// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 *  linux/fs/file_table.c
 *
 *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
 *  Copyright (C) 1997 David S. Miller (davem@caip.rutgers.edu)
 */

#include <linux/string.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/file.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/filelock.h>
#include <linux/security.h>
#include <linux/cred.h>
#include <linux/eventpoll.h>
#include <linux/rcupdate.h>
#include <linux/mount.h>
#include <linux/capability.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fsnotify.h>
#include <linux/sysctl.h>
#include <linux/percpu_counter.h>
#include <linux/percpu.h>
#include <linux/task_work.h>
#include <linux/swap.h>
#include <linux/kmemleak.h>

#include <linux/atomic.h>

#include "internal.h"

/* sysctl tunables... */
static struct files_stat_struct files_stat = {
 .max_files = NR_FILE
};

/* SLAB cache for file structures */
static struct kmem_cache *filp_cachep __ro_after_init;
static struct kmem_cache *bfilp_cachep __ro_after_init;

static struct percpu_counter nr_files __cacheline_aligned_in_smp;

/* Container for backing file with optional user path */
struct backing_file {
 struct file file;
 union {
  struct path user_path;
  freeptr_t bf_freeptr;
 };
};

#define backing_file(f) container_of(f, struct backing_file, file)

struct path *backing_file_user_path(const struct file *f)
{
 return &backing_file(f)->user_path;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(backing_file_user_path);

void backing_file_set_user_path(struct file *f, const struct path *path)
{
 backing_file(f)->user_path = *path;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(backing_file_set_user_path);

static inline void file_free(struct file *f)
{
 security_file_free(f);
 if (likely(!(f->f_mode & FMODE_NOACCOUNT)))
  percpu_counter_dec(&nr_files);
 put_cred(f->f_cred);
 if (unlikely(f->f_mode & FMODE_BACKING)) {
  path_put(backing_file_user_path(f));
  kmem_cache_free(bfilp_cachep, backing_file(f));
 } else {
  kmem_cache_free(filp_cachep, f);
 }
}

/*
 * Return the total number of open files in the system
 */
static long get_nr_files(void)
{
 return percpu_counter_read_positive(&nr_files);
}

/*
 * Return the maximum number of open files in the system
 */
unsigned long get_max_files(void)
{
 return files_stat.max_files;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(get_max_files);

#if defined(CONFIG_SYSCTL) && defined(CONFIG_PROC_FS)

/*
 * Handle nr_files sysctl
 */
static int proc_nr_files(const struct ctl_table *table, int write, void *buffer,
    size_t *lenp, loff_t *ppos)
{
 files_stat.nr_files = percpu_counter_sum_positive(&nr_files);
 return proc_doulongvec_minmax(table, write, buffer, lenp, ppos);
}

static const struct ctl_table fs_stat_sysctls[] = {
 {
  .procname = "file-nr",
  .data  = &files_stat,
  .maxlen  = sizeof(files_stat),
  .mode  = 0444,
  .proc_handler = proc_nr_files,
 },
 {
  .procname = "file-max",
  .data  = &files_stat.max_files,
  .maxlen  = sizeof(files_stat.max_files),
  .mode  = 0644,
  .proc_handler = proc_doulongvec_minmax,
  .extra1  = SYSCTL_LONG_ZERO,
  .extra2  = SYSCTL_LONG_MAX,
 },
 {
  .procname = "nr_open",
  .data  = &sysctl_nr_open,
  .maxlen  = sizeof(unsigned int),
  .mode  = 0644,
  .proc_handler = proc_douintvec_minmax,
  .extra1  = &sysctl_nr_open_min,
  .extra2  = &sysctl_nr_open_max,
 },
};

static int __init init_fs_stat_sysctls(void)
{
 register_sysctl_init("fs", fs_stat_sysctls);
 if (IS_ENABLED(CONFIG_BINFMT_MISC)) {
  struct ctl_table_header *hdr;

  hdr = register_sysctl_mount_point("fs/binfmt_misc");
  kmemleak_not_leak(hdr);
 }
 return 0;
}
fs_initcall(init_fs_stat_sysctls);
#endif

static int init_file(struct file *f, int flags, const struct cred *cred)
{
 int error;

 f->f_cred = get_cred(cred);
 error = security_file_alloc(f);
 if (unlikely(error)) {
  put_cred(f->f_cred);
  return error;
 }

