pids: alloc_pidmap: remove the unnecessary boundary checks
[linux-2.6.git] / 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/rculist.h>
34 #include <linux/bootmem.h>
35 #include <linux/hash.h>
36 #include <linux/pid_namespace.h>
37 #include <linux/init_task.h>
38 #include <linux/syscalls.h>
39
40 #define pid_hashfn(nr, ns)      \
41         hash_long((unsigned long)nr + (unsigned long)ns, pidhash_shift)
42 static struct hlist_head *pid_hash;
43 static unsigned int pidhash_shift = 4;
44 struct pid init_struct_pid = INIT_STRUCT_PID;
45
46 int pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
47
48 #define RESERVED_PIDS           300
49
50 int pid_max_min = RESERVED_PIDS + 1;
51 int pid_max_max = PID_MAX_LIMIT;
52
53 #define BITS_PER_PAGE           (PAGE_SIZE*8)
54 #define BITS_PER_PAGE_MASK      (BITS_PER_PAGE-1)
55
56 static inline int mk_pid(struct pid_namespace *pid_ns,
57                 struct pidmap *map, int off)
58 {
59         return (map - pid_ns->pidmap)*BITS_PER_PAGE + off;
60 }
61
62 #define find_next_offset(map, off)                                      \
63                 find_next_zero_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, off)
64
65 /*
66  * PID-map pages start out as NULL, they get allocated upon
67  * first use and are never deallocated. This way a low pid_max
68  * value does not cause lots of bitmaps to be allocated, but
69  * the scheme scales to up to 4 million PIDs, runtime.
70  */
71 struct pid_namespace init_pid_ns = {
72         .kref = {
73                 .refcount       = ATOMIC_INIT(2),
74         },
75         .pidmap = {
76                 [ 0 ... PIDMAP_ENTRIES-1] = { ATOMIC_INIT(BITS_PER_PAGE), NULL }
77         },
78         .last_pid = 0,
79         .level = 0,
80         .child_reaper = &init_task,
81 };
82 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_pid_ns);
83
84 int is_container_init(struct task_struct *tsk)
85 {
86         int ret = 0;
87         struct pid *pid;
88
89         rcu_read_lock();
90         pid = task_pid(tsk);
91         if (pid != NULL && pid->numbers[pid->level].nr == 1)
92                 ret = 1;
93         rcu_read_unlock();
94
95         return ret;
96 }
97 EXPORT_SYMBOL(is_container_init);
98
99 /*
100  * Note: disable interrupts while the pidmap_lock is held as an
101  * interrupt might come in and do read_lock(&tasklist_lock).
102  *
103  * If we don't disable interrupts there is a nasty deadlock between
104  * detach_pid()->free_pid() and another cpu that does
105  * spin_lock(&pidmap_lock) followed by an interrupt routine that does
106  * read_lock(&tasklist_lock);
107  *
108  * After we clean up the tasklist_lock and know there are no
109  * irq handlers that take it we can leave the interrupts enabled.
110  * For now it is easier to be safe than to prove it can't happen.
111  */
112
113 static  __cacheline_aligned_in_smp DEFINE_SPINLOCK(pidmap_lock);
114
115 static void free_pidmap(struct upid *upid)
116 {
117         int nr = upid->nr;
118         struct pidmap *map = upid->ns->pidmap + nr / BITS_PER_PAGE;
119         int offset = nr & BITS_PER_PAGE_MASK;
120
121         clear_bit(offset, map->page);
122         atomic_inc(&map->nr_free);
123 }
124
125 /*
126  * If we started walking pids at 'base', is 'a' seen before 'b'?
127  */
128 static int pid_before(int base, int a, int b)
129 {
130         /*
131          * This is the same as saying
132          *
133          * (a - base + MAXUINT) % MAXUINT < (b - base + MAXUINT) % MAXUINT
134          * and that mapping orders 'a' and 'b' with respect to 'base'.
135          */
136         return (unsigned)(a - base) < (unsigned)(b - base);
137 }
138
139 /*
140  * We might be racing with someone else trying to set pid_ns->last_pid.
141  * We want the winner to have the "later" value, because if the
142  * "earlier" value prevails, then a pid may get reused immediately.
