]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blobdiff - include/linux/refcount.h
Update bcachefs sources to 841a95c29f4c bcachefs: fix userspace build errors
[bcachefs-tools-debian] / include / linux / refcount.h
diff --git a/include/linux/refcount.h b/include/linux/refcount.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..ddeec98
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,352 @@
+/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
+/*
+ * Variant of atomic_t specialized for reference counts.
+ *
+ * The interface matches the atomic_t interface (to aid in porting) but only
+ * provides the few functions one should use for reference counting.
+ *
+ * Saturation semantics
+ * ====================
+ *
+ * refcount_t differs from atomic_t in that the counter saturates at
+ * REFCOUNT_SATURATED and will not move once there. This avoids wrapping the
+ * counter and causing 'spurious' use-after-free issues. In order to avoid the
+ * cost associated with introducing cmpxchg() loops into all of the saturating
+ * operations, we temporarily allow the counter to take on an unchecked value
+ * and then explicitly set it to REFCOUNT_SATURATED on detecting that underflow
+ * or overflow has occurred. Although this is racy when multiple threads
+ * access the refcount concurrently, by placing REFCOUNT_SATURATED roughly
+ * equidistant from 0 and INT_MAX we minimise the scope for error:
+ *
+ *                                INT_MAX     REFCOUNT_SATURATED   UINT_MAX
+ *   0                          (0x7fff_ffff)    (0xc000_0000)    (0xffff_ffff)
+ *   +--------------------------------+----------------+----------------+
+ *                                     <---------- bad value! ---------->
+ *
+ * (in a signed view of the world, the "bad value" range corresponds to
+ * a negative counter value).
+ *
+ * As an example, consider a refcount_inc() operation that causes the counter
+ * to overflow:
+ *
+ *     int old = atomic_fetch_add_relaxed(r);
+ *     // old is INT_MAX, refcount now INT_MIN (0x8000_0000)
+ *     if (old < 0)
+ *             atomic_set(r, REFCOUNT_SATURATED);
+ *
+ * If another thread also performs a refcount_inc() operation between the two
+ * atomic operations, then the count will continue to edge closer to 0. If it
+ * reaches a value of 1 before /any/ of the threads reset it to the saturated
+ * value, then a concurrent refcount_dec_and_test() may erroneously free the
+ * underlying object.
+ * Linux limits the maximum number of tasks to PID_MAX_LIMIT, which is currently
+ * 0x400000 (and can't easily be raised in the future beyond FUTEX_TID_MASK).
+ * With the current PID limit, if no batched refcounting operations are used and
+ * the attacker can't repeatedly trigger kernel oopses in the middle of refcount
+ * operations, this makes it impossible for a saturated refcount to leave the
+ * saturation range, even if it is possible for multiple uses of the same
+ * refcount to nest in the context of a single task:
+ *
+ *     (UINT_MAX+1-REFCOUNT_SATURATED) / PID_MAX_LIMIT =
+ *     0x40000000 / 0x400000 = 0x100 = 256
+ *
+ * If hundreds of references are added/removed with a single refcounting
+ * operation, it may potentially be possible to leave the saturation range; but
+ * given the precise timing details involved with the round-robin scheduling of
+ * each thread manipulating the refcount and the need to hit the race multiple
+ * times in succession, there doesn't appear to be a practical avenue of attack
+ * even if using refcount_add() operations with larger increments.
+ *
+ * Memory ordering
+ * ===============
+ *
+ * Memory ordering rules are slightly relaxed wrt regular atomic_t functions
+ * and provide only what is strictly required for refcounts.
+ *
+ * The increments are fully relaxed; these will not provide ordering. The
+ * rationale is that whatever is used to obtain the object we're increasing the
+ * reference count on will provide the ordering. For locked data structures,
+ * its the lock acquire, for RCU/lockless data structures its the dependent
+ * load.
+ *
+ * Do note that inc_not_zero() provides a control dependency which will order
+ * future stores against the inc, this ensures we'll never modify the object
+ * if we did not in fact acquire a reference.
+ *
+ * The decrements will provide release order, such that all the prior loads and
+ * stores will be issued before, it also provides a control dependency, which
+ * will order us against the subsequent free().
+ *
+ * The control dependency is against the load of the cmpxchg (ll/sc) that
+ * succeeded. This means the stores aren't fully ordered, but this is fine
+ * because the 1->0 transition indicates no concurrency.