 spin_lock_init(&f->f_lock);
 /*
  * Note that f_pos_lock is only used for files raising
  * FMODE_ATOMIC_POS and directories. Other files such as pipes
  * don't need it and since f_pos_lock is in a union may reuse
  * the space for other purposes. They are expected to initialize
  * the respective member when opening the file.
 */
 mutex_init(&f->f_pos_lock);
 memset(&f->f_path, 0, sizeof(f->f_path));
 memset(&f->f_ra, 0, sizeof(f->f_ra));

 f->f_flags = flags;
 f->f_mode = OPEN_FMODE(flags);

 f->f_op  = NULL;
 f->f_mapping = NULL;
 f->private_data = NULL;
 f->f_inode = NULL;
 f->f_owner = NULL;
#ifdef CONFIG_EPOLL
 f->f_ep  = NULL;
#endif

 f->f_iocb_flags = 0;
 f->f_pos = 0;
 f->f_wb_err = 0;
 f->f_sb_err = 0;

 /*
  * We're SLAB_TYPESAFE_BY_RCU so initialize f_count last. While
  * fget-rcu pattern users need to be able to handle spurious
  * refcount bumps we should reinitialize the reused file first.
 */
 file_ref_init(&f->f_ref, 1);
 /*
  * Disable permission and pre-content events for all files by default.
  * They may be enabled later by fsnotify_open_perm_and_set_mode().
 */
 file_set_fsnotify_mode(f, FMODE_NONOTIFY_PERM);
 return 0;
}

/* Find an unused file structure and return a pointer to it.
 * Returns an error pointer if some error happend e.g. we over file
 * structures limit, run out of memory or operation is not permitted.
 *
 * Be very careful using this.  You are responsible for
 * getting write access to any mount that you might assign
 * to this filp, if it is opened for write.  If this is not
 * done, you will imbalance int the mount's writer count
 * and a warning at __fput() time.
 */
struct file *alloc_empty_file(int flags, const struct cred *cred)
{
 static long old_max;
 struct file *f;
 int error;

 /*
  * Privileged users can go above max_files
 */
 if (unlikely(get_nr_files() >= files_stat.max_files) &&
     !capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
  /*
   * percpu_counters are inaccurate.  Do an expensive check before
   * we go and fail.
 */
  if (percpu_counter_sum_positive(&nr_files) >= files_stat.max_files)
   goto over;
 }

 f = kmem_cache_alloc(filp_cachep, GFP_KERNEL);
 if (unlikely(!f))
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 error = init_file(f, flags, cred);
 if (unlikely(error)) {
  kmem_cache_free(filp_cachep, f);
  return ERR_PTR(error);
 }

 percpu_counter_inc(&nr_files);

 return f;

over:
 /* Ran out of filps - report that */
 if (get_nr_files() > old_max) {
  pr_info("VFS: file-max limit %lu reached\n", get_max_files());
  old_max = get_nr_files();
 }
 return ERR_PTR(-ENFILE);
}

/*
 * Variant of alloc_empty_file() that doesn't check and modify nr_files.
 *
 * This is only for kernel internal use, and the allocate file must not be
 * installed into file tables or such.
 */
struct file *alloc_empty_file_noaccount(int flags, const struct cred *cred)
{
 struct file *f;
 int error;

 f = kmem_cache_alloc(filp_cachep, GFP_KERNEL);
 if (unlikely(!f))
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 error = init_file(f, flags, cred);
 if (unlikely(error)) {
  kmem_cache_free(filp_cachep, f);
  return ERR_PTR(error);
 }

 f->f_mode |= FMODE_NOACCOUNT;

 return f;
}

/*
 * Variant of alloc_empty_file() that allocates a backing_file container
 * and doesn't check and modify nr_files.
 *
 * This is only for kernel internal use, and the allocate file must not be
 * installed into file tables or such.
 */
struct file *alloc_empty_backing_file(int flags, const struct cred *cred)
{
 struct backing_file *ff;
 int error;

 ff = kmem_cache_alloc(bfilp_cachep, GFP_KERNEL);
 if (unlikely(!ff))
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 error = init_file(&ff->file, flags, cred);
 if (unlikely(error)) {
  kmem_cache_free(bfilp_cachep, ff);
  return ERR_PTR(error);
 }

