include/net/inet_hashtables.h

   1 /*
   2  * INET         An implementation of the TCP/IP protocol suite for the LINUX
   3  *              operating system.  INET is implemented using the BSD Socket
   4  *              interface as the means of communication with the user level.
   5  *
   6  * Authors:     Lotsa people, from code originally in tcp
   7  *
   8  *      This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  *      modify it under the terms of the GNU General Public License
  10  *      as published by the Free Software Foundation; either version
  11  *      2 of the License, or (at your option) any later version.
  12  */
  13
  14 #ifndef _INET_HASHTABLES_H
  15 #define _INET_HASHTABLES_H
  16
  17
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/ip.h>
  20 #include <linux/ipv6.h>
  21 #include <linux/list.h>
  22 #include <linux/slab.h>
  23 #include <linux/socket.h>
  24 #include <linux/spinlock.h>
  25 #include <linux/types.h>
  26 #include <linux/wait.h>
  27
  28 #include <net/inet_connection_sock.h>
  29 #include <net/inet_sock.h>
  30 #include <net/sock.h>
  31 #include <net/route.h>
  32 #include <net/tcp_states.h>
  33 #include <net/netns/hash.h>
  34
  35 #include <linux/refcount.h>
  36 #include <asm/byteorder.h>
  37
  38 /* This is for all connections with a full identity, no wildcards.
  39  * The 'e' prefix stands for Establish, but we really put all sockets
  40  * but LISTEN ones.
  41  */
  42 struct inet_ehash_bucket {
  43         struct hlist_nulls_head chain;
  44 };
  45
  46 /* There are a few simple rules, which allow for local port reuse by
  47  * an application.  In essence:
  48  *
  49  *      1) Sockets bound to different interfaces may share a local port.
  50  *         Failing that, goto test 2.
  51  *      2) If all sockets have sk->sk_reuse set, and none of them are in
  52  *         TCP_LISTEN state, the port may be shared.
  53  *         Failing that, goto test 3.
  54  *      3) If all sockets are bound to a specific inet_sk(sk)->rcv_saddr local
  55  *         address, and none of them are the same, the port may be
  56  *         shared.
  57  *         Failing this, the port cannot be shared.
  58  *
  59  * The interesting point, is test #2.  This is what an FTP server does
  60  * all day.  To optimize this case we use a specific flag bit defined
  61  * below.  As we add sockets to a bind bucket list, we perform a
  62  * check of: (newsk->sk_reuse && (newsk->sk_state != TCP_LISTEN))
  63  * As long as all sockets added to a bind bucket pass this test,
  64  * the flag bit will be set.
  65  * The resulting situation is that tcp_v[46]_verify_bind() can just check
  66  * for this flag bit, if it is set and the socket trying to bind has
  67  * sk->sk_reuse set, we don't even have to walk the owners list at all,
  68  * we return that it is ok to bind this socket to the requested local port.
  69  *
  70  * Sounds like a lot of work, but it is worth it.  In a more naive
  71  * implementation (ie. current FreeBSD etc.) the entire list of ports
  72  * must be walked for each data port opened by an ftp server.  Needless
  73  * to say, this does not scale at all.  With a couple thousand FTP
  74  * users logged onto your box, isn't it nice to know that new data
  75  * ports are created in O(1) time?  I thought so. ;-)   -DaveM
  76  */
  77 #define FASTREUSEPORT_ANY       1
  78 #define FASTREUSEPORT_STRICT    2
  79
  80 struct inet_bind_bucket {
  81         possible_net_t          ib_net;
  82         unsigned short          port;
  83         signed char             fastreuse;
  84         signed char             fastreuseport;
  85         kuid_t                  fastuid;
  86 #if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6)
  87         struct in6_addr         fast_v6_rcv_saddr;
  88 #endif
  89         __be32                  fast_rcv_saddr;
  90         unsigned short          fast_sk_family;
  91         bool                    fast_ipv6_only;
  92         struct hlist_node       node;
  93         struct hlist_head       owners;
  94 };
  95
  96 static inline struct net *ib_net(struct inet_bind_bucket *ib)
  97 {
  98         return read_pnet(&ib->ib_net);
  99 }
 100
 101 #define inet_bind_bucket_for_each(tb, head) \
 102         hlist_for_each_entry(tb, head, node)
 103
 104 struct inet_bind_hashbucket {
 105         spinlock_t              lock;
 106         struct hlist_head       chain;
 107 };
 108
 109 /* Sockets can be hashed in established or listening table.