143  *
144  * Since pids rollover, it is not sufficient to just pick the bigger
145  * value.  We have to consider where we started counting from.
146  *
147  * 'base' is the value of pid_ns->last_pid that we observed when
148  * we started looking for a pid.
149  *
150  * 'pid' is the pid that we eventually found.
151  */
152 static void set_last_pid(struct pid_namespace *pid_ns, int base, int pid)
153 {
154         int prev;
155         int last_write = base;
156         do {
157                 prev = last_write;
158                 last_write = cmpxchg(&pid_ns->last_pid, prev, pid);
159         } while ((prev != last_write) && (pid_before(base, last_write, pid)));
160 }
161
162 static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
163 {
164         int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
165         struct pidmap *map;
166
167         pid = last + 1;
168         if (pid >= pid_max)
169                 pid = RESERVED_PIDS;
170         offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK;
171         map = &pid_ns->pidmap[pid/BITS_PER_PAGE];
172         /*
173          * If last_pid points into the middle of the map->page we
174          * want to scan this bitmap block twice, the second time
175          * we start with offset == 0 (or RESERVED_PIDS).
176          */
177         max_scan = DIV_ROUND_UP(pid_max, BITS_PER_PAGE) - !offset;
178         for (i = 0; i <= max_scan; ++i) {
179                 if (unlikely(!map->page)) {
180                         void *page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
181                         /*
182                          * Free the page if someone raced with us
183                          * installing it:
184                          */
185                         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
186                         if (!map->page) {
187                                 map->page = page;
188                                 page = NULL;
189                         }
190                         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
191                         kfree(page);
192                         if (unlikely(!map->page))
193                                 break;
194                 }
195                 if (likely(atomic_read(&map->nr_free))) {
196                         do {
197                                 if (!test_and_set_bit(offset, map->page)) {
198                                         atomic_dec(&map->nr_free);
199                                         set_last_pid(pid_ns, last, pid);
200                                         return pid;
201                                 }
202                                 offset = find_next_offset(map, offset);
203                                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
204                         } while (offset < BITS_PER_PAGE && pid < pid_max);
205                 }
206                 if (map < &pid_ns->pidmap[(pid_max-1)/BITS_PER_PAGE]) {
207                         ++map;
208                         offset = 0;
209                 } else {
210                         map = &pid_ns->pidmap[0];
211                         offset = RESERVED_PIDS;
212                         if (unlikely(last == offset))
213                                 break;
214                 }
215                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
216         }
217         return -1;
218 }
219
220 int next_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, int last)
221 {
222         int offset;
223         struct pidmap *map, *end;
224
225         offset = (last + 1) & BITS_PER_PAGE_MASK;
226         map = &pid_ns->pidmap[(last + 1)/BITS_PER_PAGE];
227         end = &pid_ns->pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
228         for (; map < end; map++, offset = 0) {
229                 if (unlikely(!map->page))
230                         continue;
231                 offset = find_next_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, offset);
232                 if (offset < BITS_PER_PAGE)
233                         return mk_pid(pid_ns, map, offset);
234         }
235         return -1;
236 }
237
238 void put_pid(struct pid *pid)
239 {
240         struct pid_namespace *ns;
241
242         if (!pid)
243                 return;
244
245         ns = pid->numbers[pid->level].ns;
246         if ((atomic_read(&pid->count) == 1) ||
247              atomic_dec_and_test(&pid->count)) {
248                 kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
249                 put_pid_ns(ns);
250         }
251 }
252 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_pid);
253
254 static void delayed_put_pid(struct rcu_head *rhp)
255 {
256         struct pid *pid = container_of(rhp, struct pid, rcu);
257         put_pid(pid);
258 }
259
260 void free_pid(struct pid *pid)
261 {
262         /* We can be called with write_lock_irq(&tasklist_lock) held */
263         int i;
264         unsigned long flags;
265
266         spin_lock_irqsave(&pidmap_lock, flags);
