drivers/tty/tty_buffer.c

   1 /*
   2  * Tty buffer allocation management
   3  */
   4
   5 #include <linux/types.h>
   6 #include <linux/errno.h>
   7 #include <linux/tty.h>
   8 #include <linux/tty_driver.h>
   9 #include <linux/tty_flip.h>
  10 #include <linux/timer.h>
  11 #include <linux/string.h>
  12 #include <linux/slab.h>
  13 #include <linux/sched.h>
  14 #include <linux/wait.h>
  15 #include <linux/bitops.h>
  16 #include <linux/delay.h>
  17 #include <linux/module.h>
  18 #include <linux/ratelimit.h>
  19
  20
  21 #define MIN_TTYB_SIZE   256
  22 #define TTYB_ALIGN_MASK 255
  23
  24 /*
  25  * Byte threshold to limit memory consumption for flip buffers.
  26  * The actual memory limit is > 2x this amount.
  27  */
  28 #define TTYB_DEFAULT_MEM_LIMIT  65536
  29
  30 /*
  31  * We default to dicing tty buffer allocations to this many characters
  32  * in order to avoid multiple page allocations. We know the size of
  33  * tty_buffer itself but it must also be taken into account that the
  34  * the buffer is 256 byte aligned. See tty_buffer_find for the allocation
  35  * logic this must match
  36  */
  37
  38 #define TTY_BUFFER_PAGE (((PAGE_SIZE - sizeof(struct tty_buffer)) / 2) & ~0xFF)
  39
  40 /*
  41  * If all tty flip buffers have been processed by flush_to_ldisc() or
  42  * dropped by tty_buffer_flush(), check if the linked pty has been closed.
  43  * If so, wake the reader/poll to process
  44  */
  45 static inline void check_other_closed(struct tty_struct *tty)
  46 {
  47         unsigned long flags, old;
  48
  49         /* transition from TTY_OTHER_CLOSED => TTY_OTHER_DONE must be atomic */
  50         for (flags = ACCESS_ONCE(tty->flags);
  51              test_bit(TTY_OTHER_CLOSED, &flags);
  52              ) {
  53                 old = flags;
  54                 __set_bit(TTY_OTHER_DONE, &flags);
  55                 flags = cmpxchg(&tty->flags, old, flags);
  56                 if (old == flags) {
  57                         wake_up_interruptible(&tty->read_wait);
  58                         break;
  59                 }
  60         }
  61 }
  62
  63 /**
  64  *      tty_buffer_lock_exclusive       -       gain exclusive access to buffer
  65  *      tty_buffer_unlock_exclusive     -       release exclusive access
  66  *
  67  *      @port - tty_port owning the flip buffer
  68  *
  69  *      Guarantees safe use of the line discipline's receive_buf() method by
  70  *      excluding the buffer work and any pending flush from using the flip
  71  *      buffer. Data can continue to be added concurrently to the flip buffer
  72  *      from the driver side.
  73  *
  74  *      On release, the buffer work is restarted if there is data in the
  75  *      flip buffer
  76  */
  77
  78 void tty_buffer_lock_exclusive(struct tty_port *port)
  79 {
  80         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
  81
  82         atomic_inc(&buf->priority);
  83         mutex_lock(&buf->lock);
  84 }
  85 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_lock_exclusive);
  86
  87 void tty_buffer_unlock_exclusive(struct tty_port *port)
  88 {
  89         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
  90         int restart;
  91
  92         restart = buf->head->commit != buf->head->read;
  93
  94         atomic_dec(&buf->priority);
  95         mutex_unlock(&buf->lock);
  96         if (restart)
  97                 queue_work(system_unbound_wq, &buf->work);
  98 }
  99 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_unlock_exclusive);
 100
 101 /**
 102  *      tty_buffer_space_avail  -       return unused buffer space
 103  *      @port - tty_port owning the flip buffer
 104  *
 105  *      Returns the # of bytes which can be written by the driver without
 106  *      reaching the buffer limit.
 107  *
 108  *      Note: this does not guarantee that memory is available to write
 109  *      the returned # of bytes (use tty_prepare_flip_string_xxx() to
 110  *      pre-allocate if memory guarantee is required).
