err;
241a49049eaSBjörn Töpel 
242a49049eaSBjörn Töpel 	umem = kzalloc(sizeof(*umem), GFP_KERNEL);
243a49049eaSBjörn Töpel 	if (!umem)
244a49049eaSBjörn Töpel 		return ERR_PTR(-ENOMEM);
245a49049eaSBjörn Töpel 
24650e74c01SBjörn Töpel 	err = ida_simple_get(&umem_ida, 0, 0, GFP_KERNEL);
24750e74c01SBjörn Töpel 	if (err < 0) {
24850e74c01SBjörn Töpel 		kfree(umem);
24950e74c01SBjörn Töpel 		return ERR_PTR(err);
25050e74c01SBjörn Töpel 	}
25150e74c01SBjörn Töpel 	umem->id = err;
25250e74c01SBjörn Töpel 
253a49049eaSBjörn Töpel 	err = xdp_umem_reg(umem, mr);
254a49049eaSBjörn Töpel 	if (err) {
25550e74c01SBjörn Töpel 		ida_simple_remove(&umem_ida, umem->id);
256a49049eaSBjörn Töpel 		kfree(umem);
257a49049eaSBjörn Töpel 		return ERR_PTR(err);
258a49049eaSBjörn Töpel 	}
259a49049eaSBjörn Töpel 
260a49049eaSBjörn Töpel 	return umem;
261a49049eaSBjörn Töpel }
262