267         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
268                 hlist_del_rcu(&pid->numbers[i].pid_chain);
269         spin_unlock_irqrestore(&pidmap_lock, flags);
270
271         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
272                 free_pidmap(pid->numbers + i);
273
274         call_rcu(&pid->rcu, delayed_put_pid);
275 }
276
277 struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
278 {
279         struct pid *pid;
280         enum pid_type type;
281         int i, nr;
282         struct pid_namespace *tmp;
283         struct upid *upid;
284
285         pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
286         if (!pid)
287                 goto out;
288
289         tmp = ns;
290         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
291                 nr = alloc_pidmap(tmp);
292                 if (nr < 0)
293                         goto out_free;
294
295                 pid->numbers[i].nr = nr;
296                 pid->numbers[i].ns = tmp;
297                 tmp = tmp->parent;
298         }
299
300         get_pid_ns(ns);
301         pid->level = ns->level;
302         atomic_set(&pid->count, 1);
303         for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
304                 INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
305
306         upid = pid->numbers + ns->level;
307         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
308         for ( ; upid >= pid->numbers; --upid)
309                 hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
310                                 &pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
311         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
312
313 out:
314         return pid;
315
316 out_free:
317         while (++i <= ns->level)
318                 free_pidmap(pid->numbers + i);
319
320         kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
321         pid = NULL;
322         goto out;
323 }
324
325 struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
326 {
327         struct hlist_node *elem;
328         struct upid *pnr;
329
330         hlist_for_each_entry_rcu(pnr, elem,
331                         &pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
332                 if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
333                         return container_of(pnr, struct pid,
334                                         numbers[ns->level]);
335
336         return NULL;
337 }
338 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_pid_ns);
339
340 struct pid *find_vpid(int nr)
341 {
342         return find_pid_ns(nr, current->nsproxy->pid_ns);
343 }
344 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_vpid);
345
346 /*
347  * attach_pid() must be called with the tasklist_lock write-held.
348  */
349 void attach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
350                 struct pid *pid)
351 {
352         struct pid_link *link;
353
354         link = &task->pids[type];
355         link->pid = pid;
356         hlist_add_head_rcu(&link->node, &pid->tasks[type]);
357 }
358
359 static void __change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
360                         struct pid *new)
361 {
362         struct pid_link *link;
363         struct pid *pid;
364         int tmp;
365
366         link = &task->pids[type];
367         pid = link->pid;
368
369         hlist_del_rcu(&link->node);
370         link->pid = new;
371
372         for (tmp = PIDTYPE_MAX; --tmp >= 0; )
373                 if (!hlist_empty(&pid->tasks[tmp]))
374                         return;
375
376         free_pid(pid);
377 }
378
379 void detach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
380 {
381         __change_pid(task, type, NULL);
382 }
383
384 void change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
385                 struct pid *pid)
386 {
387         __change_pid(task, type, pid);
388         attach_pid(task, type, pid);
389 }
390
391 /* transfer_pid is an optimization of attach_pid(new), detach_pid(old) */
392 void transfer_pid(struct task_struct *old, struct task_struct *new,
393                            enum pid_type type)
394 {
395         new->pids[type].pid = old->pids[type].pid;
396         hlist_replace_rcu(&old->pids[type].node, &new->pids[type].node);
397 }
398
399 struct task_struct *pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
400 {
401         struct task_struct *result = NULL;
402         if (pid) {
403                 struct hlist_node *first;
404                 first = rcu_dereference_check(pid->tasks[type].first,
405                                               rcu_read_lock_held() ||
406                                               lockdep_tasklist_lock_is_held());
407                 if (first)
408                         result = hlist_entry(first, struct task_struct, pids[(type)].node);
409         }
410         return result;
411 }
412 EXPORT_SYMBOL(pid_task);
413
414 /*
415  * Must be called under rcu_read_lock().