 111  */
 112
 113 int tty_buffer_space_avail(struct tty_port *port)
 114 {
 115         int space = port->buf.mem_limit - atomic_read(&port->buf.mem_used);
 116         return max(space, 0);
 117 }
 118 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_space_avail);
 119
 120 static void tty_buffer_reset(struct tty_buffer *p, size_t size)
 121 {
 122         p->used = 0;
 123         p->size = size;
 124         p->next = NULL;
 125         p->commit = 0;
 126         p->read = 0;
 127         p->flags = 0;
 128 }
 129
 130 /**
 131  *      tty_buffer_free_all             -       free buffers used by a tty
 132  *      @tty: tty to free from
 133  *
 134  *      Remove all the buffers pending on a tty whether queued with data
 135  *      or in the free ring. Must be called when the tty is no longer in use
 136  */
 137
 138 void tty_buffer_free_all(struct tty_port *port)
 139 {
 140         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 141         struct tty_buffer *p, *next;
 142         struct llist_node *llist;
 143
 144         while ((p = buf->head) != NULL) {
 145                 buf->head = p->next;
 146                 if (p->size > 0)
 147                         kfree(p);
 148         }
 149         llist = llist_del_all(&buf->free);
 150         llist_for_each_entry_safe(p, next, llist, free)
 151                 kfree(p);
 152
 153         tty_buffer_reset(&buf->sentinel, 0);
 154         buf->head = &buf->sentinel;
 155         buf->tail = &buf->sentinel;
 156
 157         atomic_set(&buf->mem_used, 0);
 158 }
 159
 160 /**
 161  *      tty_buffer_alloc        -       allocate a tty buffer
 162  *      @tty: tty device
 163  *      @size: desired size (characters)
 164  *
 165  *      Allocate a new tty buffer to hold the desired number of characters.
 166  *      We round our buffers off in 256 character chunks to get better
 167  *      allocation behaviour.
 168  *      Return NULL if out of memory or the allocation would exceed the
 169  *      per device queue
 170  */
 171
 172 static struct tty_buffer *tty_buffer_alloc(struct tty_port *port, size_t size)
 173 {
 174         struct llist_node *free;
 175         struct tty_buffer *p;
 176
 177         /* Round the buffer size out */
 178         size = __ALIGN_MASK(size, TTYB_ALIGN_MASK);
 179
 180         if (size <= MIN_TTYB_SIZE) {
 181                 free = llist_del_first(&port->buf.free);
 182                 if (free) {
 183                         p = llist_entry(free, struct tty_buffer, free);
 184                         goto found;
 185                 }
 186         }
 187
 188         /* Should possibly check if this fails for the largest buffer we
 189            have queued and recycle that ? */
 190         if (atomic_read(&port->buf.mem_used) > port->buf.mem_limit)
 191                 return NULL;
 192         p = kmalloc(sizeof(struct tty_buffer) + 2 * size, GFP_ATOMIC);
 193         if (p == NULL)
 194                 return NULL;
 195
 196 found:
 197         tty_buffer_reset(p, size);
 198         atomic_add(size, &port->buf.mem_used);
 199         return p;
 200 }
 201
 202 /**
 203  *      tty_buffer_free         -       free a tty buffer
 204  *      @tty: tty owning the buffer
 205  *      @b: the buffer to free
 206  *
 207  *      Free a tty buffer, or add it to the free list according to our
 208  *      internal strategy
 209  */
 210
 211 static void tty_buffer_free(struct tty_port *port, struct tty_buffer *b)
 212 {
 213         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 214
 215         /* Dumb strategy for now - should keep some stats */
 216         WARN_ON(atomic_sub_return(b->size, &buf->mem_used) < 0);
 217
 218         if (b->size > MIN_TTYB_SIZE)
 219                 kfree(b);
 220         else if (b->size > 0)
 221                 llist_add(&b->free, &buf->free);
 222 }
 223
 224 /**
 225  *      tty_buffer_flush                -       flush full tty buffers
 226  *      @tty: tty to flush
 227  *      @ld:  optional ldisc ptr (must be referenced)
 228  *
 229  *      flush all the buffers containing receive data. If ld != NULL,
 230  *      flush the ldisc input buffer.