 ff->file.f_mode |= FMODE_BACKING | FMODE_NOACCOUNT;
 return &ff->file;
}

/**
 * file_init_path - initialize a 'struct file' based on path
 *
 * @file: the file to set up
 * @path: the (dentry, vfsmount) pair for the new file
 * @fop: the 'struct file_operations' for the new file
 */
static void file_init_path(struct file *file, const struct path *path,
      const struct file_operations *fop)
{
 file->f_path = *path;
 file->f_inode = path->dentry->d_inode;
 file->f_mapping = path->dentry->d_inode->i_mapping;
 file->f_wb_err = filemap_sample_wb_err(file->f_mapping);
 file->f_sb_err = file_sample_sb_err(file);
 if (fop->llseek)
  file->f_mode |= FMODE_LSEEK;
 if ((file->f_mode & FMODE_READ) &&
      likely(fop->read || fop->read_iter))
  file->f_mode |= FMODE_CAN_READ;
 if ((file->f_mode & FMODE_WRITE) &&
      likely(fop->write || fop->write_iter))
  file->f_mode |= FMODE_CAN_WRITE;
 file->f_iocb_flags = iocb_flags(file);
 file->f_mode |= FMODE_OPENED;
 file->f_op = fop;
 if ((file->f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE)) == FMODE_READ)
  i_readcount_inc(path->dentry->d_inode);
}

/**
 * alloc_file - allocate and initialize a 'struct file'
 *
 * @path: the (dentry, vfsmount) pair for the new file
 * @flags: O_... flags with which the new file will be opened
 * @fop: the 'struct file_operations' for the new file
 */
static struct file *alloc_file(const struct path *path, int flags,
  const struct file_operations *fop)
{
 struct file *file;

 file = alloc_empty_file(flags, current_cred());
 if (!IS_ERR(file))
  file_init_path(file, path, fop);
 return file;
}

static inline int alloc_path_pseudo(const char *name, struct inode *inode,
        struct vfsmount *mnt, struct path *path)
{
 path->dentry = d_alloc_pseudo(mnt->mnt_sb, &QSTR(name));
 if (!path->dentry)
  return -ENOMEM;
 path->mnt = mntget(mnt);
 d_instantiate(path->dentry, inode);
 return 0;
}

struct file *alloc_file_pseudo(struct inode *inode, struct vfsmount *mnt,
          const char *name, int flags,
          const struct file_operations *fops)
{
 int ret;
 struct path path;
 struct file *file;

 ret = alloc_path_pseudo(name, inode, mnt, &path);
 if (ret)
  return ERR_PTR(ret);

 file = alloc_file(&path, flags, fops);
 if (IS_ERR(file)) {
  ihold(inode);
  path_put(&path);
  return file;
 }
 /*
  * Disable all fsnotify events for pseudo files by default.
  * They may be enabled by caller with file_set_fsnotify_mode().
 */
 file_set_fsnotify_mode(file, FMODE_NONOTIFY);
 return file;
}
EXPORT_SYMBOL(alloc_file_pseudo);

struct file *alloc_file_pseudo_noaccount(struct inode *inode,
      struct vfsmount *mnt, const char *name,
      int flags,
      const struct file_operations *fops)
{
 int ret;
 struct path path;
 struct file *file;

 ret = alloc_path_pseudo(name, inode, mnt, &path);
 if (ret)
  return ERR_PTR(ret);

 file = alloc_empty_file_noaccount(flags, current_cred());
 if (IS_ERR(file)) {
  ihold(inode);
  path_put(&path);
  return file;
 }
 file_init_path(file, &path, fops);
 /*
  * Disable all fsnotify events for pseudo files by default.
  * They may be enabled by caller with file_set_fsnotify_mode().
 */
 file_set_fsnotify_mode(file, FMODE_NONOTIFY);
 return file;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_file_pseudo_noaccount);

struct file *alloc_file_clone(struct file *base, int flags,
    const struct file_operations *fops)
{
 struct file *f;

 f = alloc_file(&base->f_path, flags, fops);
 if (!IS_ERR(f)) {
  path_get(&f->f_path);
  f->f_mapping = base->f_mapping;
 }
 return f;
}