+ *
+ * Note that the allocator is responsible for ordering things between free()
+ * and alloc().
+ *
+ * The decrements dec_and_test() and sub_and_test() also provide acquire
+ * ordering on success.
+ *
+ */
+
+#ifndef _LINUX_REFCOUNT_H
+#define _LINUX_REFCOUNT_H
+
+#include <linux/atomic.h>
+#include <linux/bug.h>
+#include <linux/compiler.h>
+#include <linux/limits.h>
+
+struct mutex;
+
+/**
+ * typedef refcount_t - variant of atomic_t specialized for reference counts
+ * @refs: atomic_t counter field
+ *
+ * The counter saturates at REFCOUNT_SATURATED and will not move once
+ * there. This avoids wrapping the counter and causing 'spurious'
+ * use-after-free bugs.
+ */
+typedef struct refcount_struct {
+       atomic_t refs;
+} refcount_t;
+
+#define REFCOUNT_INIT(n)       { .refs = ATOMIC_INIT(n), }
+#define REFCOUNT_MAX           INT_MAX
+#define REFCOUNT_SATURATED     (INT_MIN / 2)
+
+enum refcount_saturation_type {
+       REFCOUNT_ADD_NOT_ZERO_OVF,
+       REFCOUNT_ADD_OVF,
+       REFCOUNT_ADD_UAF,
+       REFCOUNT_SUB_UAF,
+       REFCOUNT_DEC_LEAK,
+};
+
+/**
+ * refcount_set - set a refcount's value
+ * @r: the refcount
+ * @n: value to which the refcount will be set
+ */
+static inline void refcount_set(refcount_t *r, int n)
+{
+       atomic_set(&r->refs, n);
+}
+
+/**
+ * refcount_read - get a refcount's value
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Return: the refcount's value
+ */
+static inline unsigned int refcount_read(const refcount_t *r)
+{
+       return atomic_read(&r->refs);
+}
+
+static inline __must_check bool __refcount_add_not_zero(int i, refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       int old = refcount_read(r);
+
+       do {
+               if (!old)
+                       break;
+       } while (!atomic_try_cmpxchg_acquire(&r->refs, &old, old + i));
+
+       if (oldp)
+               *oldp = old;
+
+       return old;
+}
+
+/**
+ * refcount_add_not_zero - add a value to a refcount unless it is 0
+ * @i: the value to add to the refcount
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Will saturate at REFCOUNT_SATURATED and WARN.
+ *
+ * Provides no memory ordering, it is assumed the caller has guaranteed the
+ * object memory to be stable (RCU, etc.). It does provide a control dependency
+ * and thereby orders future stores. See the comment on top.
+ *
+ * Use of this function is not recommended for the normal reference counting
+ * use case in which references are taken and released one at a time.  In these
+ * cases, refcount_inc(), or one of its variants, should instead be used to
+ * increment a reference count.
+ *
+ * Return: false if the passed refcount is 0, true otherwise
+ */
+static inline __must_check bool refcount_add_not_zero(int i, refcount_t *r)
+{
+       return __refcount_add_not_zero(i, r, NULL);
+}
+
+static inline void __refcount_add(int i, refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       int old = atomic_add_return(i, &r->refs);
+
+       if (oldp)
+               *oldp = old;
+}
+
+/**
+ * refcount_add - add a value to a refcount
+ * @i: the value to add to the refcount
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Similar to atomic_add(), but will saturate at REFCOUNT_SATURATED and WARN.
+ *
+ * Provides no memory ordering, it is assumed the caller has guaranteed the
+ * object memory to be stable (RCU, etc.). It does provide a control dependency
+ * and thereby orders future stores. See the comment on top.
+ *
+ * Use of this function is not recommended for the normal reference counting
+ * use case in which references are taken and released one at a time.  In these
+ * cases, refcount_inc(), or one of its variants, should instead be used to
+ * increment a reference count.
+ */
+static inline void refcount_add(int i, refcount_t *r)
+{
+       __refcount_add(i, r, NULL);
+}
+
+static inline __must_check bool __refcount_inc_not_zero(refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       return __refcount_add_not_zero(1, r, oldp);
+}
+
+/**
+ * refcount_inc_not_zero - increment a refcount unless it is 0
+ * @r: the refcount to increment
+ *
+ * Similar to atomic_inc_not_zero(), but will saturate at REFCOUNT_SATURATED
+ * and WARN.