 231  *
 232  *      Locking: takes buffer lock to ensure single-threaded flip buffer
 233  *               'consumer'
 234  */
 235
 236 void tty_buffer_flush(struct tty_struct *tty, struct tty_ldisc *ld)
 237 {
 238         struct tty_port *port = tty->port;
 239         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 240         struct tty_buffer *next;
 241
 242         atomic_inc(&buf->priority);
 243
 244         mutex_lock(&buf->lock);
 245         /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room; ensures there are
 246          * no pending memory accesses to the freed buffer
 247          */
 248         while ((next = smp_load_acquire(&buf->head->next)) != NULL) {
 249                 tty_buffer_free(port, buf->head);
 250                 buf->head = next;
 251         }
 252         buf->head->read = buf->head->commit;
 253
 254         if (ld && ld->ops->flush_buffer)
 255                 ld->ops->flush_buffer(tty);
 256
 257         check_other_closed(tty);
 258
 259         atomic_dec(&buf->priority);
 260         mutex_unlock(&buf->lock);
 261 }
 262
 263 /**
 264  *      tty_buffer_request_room         -       grow tty buffer if needed
 265  *      @tty: tty structure
 266  *      @size: size desired
 267  *      @flags: buffer flags if new buffer allocated (default = 0)
 268  *
 269  *      Make at least size bytes of linear space available for the tty
 270  *      buffer. If we fail return the size we managed to find.
 271  *
 272  *      Will change over to a new buffer if the current buffer is encoded as
 273  *      TTY_NORMAL (so has no flags buffer) and the new buffer requires
 274  *      a flags buffer.
 275  */
 276 static int __tty_buffer_request_room(struct tty_port *port, size_t size,
 277                                      int flags)
 278 {
 279         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 280         struct tty_buffer *b, *n;
 281         int left, change;
 282
 283         b = buf->tail;
 284         if (b->flags & TTYB_NORMAL)
 285                 left = 2 * b->size - b->used;
 286         else
 287                 left = b->size - b->used;
 288
 289         change = (b->flags & TTYB_NORMAL) && (~flags & TTYB_NORMAL);
 290         if (change || left < size) {
 291                 /* This is the slow path - looking for new buffers to use */
 292                 n = tty_buffer_alloc(port, size);
 293                 if (n != NULL) {
 294                         n->flags = flags;
 295                         buf->tail = n;
 296                         /* paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures
 297                          * flush_to_ldisc() sees buffer data.
 298                          */
 299                         smp_store_release(&b->commit, b->used);
 300                         /* paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures the
 301                          * latest commit value can be read before the head is
 302                          * advanced to the next buffer
 303                          */
 304                         smp_store_release(&b->next, n);
 305                 } else if (change)
 306                         size = 0;
 307                 else
 308                         size = left;
 309         }
 310         return size;
 311 }
 312
 313 int tty_buffer_request_room(struct tty_port *port, size_t size)
 314 {
 315         return __tty_buffer_request_room(port, size, 0);
 316 }
 317 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_request_room);
 318
 319 /**
 320  *      tty_insert_flip_string_fixed_flag - Add characters to the tty buffer
 321  *      @port: tty port
 322  *      @chars: characters
 323  *      @flag: flag value for each character
 324  *      @size: size
 325  *
 326  *      Queue a series of bytes to the tty buffering. All the characters
 327  *      passed are marked with the supplied flag. Returns the number added.
 328  */
 329
 330 int tty_insert_flip_string_fixed_flag(struct tty_port *port,
 331                 const unsigned char *chars, char flag, size_t size)
 332 {
 333         int copied = 0;
 334         do {
 335                 int goal = min_t(size_t, size - copied, TTY_BUFFER_PAGE);
 336                 int flags = (flag == TTY_NORMAL) ? TTYB_NORMAL : 0;
 337                 int space = __tty_buffer_request_room(port, goal, flags);
 338                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 339                 if (unlikely(space == 0))
 340                         break;
 341                 memcpy(char_buf_ptr(tb, tb->used), chars, space);
 342                 if (~tb->flags & TTYB_NORMAL)
 343                         memset(flag_buf_ptr(tb, tb->used), flag, space);
 344                 tb->used += space;
 345                 copied += space;
 346                 chars += space;
 347                 /* There is a small chance that we need to split the data over
 348                    several buffers. If this is the case we must loop */
 349         } while (unlikely(size > copied));
 350         return copied;
 351 }
 352 EXPORT_SYMBOL(tty_insert_flip_string_fixed_flag);
 353
 354 /**
 355  *      tty_insert_flip_string_flags    -       Add characters to the tty buffer
 356  *      @port: tty port
 357  *      @chars: characters
 358  *      @flags: flag bytes
 359  *      @size: size
 360  *
 361  *      Queue a series of bytes to the tty buffering. For each character
 362  *      the flags array indicates the status of the character. Returns the
 363  *      number added.