 110  * We must use different 'nulls' end-of-chain value for all hash buckets :
 111  * A socket might transition from ESTABLISH to LISTEN state without
 112  * RCU grace period. A lookup in ehash table needs to handle this case.
 113  */
 114 #define LISTENING_NULLS_BASE (1U << 29)
 115 struct inet_listen_hashbucket {
 116         spinlock_t              lock;
 117         unsigned int            count;
 118         union {
 119                 struct hlist_head       head;
 120                 struct hlist_nulls_head nulls_head;
 121         };
 122 };
 123
 124 /* This is for listening sockets, thus all sockets which possess wildcards. */
 125 #define INET_LHTABLE_SIZE       32      /* Yes, really, this is all you need. */
 126
 127 struct inet_hashinfo {
 128         /* This is for sockets with full identity only.  Sockets here will
 129          * always be without wildcards and will have the following invariant:
 130          *
 131          *          TCP_ESTABLISHED <= sk->sk_state < TCP_CLOSE
 132          *
 133          */
 134         struct inet_ehash_bucket        *ehash;
 135         spinlock_t                      *ehash_locks;
 136         unsigned int                    ehash_mask;
 137         unsigned int                    ehash_locks_mask;
 138
 139         /* Ok, let's try this, I give up, we do need a local binding
 140          * TCP hash as well as the others for fast bind/connect.
 141          */
 142         struct kmem_cache               *bind_bucket_cachep;
 143         struct inet_bind_hashbucket     *bhash;
 144         unsigned int                    bhash_size;
 145
 146         /* The 2nd listener table hashed by local port and address */
 147         unsigned int                    lhash2_mask;
 148         struct inet_listen_hashbucket   *lhash2;
 149
 150         /* All the above members are written once at bootup and
 151          * never written again _or_ are predominantly read-access.
 152          *
 153          * Now align to a new cache line as all the following members
 154          * might be often dirty.
 155          */
 156         /* All sockets in TCP_LISTEN state will be in listening_hash.
 157          * This is the only table where wildcard'd TCP sockets can
 158          * exist.  listening_hash is only hashed by local port number.
 159          * If lhash2 is initialized, the same socket will also be hashed
 160          * to lhash2 by port and address.
 161          */
 162         struct inet_listen_hashbucket   listening_hash[INET_LHTABLE_SIZE]
 163                                         ____cacheline_aligned_in_smp;
 164 };
 165
 166 #define inet_lhash2_for_each_icsk_rcu(__icsk, list) \
 167         hlist_for_each_entry_rcu(__icsk, list, icsk_listen_portaddr_node)
 168
 169 static inline struct inet_listen_hashbucket *
 170 inet_lhash2_bucket(struct inet_hashinfo *h, u32 hash)
 171 {
 172         return &h->lhash2[hash & h->lhash2_mask];
 173 }
 174
 175 static inline struct inet_ehash_bucket *inet_ehash_bucket(
 176         struct inet_hashinfo *hashinfo,
 177         unsigned int hash)
 178 {
 179         return &hashinfo->ehash[hash & hashinfo->ehash_mask];
 180 }
 181
 182 static inline spinlock_t *inet_ehash_lockp(
 183         struct inet_hashinfo *hashinfo,
 184         unsigned int hash)
 185 {
 186         return &hashinfo->ehash_locks[hash & hashinfo->ehash_locks_mask];
 187 }
 188
 189 int inet_ehash_locks_alloc(struct inet_hashinfo *hashinfo);
 190
 191 static inline void inet_ehash_locks_free(struct inet_hashinfo *hashinfo)
 192 {
 193         kvfree(hashinfo->ehash_locks);
 194         hashinfo->ehash_locks = NULL;
 195 }
 196
 197 struct inet_bind_bucket *
 198 inet_bind_bucket_create(struct kmem_cache *cachep, struct net *net,
 199                         struct inet_bind_hashbucket *head,
 200                         const unsigned short snum);
 201 void inet_bind_bucket_destroy(struct kmem_cache *cachep,
 202                               struct inet_bind_bucket *tb);
 203
 204 static inline u32 inet_bhashfn(const struct net *net, const __u16 lport,
 205                                const u32 bhash_size)
 206 {
 207         return (lport + net_hash_mix(net)) & (bhash_size - 1);
 208 }
 209
 210 void inet_bind_hash(struct sock *sk, struct inet_bind_bucket *tb,
 211                     const unsigned short snum);
 212
 213 /* These can have wildcards, don't try too hard. */
 214 static inline u32 inet_lhashfn(const struct net *net, const unsigned short num)
 215 {
 216         return (num + net_hash_mix(net)) & (INET_LHTABLE_SIZE - 1);
 217 }
 218
 219 static inline int inet_sk_listen_hashfn(const struct sock *sk)
 220 {
 221         return inet_lhashfn(sock_net(sk), inet_sk(sk)->inet_num);
 222 }
 223
 224 /* Caller must disable local BH processing. */
 225 int __inet_inherit_port(const struct sock *sk, struct sock *child);
 226
 227 void inet_put_port(struct sock *sk);
