OSDN Git Service

bpf: Introduce kptr_rcu.
authorAlexei Starovoitov <ast@kernel.org>
Fri, 3 Mar 2023 04:14:43 +0000 (20:14 -0800)
committerDaniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
Fri, 3 Mar 2023 16:42:20 +0000 (17:42 +0100)
The life time of certain kernel structures like 'struct cgroup' is protected by RCU.
Hence it's safe to dereference them directly from __kptr tagged pointers in bpf maps.
The resulting pointer is MEM_RCU and can be passed to kfuncs that expect KF_RCU.
Derefrence of other kptr-s returns PTR_UNTRUSTED.

For example:
struct map_value {
   struct cgroup __kptr *cgrp;
};

SEC("tp_btf/cgroup_mkdir")
int BPF_PROG(test_cgrp_get_ancestors, struct cgroup *cgrp_arg, const char *path)
{
  struct cgroup *cg, *cg2;

  cg = bpf_cgroup_acquire(cgrp_arg); // cg is PTR_TRUSTED and ref_obj_id > 0
  bpf_kptr_xchg(&v->cgrp, cg);

  cg2 = v->cgrp; // This is new feature introduced by this patch.
  // cg2 is PTR_MAYBE_NULL | MEM_RCU.
  // When cg2 != NULL, it's a valid cgroup, but its percpu_ref could be zero

  if (cg2)
    bpf_cgroup_ancestor(cg2, level); // safe to do.
}

Signed-off-by: Alexei Starovoitov <ast@kernel.org>
Signed-off-by: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
Acked-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Acked-by: David Vernet <void@manifault.com>
Link: https://lore.kernel.org/bpf/20230303041446.3630-4-alexei.starovoitov@gmail.com
Documentation/bpf/kfuncs.rst
include/linux/btf.h
kernel/bpf/helpers.c
kernel/bpf/verifier.c
net/bpf/test_run.c
tools/testing/selftests/bpf/progs/cgrp_kfunc_failure.c
tools/testing/selftests/bpf/progs/map_kptr_fail.c
tools/testing/selftests/bpf/verifier/calls.c
tools/testing/selftests/bpf/verifier/map_kptr.c

index b5d9b0d..69eccf6 100644 (file)
@@ -249,11 +249,13 @@ added later.
 2.4.8 KF_RCU flag
 -----------------
 
-The KF_RCU flag is used for kfuncs which have a rcu ptr as its argument.
-When used together with KF_ACQUIRE, it indicates the kfunc should have a
-single argument which must be a trusted argument or a MEM_RCU pointer.
-The argument may have reference count of 0 and the kfunc must take this
-into consideration.
+The KF_RCU flag is a weaker version of KF_TRUSTED_ARGS. The kfuncs marked with
+KF_RCU expect either PTR_TRUSTED or MEM_RCU arguments. The verifier guarantees
+that the objects are valid and there is no use-after-free. The pointers are not
+NULL, but the object's refcount could have reached zero. The kfuncs need to
+consider doing refcnt != 0 check, especially when returning a KF_ACQUIRE
+pointer. Note as well that a KF_ACQUIRE kfunc that is KF_RCU should very likely
+also be KF_RET_NULL.
 
 .. _KF_deprecated_flag:
 
index 49e0fe6..556b3e2 100644 (file)
@@ -70,7 +70,7 @@
 #define KF_TRUSTED_ARGS (1 << 4) /* kfunc only takes trusted pointer arguments */
 #define KF_SLEEPABLE    (1 << 5) /* kfunc may sleep */
 #define KF_DESTRUCTIVE  (1 << 6) /* kfunc performs destructive actions */
-#define KF_RCU          (1 << 7) /* kfunc only takes rcu pointer arguments */
+#define KF_RCU          (1 << 7) /* kfunc takes either rcu or trusted pointer arguments */
 
 /*
  * Tag marking a kernel function as a kfunc. This is meant to minimize the
index 12f12e8..637ac4e 100644 (file)
@@ -2163,8 +2163,10 @@ __bpf_kfunc struct cgroup *bpf_cgroup_ancestor(struct cgroup *cgrp, int level)
        if (level > cgrp->level || level < 0)
                return NULL;
 
+       /* cgrp's refcnt could be 0 here, but ancestors can still be accessed */
        ancestor = cgrp->ancestors[level];
-       cgroup_get(ancestor);
+       if (!cgroup_tryget(ancestor))
+               return NULL;
        return ancestor;
 }
 