+ *
+ * Provides no memory ordering, it is assumed the caller has guaranteed the
+ * object memory to be stable (RCU, etc.). It does provide a control dependency
+ * and thereby orders future stores. See the comment on top.
+ *
+ * Return: true if the increment was successful, false otherwise
+ */
+static inline __must_check bool refcount_inc_not_zero(refcount_t *r)
+{
+       return __refcount_inc_not_zero(r, NULL);
+}
+
+static inline void __refcount_inc(refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       __refcount_add(1, r, oldp);
+}
+
+/**
+ * refcount_inc - increment a refcount
+ * @r: the refcount to increment
+ *
+ * Similar to atomic_inc(), but will saturate at REFCOUNT_SATURATED and WARN.
+ *
+ * Provides no memory ordering, it is assumed the caller already has a
+ * reference on the object.
+ *
+ * Will WARN if the refcount is 0, as this represents a possible use-after-free
+ * condition.
+ */
+static inline void refcount_inc(refcount_t *r)
+{
+       __refcount_inc(r, NULL);
+}
+
+static inline __must_check bool __refcount_sub_and_test(int i, refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       int old = atomic_sub_return_release(i, &r->refs);
+
+       if (oldp)
+               *oldp = old;
+
+       if (old == i) {
+               smp_acquire__after_ctrl_dep();
+               return true;
+       }
+
+       return false;
+}
+
+/**
+ * refcount_sub_and_test - subtract from a refcount and test if it is 0
+ * @i: amount to subtract from the refcount
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Similar to atomic_dec_and_test(), but it will WARN, return false and
+ * ultimately leak on underflow and will fail to decrement when saturated
+ * at REFCOUNT_SATURATED.
+ *
+ * Provides release memory ordering, such that prior loads and stores are done
+ * before, and provides an acquire ordering on success such that free()
+ * must come after.
+ *
+ * Use of this function is not recommended for the normal reference counting
+ * use case in which references are taken and released one at a time.  In these
+ * cases, refcount_dec(), or one of its variants, should instead be used to
+ * decrement a reference count.
+ *
+ * Return: true if the resulting refcount is 0, false otherwise
+ */
+static inline __must_check bool refcount_sub_and_test(int i, refcount_t *r)
+{
+       return __refcount_sub_and_test(i, r, NULL);
+}
+
+static inline __must_check bool __refcount_dec_and_test(refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       return __refcount_sub_and_test(1, r, oldp);
+}
+
+/**
+ * refcount_dec_and_test - decrement a refcount and test if it is 0
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Similar to atomic_dec_and_test(), it will WARN on underflow and fail to
+ * decrement when saturated at REFCOUNT_SATURATED.
+ *
+ * Provides release memory ordering, such that prior loads and stores are done
+ * before, and provides an acquire ordering on success such that free()
+ * must come after.
+ *
+ * Return: true if the resulting refcount is 0, false otherwise
+ */
+static inline __must_check bool refcount_dec_and_test(refcount_t *r)
+{
+       return __refcount_dec_and_test(r, NULL);
+}
+
+static inline void __refcount_dec(refcount_t *r, int *oldp)
+{
+       int old = atomic_sub_return_release(1, &r->refs);
+
+       if (oldp)
+               *oldp = old;
+}
+
+/**
+ * refcount_dec - decrement a refcount
+ * @r: the refcount
+ *
+ * Similar to atomic_dec(), it will WARN on underflow and fail to decrement
+ * when saturated at REFCOUNT_SATURATED.
+ *
+ * Provides release memory ordering, such that prior loads and stores are done
+ * before.
+ */
+static inline void refcount_dec(refcount_t *r)
+{
+       __refcount_dec(r, NULL);
+}
+
+extern __must_check bool refcount_dec_if_one(refcount_t *r);
+extern __must_check bool refcount_dec_not_one(refcount_t *r);
+extern __must_check bool refcount_dec_and_mutex_lock(refcount_t *r, struct mutex *lock) __cond_acquires(lock);
+extern __must_check bool refcount_dec_and_lock(refcount_t *r, spinlock_t *lock) __cond_acquires(lock);
+extern __must_check bool refcount_dec_and_lock_irqsave(refcount_t *r,
+                                                      spinlock_t *lock,
+                                                      unsigned long *flags) __cond_acquires(lock);
+#endif /* _LINUX_REFCOUNT_H */