 228
 229 void inet_hashinfo_init(struct inet_hashinfo *h);
 230 void inet_hashinfo2_init(struct inet_hashinfo *h, const char *name,
 231                          unsigned long numentries, int scale,
 232                          unsigned long low_limit,
 233                          unsigned long high_limit);
 234
 235 bool inet_ehash_insert(struct sock *sk, struct sock *osk, bool *found_dup_sk);
 236 bool inet_ehash_nolisten(struct sock *sk, struct sock *osk,
 237                          bool *found_dup_sk);
 238 int __inet_hash(struct sock *sk, struct sock *osk);
 239 int inet_hash(struct sock *sk);
 240 void inet_unhash(struct sock *sk);
 241
 242 struct sock *__inet_lookup_listener(struct net *net,
 243                                     struct inet_hashinfo *hashinfo,
 244                                     struct sk_buff *skb, int doff,
 245                                     const __be32 saddr, const __be16 sport,
 246                                     const __be32 daddr,
 247                                     const unsigned short hnum,
 248                                     const int dif, const int sdif);
 249
 250 static inline struct sock *inet_lookup_listener(struct net *net,
 251                 struct inet_hashinfo *hashinfo,
 252                 struct sk_buff *skb, int doff,
 253                 __be32 saddr, __be16 sport,
 254                 __be32 daddr, __be16 dport, int dif, int sdif)
 255 {
 256         return __inet_lookup_listener(net, hashinfo, skb, doff, saddr, sport,
 257                                       daddr, ntohs(dport), dif, sdif);
 258 }
 259
 260 /* Socket demux engine toys. */
 261 /* What happens here is ugly; there's a pair of adjacent fields in
 262    struct inet_sock; __be16 dport followed by __u16 num.  We want to
 263    search by pair, so we combine the keys into a single 32bit value
 264    and compare with 32bit value read from &...->dport.  Let's at least
 265    make sure that it's not mixed with anything else...
 266    On 64bit targets we combine comparisons with pair of adjacent __be32
 267    fields in the same way.
 268 */
 269 #ifdef __BIG_ENDIAN
 270 #define INET_COMBINED_PORTS(__sport, __dport) \
 271         ((__force __portpair)(((__force __u32)(__be16)(__sport) << 16) | (__u32)(__dport)))
 272 #else /* __LITTLE_ENDIAN */
 273 #define INET_COMBINED_PORTS(__sport, __dport) \
 274         ((__force __portpair)(((__u32)(__dport) << 16) | (__force __u32)(__be16)(__sport)))
 275 #endif
 276
 277 #if (BITS_PER_LONG == 64)
 278 #ifdef __BIG_ENDIAN
 279 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr) \
 280         const __addrpair __name = (__force __addrpair) ( \
 281                                    (((__force __u64)(__be32)(__saddr)) << 32) | \
 282                                    ((__force __u64)(__be32)(__daddr)))
 283 #else /* __LITTLE_ENDIAN */
 284 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr) \
 285         const __addrpair __name = (__force __addrpair) ( \
 286                                    (((__force __u64)(__be32)(__daddr)) << 32) | \
 287                                    ((__force __u64)(__be32)(__saddr)))
 288 #endif /* __BIG_ENDIAN */
 289 #define INET_MATCH(__sk, __net, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif, __sdif) \
 290         (((__sk)->sk_portpair == (__ports))                     &&      \
 291          ((__sk)->sk_addrpair == (__cookie))                    &&      \
 292          (!(__sk)->sk_bound_dev_if      ||                              \
 293            ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))                 ||      \
 294            ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__sdif)))               &&      \
 295          net_eq(sock_net(__sk), (__net)))
 296 #else /* 32-bit arch */
 297 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr) \
 298         const int __name __deprecated __attribute__((unused))
 299
 300 #define INET_MATCH(__sk, __net, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif, __sdif) \
 301         (((__sk)->sk_portpair == (__ports))             &&              \
 302          ((__sk)->sk_daddr      == (__saddr))           &&              \
 303          ((__sk)->sk_rcv_saddr  == (__daddr))           &&              \
 304          (!(__sk)->sk_bound_dev_if      ||                              \
 305            ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))         ||              \
 306            ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__sdif)))       &&              \
 307          net_eq(sock_net(__sk), (__net)))
 308 #endif /* 64-bit arch */
 309
 310 /* Sockets in TCP_CLOSE state are _always_ taken out of the hash, so we need
 311  * not check it for lookups anymore, thanks Alexey. -DaveM
 312  */
 313 struct sock *__inet_lookup_established(struct net *net,
 314                                        struct inet_hashinfo *hashinfo,