416  */
417 struct task_struct *find_task_by_pid_ns(pid_t nr, struct pid_namespace *ns)
418 {
419         return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), PIDTYPE_PID);
420 }
421
422 struct task_struct *find_task_by_vpid(pid_t vnr)
423 {
424         return find_task_by_pid_ns(vnr, current->nsproxy->pid_ns);
425 }
426
427 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
428 {
429         struct pid *pid;
430         rcu_read_lock();
431         if (type != PIDTYPE_PID)
432                 task = task->group_leader;
433         pid = get_pid(task->pids[type].pid);
434         rcu_read_unlock();
435         return pid;
436 }
437
438 struct task_struct *get_pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
439 {
440         struct task_struct *result;
441         rcu_read_lock();
442         result = pid_task(pid, type);
443         if (result)
444                 get_task_struct(result);
445         rcu_read_unlock();
446         return result;
447 }
448
449 struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
450 {
451         struct pid *pid;
452
453         rcu_read_lock();
454         pid = get_pid(find_vpid(nr));
455         rcu_read_unlock();
456
457         return pid;
458 }
459 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_get_pid);
460
461 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns)
462 {
463         struct upid *upid;
464         pid_t nr = 0;
465
466         if (pid && ns->level <= pid->level) {
467                 upid = &pid->numbers[ns->level];
468                 if (upid->ns == ns)
469                         nr = upid->nr;
470         }
471         return nr;
472 }
473
474 pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
475 {
476         return pid_nr_ns(pid, current->nsproxy->pid_ns);
477 }
478 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_vnr);
479
480 pid_t __task_pid_nr_ns(struct task_struct *task, enum pid_type type,
481                         struct pid_namespace *ns)
482 {
483         pid_t nr = 0;
484
485         rcu_read_lock();
486         if (!ns)
487                 ns = current->nsproxy->pid_ns;
488         if (likely(pid_alive(task))) {
489                 if (type != PIDTYPE_PID)
490                         task = task->group_leader;
491                 nr = pid_nr_ns(task->pids[type].pid, ns);
492         }
493         rcu_read_unlock();
494
495         return nr;
496 }
497 EXPORT_SYMBOL(__task_pid_nr_ns);
498
499 pid_t task_tgid_nr_ns(struct task_struct *tsk, struct pid_namespace *ns)
500 {
501         return pid_nr_ns(task_tgid(tsk), ns);
502 }
503 EXPORT_SYMBOL(task_tgid_nr_ns);
504
505 struct pid_namespace *task_active_pid_ns(struct task_struct *tsk)
506 {
507         return ns_of_pid(task_pid(tsk));
508 }
509 EXPORT_SYMBOL_GPL(task_active_pid_ns);
510
511 /*
512  * Used by proc to find the first pid that is greater than or equal to nr.
513  *
514  * If there is a pid at nr this function is exactly the same as find_pid_ns.
515  */
516 struct pid *find_ge_pid(int nr, struct pid_namespace *ns)
517 {
518         struct pid *pid;
519
520         do {
521                 pid = find_pid_ns(nr, ns);
522                 if (pid)
523                         break;
524                 nr = next_pidmap(ns, nr);
525         } while (nr > 0);
526
527         return pid;
528 }
529
530 /*
531  * The pid hash table is scaled according to the amount of memory in the
532  * machine.  From a minimum of 16 slots up to 4096 slots at one gigabyte or
533  * more.
534  */
535 void __init pidhash_init(void)
536 {
537         int i, pidhash_size;
538
539         pid_hash = alloc_large_system_hash("PID", sizeof(*pid_hash), 0, 18,
540                                            HASH_EARLY | HASH_SMALL,
541                                            &pidhash_shift, NULL, 4096);
542         pidhash_size = 1 << pidhash_shift;
543
544         for (i = 0; i < pidhash_size; i++)
545                 INIT_HLIST_HEAD(&pid_hash[i]);
546 }
547
548 void __init pidmap_init(void)
549 {
550         /* bump default and minimum pid_max based on number of cpus */
551         pid_max = min(pid_max_max, max_t(int, pid_max,
552                                 PIDS_PER_CPU_DEFAULT * num_possible_cpus()));
553         pid_max_min = max_t(int, pid_max_min,
554                                 PIDS_PER_CPU_MIN * num_possible_cpus());
555         pr_info("pid_max: default: %u minimum: %u\n", pid_max, pid_max_min);
556
557         init_pid_ns.pidmap[0].page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
558         /* Reserve PID 0. We never call free_pidmap(0) */
559         set_bit(0, init_pid_ns.pidmap[0].page);
560         atomic_dec(&init_pid_ns.pidmap[0].nr_free);
561
562         init_pid_ns.pid_cachep = KMEM_CACHE(pid,
563                         SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC);
564 }