 364  */
 365
 366 int tty_insert_flip_string_flags(struct tty_port *port,
 367                 const unsigned char *chars, const char *flags, size_t size)
 368 {
 369         int copied = 0;
 370         do {
 371                 int goal = min_t(size_t, size - copied, TTY_BUFFER_PAGE);
 372                 int space = tty_buffer_request_room(port, goal);
 373                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 374                 if (unlikely(space == 0))
 375                         break;
 376                 memcpy(char_buf_ptr(tb, tb->used), chars, space);
 377                 memcpy(flag_buf_ptr(tb, tb->used), flags, space);
 378                 tb->used += space;
 379                 copied += space;
 380                 chars += space;
 381                 flags += space;
 382                 /* There is a small chance that we need to split the data over
 383                    several buffers. If this is the case we must loop */
 384         } while (unlikely(size > copied));
 385         return copied;
 386 }
 387 EXPORT_SYMBOL(tty_insert_flip_string_flags);
 388
 389 /**
 390  *      tty_schedule_flip       -       push characters to ldisc
 391  *      @port: tty port to push from
 392  *
 393  *      Takes any pending buffers and transfers their ownership to the
 394  *      ldisc side of the queue. It then schedules those characters for
 395  *      processing by the line discipline.
 396  */
 397
 398 void tty_schedule_flip(struct tty_port *port)
 399 {
 400         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 401
 402         /* paired w/ acquire in flush_to_ldisc(); ensures
 403          * flush_to_ldisc() sees buffer data.
 404          */
 405         smp_store_release(&buf->tail->commit, buf->tail->used);
 406         schedule_work(&buf->work);
 407 }
 408 EXPORT_SYMBOL(tty_schedule_flip);
 409
 410 /**
 411  *      tty_prepare_flip_string         -       make room for characters
 412  *      @port: tty port
 413  *      @chars: return pointer for character write area
 414  *      @size: desired size
 415  *
 416  *      Prepare a block of space in the buffer for data. Returns the length
 417  *      available and buffer pointer to the space which is now allocated and
 418  *      accounted for as ready for normal characters. This is used for drivers
 419  *      that need their own block copy routines into the buffer. There is no
 420  *      guarantee the buffer is a DMA target!
 421  */
 422
 423 int tty_prepare_flip_string(struct tty_port *port, unsigned char **chars,
 424                 size_t size)
 425 {
 426         int space = __tty_buffer_request_room(port, size, TTYB_NORMAL);
 427         if (likely(space)) {
 428                 struct tty_buffer *tb = port->buf.tail;
 429                 *chars = char_buf_ptr(tb, tb->used);
 430                 if (~tb->flags & TTYB_NORMAL)
 431                         memset(flag_buf_ptr(tb, tb->used), TTY_NORMAL, space);
 432                 tb->used += space;
 433         }
 434         return space;
 435 }
 436 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_prepare_flip_string);
 437
 438
 439 static int
 440 receive_buf(struct tty_struct *tty, struct tty_buffer *head, int count)
 441 {
 442         struct tty_ldisc *disc = tty->ldisc;
 443         unsigned char *p = char_buf_ptr(head, head->read);
 444         char          *f = NULL;
 445
 446         if (~head->flags & TTYB_NORMAL)
 447                 f = flag_buf_ptr(head, head->read);
 448
 449         if (disc->ops->receive_buf2)
 450                 count = disc->ops->receive_buf2(tty, p, f, count);
 451         else {
 452                 count = min_t(int, count, tty->receive_room);
 453                 if (count)
 454                         disc->ops->receive_buf(tty, p, f, count);
 455         }
 456         return count;
 457 }
 458
 459 /**
 460  *      flush_to_ldisc
 461  *      @work: tty structure passed from work queue.
 462  *
 463  *      This routine is called out of the software interrupt to flush data
 464  *      from the buffer chain to the line discipline.
 465  *
 466  *      The receive_buf method is single threaded for each tty instance.