@@ -2382,7 +2384,7 @@ BTF_ID_FLAGS(func, bpf_rbtree_first, KF_RET_NULL)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_acquire, KF_ACQUIRE | KF_TRUSTED_ARGS)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_kptr_get, KF_ACQUIRE | KF_KPTR_GET | KF_RET_NULL)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_release, KF_RELEASE)
-BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_ancestor, KF_ACQUIRE | KF_TRUSTED_ARGS | KF_RET_NULL)
+BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_ancestor, KF_ACQUIRE | KF_RCU | KF_RET_NULL)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_cgroup_from_id, KF_ACQUIRE | KF_RET_NULL)
 #endif
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_task_from_pid, KF_ACQUIRE | KF_RET_NULL)
index b834f3d..a095055 100644 (file)
@@ -4218,7 +4218,7 @@ static int map_kptr_match_type(struct bpf_verifier_env *env,
                               struct bpf_reg_state *reg, u32 regno)
 {
        const char *targ_name = kernel_type_name(kptr_field->kptr.btf, kptr_field->kptr.btf_id);
-       int perm_flags = PTR_MAYBE_NULL | PTR_TRUSTED;
+       int perm_flags = PTR_MAYBE_NULL | PTR_TRUSTED | MEM_RCU;
        const char *reg_name = "";
 
        /* Only unreferenced case accepts untrusted pointers */
@@ -4285,6 +4285,34 @@ bad_type:
        return -EINVAL;
 }
 
+/* The non-sleepable programs and sleepable programs with explicit bpf_rcu_read_lock()
+ * can dereference RCU protected pointers and result is PTR_TRUSTED.
+ */
+static bool in_rcu_cs(struct bpf_verifier_env *env)
+{
+       return env->cur_state->active_rcu_lock || !env->prog->aux->sleepable;
+}
+
+/* Once GCC supports btf_type_tag the following mechanism will be replaced with tag check */
+BTF_SET_START(rcu_protected_types)
+BTF_ID(struct, prog_test_ref_kfunc)
+BTF_ID(struct, cgroup)
+BTF_SET_END(rcu_protected_types)
+
+static bool rcu_protected_object(const struct btf *btf, u32 btf_id)
+{
+       if (!btf_is_kernel(btf))
+               return false;
+       return btf_id_set_contains(&rcu_protected_types, btf_id);
+}
+
+static bool rcu_safe_kptr(const struct btf_field *field)
+{
+       const struct btf_field_kptr *kptr = &field->kptr;
+
+       return field->type == BPF_KPTR_REF && rcu_protected_object(kptr->btf, kptr->btf_id);
+}
+
 static int check_map_kptr_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
                                 int value_regno, int insn_idx,
                                 struct btf_field *kptr_field)
@@ -4319,7 +4347,10 @@ static int check_map_kptr_access(struct bpf_verifier_env *env, u32 regno,
                 * value from map as PTR_TO_BTF_ID, with the correct type.
                 */
                mark_btf_ld_reg(env, cur_regs(env), value_regno, PTR_TO_BTF_ID, kptr_field->kptr.btf,
-                               kptr_field->kptr.btf_id, PTR_MAYBE_NULL | PTR_UNTRUSTED);
+                               kptr_field->kptr.btf_id,
+                               rcu_safe_kptr(kptr_field) && in_rcu_cs(env) ?
+                               PTR_MAYBE_NULL | MEM_RCU :
+                               PTR_MAYBE_NULL | PTR_UNTRUSTED);
                /* For mark_ptr_or_null_reg */
                val_reg->id = ++env->id_gen;
        } else if (class == BPF_STX) {
@@ -5163,10 +5194,17 @@ static int check_ptr_to_btf_access(struct bpf_verifier_env *env,
         * An RCU-protected pointer can also be deemed trusted if we are in an
         * RCU read region. This case is handled below.
         */
-       if (nested_ptr_is_trusted(env, reg, off))
+       if (nested_ptr_is_trusted(env, reg, off)) {
                flag |= PTR_TRUSTED;
-       else
+               /*
+                * task->cgroups is trusted. It provides a stronger guarantee
+                * than __rcu tag on 'cgroups' field in 'struct task_struct'.
+                * Clear MEM_RCU in such case.
+                */
+               flag &= ~MEM_RCU;
+       } else {
                flag &= ~PTR_TRUSTED;
+       }
 