 315                                        const __be32 saddr, const __be16 sport,
 316                                        const __be32 daddr, const u16 hnum,
 317                                        const int dif, const int sdif);
 318
 319 static inline struct sock *
 320         inet_lookup_established(struct net *net, struct inet_hashinfo *hashinfo,
 321                                 const __be32 saddr, const __be16 sport,
 322                                 const __be32 daddr, const __be16 dport,
 323                                 const int dif)
 324 {
 325         return __inet_lookup_established(net, hashinfo, saddr, sport, daddr,
 326                                          ntohs(dport), dif, 0);
 327 }
 328
 329 static inline struct sock *__inet_lookup(struct net *net,
 330                                          struct inet_hashinfo *hashinfo,
 331                                          struct sk_buff *skb, int doff,
 332                                          const __be32 saddr, const __be16 sport,
 333                                          const __be32 daddr, const __be16 dport,
 334                                          const int dif, const int sdif,
 335                                          bool *refcounted)
 336 {
 337         u16 hnum = ntohs(dport);
 338         struct sock *sk;
 339
 340         sk = __inet_lookup_established(net, hashinfo, saddr, sport,
 341                                        daddr, hnum, dif, sdif);
 342         *refcounted = true;
 343         if (sk)
 344                 return sk;
 345         *refcounted = false;
 346         return __inet_lookup_listener(net, hashinfo, skb, doff, saddr,
 347                                       sport, daddr, hnum, dif, sdif);
 348 }
 349
 350 static inline struct sock *inet_lookup(struct net *net,
 351                                        struct inet_hashinfo *hashinfo,
 352                                        struct sk_buff *skb, int doff,
 353                                        const __be32 saddr, const __be16 sport,
 354                                        const __be32 daddr, const __be16 dport,
 355                                        const int dif)
 356 {
 357         struct sock *sk;
 358         bool refcounted;
 359
 360         sk = __inet_lookup(net, hashinfo, skb, doff, saddr, sport, daddr,
 361                            dport, dif, 0, &refcounted);
 362
 363         if (sk && !refcounted && !refcount_inc_not_zero(&sk->sk_refcnt))
 364                 sk = NULL;
 365         return sk;
 366 }
 367
 368 static inline struct sock *__inet_lookup_skb(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 369                                              struct sk_buff *skb,
 370                                              int doff,
 371                                              const __be16 sport,
 372                                              const __be16 dport,
 373                                              const int sdif,
 374                                              bool *refcounted)
 375 {
 376         struct sock *sk = skb_steal_sock(skb);
 377         const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 378
 379         *refcounted = true;
 380         if (sk)
 381                 return sk;
 382
 383         return __inet_lookup(dev_net(skb_dst(skb)->dev), hashinfo, skb,
 384                              doff, iph->saddr, sport,
 385                              iph->daddr, dport, inet_iif(skb), sdif,
 386                              refcounted);
 387 }
 388
 389 u32 inet6_ehashfn(const struct net *net,
 390                   const struct in6_addr *laddr, const u16 lport,
 391                   const struct in6_addr *faddr, const __be16 fport);
 392
 393 static inline void sk_daddr_set(struct sock *sk, __be32 addr)
 394 {
 395         sk->sk_daddr = addr; /* alias of inet_daddr */
 396 #if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6)
 397         ipv6_addr_set_v4mapped(addr, &sk->sk_v6_daddr);
 398 #endif
 399 }
 400
 401 static inline void sk_rcv_saddr_set(struct sock *sk, __be32 addr)
 402 {
 403         sk->sk_rcv_saddr = addr; /* alias of inet_rcv_saddr */
 404 #if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6)
 405         ipv6_addr_set_v4mapped(addr, &sk->sk_v6_rcv_saddr);
 406 #endif
 407 }
 408
 409 int __inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row,
 410                         struct sock *sk, u64 port_offset,
 411                         int (*check_established)(struct inet_timewait_death_row *,
 412                                                  struct sock *, __u16,
 413                                                  struct inet_timewait_sock **));
 414
 415 int inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row,
 416                       struct sock *sk);
 417 #endif /* _INET_HASHTABLES_H */