 467  *
 468  *      Locking: takes buffer lock to ensure single-threaded flip buffer
 469  *               'consumer'
 470  */
 471
 472 static void flush_to_ldisc(struct work_struct *work)
 473 {
 474         struct tty_port *port = container_of(work, struct tty_port, buf.work);
 475         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 476         struct tty_struct *tty;
 477         struct tty_ldisc *disc;
 478
 479         tty = READ_ONCE(port->itty);
 480         if (tty == NULL)
 481                 return;
 482
 483         disc = tty_ldisc_ref(tty);
 484         if (disc == NULL)
 485                 return;
 486
 487         mutex_lock(&buf->lock);
 488
 489         while (1) {
 490                 struct tty_buffer *head = buf->head;
 491                 struct tty_buffer *next;
 492                 int count;
 493
 494                 /* Ldisc or user is trying to gain exclusive access */
 495                 if (atomic_read(&buf->priority))
 496                         break;
 497
 498                 /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room();
 499                  * ensures commit value read is not stale if the head
 500                  * is advancing to the next buffer
 501                  */
 502                 next = smp_load_acquire(&head->next);
 503                 /* paired w/ release in __tty_buffer_request_room() or in
 504                  * tty_buffer_flush(); ensures we see the committed buffer data
 505                  */
 506                 count = smp_load_acquire(&head->commit) - head->read;
 507                 if (!count) {
 508                         if (next == NULL) {
 509                                 check_other_closed(tty);
 510                                 break;
 511                         }
 512                         buf->head = next;
 513                         tty_buffer_free(port, head);
 514                         continue;
 515                 }
 516
 517                 count = receive_buf(tty, head, count);
 518                 if (!count)
 519                         break;
 520                 head->read += count;
 521         }
 522
 523         mutex_unlock(&buf->lock);
 524
 525         tty_ldisc_deref(disc);
 526 }
 527
 528 /**
 529  *      tty_flip_buffer_push    -       terminal
 530  *      @port: tty port to push
 531  *
 532  *      Queue a push of the terminal flip buffers to the line discipline.
 533  *      Can be called from IRQ/atomic context.
 534  *
 535  *      In the event of the queue being busy for flipping the work will be
 536  *      held off and retried later.
 537  */
 538
 539 void tty_flip_buffer_push(struct tty_port *port)
 540 {
 541         tty_schedule_flip(port);
 542 }
 543 EXPORT_SYMBOL(tty_flip_buffer_push);
 544
 545 /**
 546  *      tty_buffer_init         -       prepare a tty buffer structure
 547  *      @tty: tty to initialise
 548  *
 549  *      Set up the initial state of the buffer management for a tty device.
 550  *      Must be called before the other tty buffer functions are used.
 551  */
 552
 553 void tty_buffer_init(struct tty_port *port)
 554 {
 555         struct tty_bufhead *buf = &port->buf;
 556
 557         mutex_init(&buf->lock);
 558         tty_buffer_reset(&buf->sentinel, 0);
 559         buf->head = &buf->sentinel;
 560         buf->tail = &buf->sentinel;
 561         init_llist_head(&buf->free);
 562         atomic_set(&buf->mem_used, 0);
 563         atomic_set(&buf->priority, 0);
 564         INIT_WORK(&buf->work, flush_to_ldisc);
 565         buf->mem_limit = TTYB_DEFAULT_MEM_LIMIT;
 566 }
 567
 568 /**
 569  *      tty_buffer_set_limit    -       change the tty buffer memory limit
 570  *      @port: tty port to change
 571  *
 572  *      Change the tty buffer memory limit.
 573  *      Must be called before the other tty buffer functions are used.
 574  */
 575
 576 int tty_buffer_set_limit(struct tty_port *port, int limit)
 577 {
 578         if (limit < MIN_TTYB_SIZE)
 579                 return -EINVAL;
 580         port->buf.mem_limit = limit;
 581         return 0;
 582 }
 583 EXPORT_SYMBOL_GPL(tty_buffer_set_limit);
 584
 585 /* slave ptys can claim nested buffer lock when handling BRK and INTR */
 586 void tty_buffer_set_lock_subclass(struct tty_port *port)
 587 {
 588         lockdep_set_subclass(&port->buf.lock, TTY_LOCK_SLAVE);
 589 }