        if (flag & MEM_RCU) {
                /* Mark value register as MEM_RCU only if it is protected by
@@ -5175,11 +5213,10 @@ static int check_ptr_to_btf_access(struct bpf_verifier_env *env,
                 * read lock region. Also mark rcu pointer as PTR_MAYBE_NULL since
                 * it could be null in some cases.
                 */
-               if (!env->cur_state->active_rcu_lock ||
-                   !(is_trusted_reg(reg) || is_rcu_reg(reg)))
-                       flag &= ~MEM_RCU;
-               else
+               if (in_rcu_cs(env) && (is_trusted_reg(reg) || is_rcu_reg(reg)))
                        flag |= PTR_MAYBE_NULL;
+               else
+                       flag &= ~MEM_RCU;
        } else if (reg->type & MEM_RCU) {
                /* ptr (reg) is marked as MEM_RCU, but the struct field is not tagged
                 * with __rcu. Mark the flag as PTR_UNTRUSTED conservatively.
@@ -9676,7 +9713,7 @@ static int check_kfunc_args(struct bpf_verifier_env *env, struct bpf_kfunc_call_
                        return -EINVAL;
                }
 
-               if (is_kfunc_trusted_args(meta) &&
+               if ((is_kfunc_trusted_args(meta) || is_kfunc_rcu(meta)) &&
                    (register_is_null(reg) || type_may_be_null(reg->type))) {
                        verbose(env, "Possibly NULL pointer passed to trusted arg%d\n", i);
                        return -EACCES;
index 6f3d654..6a8b33a 100644 (file)
@@ -737,6 +737,7 @@ __bpf_kfunc void bpf_kfunc_call_test_mem_len_fail2(u64 *mem, int len)
 
 __bpf_kfunc void bpf_kfunc_call_test_ref(struct prog_test_ref_kfunc *p)
 {
+       /* p != NULL, but p->cnt could be 0 */
 }
 
 __bpf_kfunc void bpf_kfunc_call_test_destructive(void)
@@ -784,7 +785,7 @@ BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_fail3)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_mem_len_pass1)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_mem_len_fail1)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_mem_len_fail2)
-BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_ref, KF_TRUSTED_ARGS)
+BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_ref, KF_TRUSTED_ARGS | KF_RCU)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_destructive, KF_DESTRUCTIVE)
 BTF_ID_FLAGS(func, bpf_kfunc_call_test_static_unused_arg)
 BTF_SET8_END(test_sk_check_kfunc_ids)
index 4ad7fe2..b42291e 100644 (file)
@@ -205,7 +205,7 @@ int BPF_PROG(cgrp_kfunc_get_unreleased, struct cgroup *cgrp, const char *path)
 }
 
 SEC("tp_btf/cgroup_mkdir")
-__failure __msg("arg#0 is untrusted_ptr_or_null_ expected ptr_ or socket")
+__failure __msg("expects refcounted")
 int BPF_PROG(cgrp_kfunc_release_untrusted, struct cgroup *cgrp, const char *path)
 {
        struct __cgrps_kfunc_map_value *v;
index e19e2a5..08f9ec1 100644 (file)
@@ -281,7 +281,7 @@ int reject_kptr_get_bad_type_match(struct __sk_buff *ctx)
 }
 
 SEC("?tc")
-__failure __msg("R1 type=untrusted_ptr_or_null_ expected=percpu_ptr_")
+__failure __msg("R1 type=rcu_ptr_or_null_ expected=percpu_ptr_")
 int mark_ref_as_untrusted_or_null(struct __sk_buff *ctx)
 {
        struct map_value *v;
@@ -316,7 +316,7 @@ int reject_untrusted_store_to_ref(struct __sk_buff *ctx)
 }
 
 SEC("?tc")
-__failure __msg("R2 type=untrusted_ptr_ expected=ptr_")
+__failure __msg("R2 must be referenced")
 int reject_untrusted_xchg(struct __sk_buff *ctx)
 {
        struct prog_test_ref_kfunc *p;
index 289ed20..9a326a8 100644 (file)
        },
        .result_unpriv = REJECT,
        .result = REJECT,
-       .errstr = "R1 must be referenced",
+       .errstr = "R1 must be",
 },
 {
        "calls: valid kfunc call: referenced arg needs refcounted PTR_TO_BTF_ID",
index 6914904..d775ccb 100644 (file)
        .prog_type = BPF_PROG_TYPE_SCHED_CLS,
        .fixup_map_kptr = { 1 },
        .result = REJECT,
-       .errstr = "R1 type=untrusted_ptr_or_null_ expected=percpu_ptr_",
+       .errstr = "R1 type=rcu_ptr_or_null_ expected=percpu_ptr_",
 },
 {
        "map_kptr: ref: reject off != 0",