/* the real guts of fput() - releasing the last reference to file
 */
static void __fput(struct file *file)
{
 struct dentry *dentry = file->f_path.dentry;
 struct vfsmount *mnt = file->f_path.mnt;
 struct inode *inode = file->f_inode;
 fmode_t mode = file->f_mode;

 if (unlikely(!(file->f_mode & FMODE_OPENED)))
  goto out;

 might_sleep();

 fsnotify_close(file);
 /*
  * The function eventpoll_release() should be the first called
  * in the file cleanup chain.
 */
 eventpoll_release(file);
 locks_remove_file(file);

 security_file_release(file);
 if (unlikely(file->f_flags & FASYNC)) {
  if (file->f_op->fasync)
   file->f_op->fasync(-1, file, 0);
 }
 if (file->f_op->release)
  file->f_op->release(inode, file);
 if (unlikely(S_ISCHR(inode->i_mode) && inode->i_cdev != NULL &&
       !(mode & FMODE_PATH))) {
  cdev_put(inode->i_cdev);
 }
 fops_put(file->f_op);
 file_f_owner_release(file);
 put_file_access(file);
 dput(dentry);
 if (unlikely(mode & FMODE_NEED_UNMOUNT))
  dissolve_on_fput(mnt);
 mntput(mnt);
out:
 file_free(file);
}

static LLIST_HEAD(delayed_fput_list);
static void delayed_fput(struct work_struct *unused)
{
 struct llist_node *node = llist_del_all(&delayed_fput_list);
 struct file *f, *t;

 llist_for_each_entry_safe(f, t, node, f_llist)
  __fput(f);
}

static void ____fput(struct callback_head *work)
{
 __fput(container_of(work, struct file, f_task_work));
}

static DECLARE_DELAYED_WORK(delayed_fput_work, delayed_fput);

/*
 * If kernel thread really needs to have the final fput() it has done
 * to complete, call this.  The only user right now is the boot - we
 * *do* need to make sure our writes to binaries on initramfs has
 * not left us with opened struct file waiting for __fput() - execve()
 * won't work without that.  Please, don't add more callers without
 * very good reasons; in particular, never call that with locks
 * held and never call that from a thread that might need to do
 * some work on any kind of umount.
 */
void flush_delayed_fput(void)
{
 delayed_fput(NULL);
 flush_delayed_work(&delayed_fput_work);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(flush_delayed_fput);

static void __fput_deferred(struct file *file)
{
 struct task_struct *task = current;

 if (unlikely(!(file->f_mode & (FMODE_BACKING | FMODE_OPENED)))) {
  file_free(file);
  return;
 }

 if (likely(!in_interrupt() && !(task->flags & PF_KTHREAD))) {
  init_task_work(&file->f_task_work, ____fput);
  if (!task_work_add(task, &file->f_task_work, TWA_RESUME))
   return;
  /*
   * After this task has run exit_task_work(),
   * task_work_add() will fail.  Fall through to delayed
   * fput to avoid leaking *file.
 */
 }

 if (llist_add(&file->f_llist, &delayed_fput_list))
  schedule_delayed_work(&delayed_fput_work, 1);
}

void fput(struct file *file)
{
 if (unlikely(file_ref_put(&file->f_ref)))
  __fput_deferred(file);
}
EXPORT_SYMBOL(fput);

/*
 * synchronous analog of fput(); for kernel threads that might be needed
 * in some umount() (and thus can't use flush_delayed_fput() without
 * risking deadlocks), need to wait for completion of __fput() and know
 * for this specific struct file it won't involve anything that would
 * need them.  Use only if you really need it - at the very least,
 * don't blindly convert fput() by kernel thread to that.
 */
void __fput_sync(struct file *file)
{
 if (file_ref_put(&file->f_ref))
  __fput(file);
}
EXPORT_SYMBOL(__fput_sync);

/*
 * Equivalent to __fput_sync(), but optimized for being called with the last
 * reference.
 *
 * See file_ref_put_close() for details.
 */
void fput_close_sync(struct file *file)
{
 if (likely(file_ref_put_close(&file->f_ref)))
  __fput(file);
}

/*
 * Equivalent to fput(), but optimized for being called with the last
 * reference.
 *
 * See file_ref_put_close() for details.
 */
void fput_close(struct file *file)
{
 if (file_ref_put_close(&file->f_ref))
  __fput_deferred(file);
}

void __init files_init(void)
{
 struct kmem_cache_args args = {
  .use_freeptr_offset = true,
  .freeptr_offset = offsetof(struct file, f_freeptr),
 };

 filp_cachep = kmem_cache_create("filp", sizeof(struct file), &args,
    SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC |
    SLAB_ACCOUNT | SLAB_TYPESAFE_BY_RCU);

 args.freeptr_offset = offsetof(struct backing_file, bf_freeptr);
 bfilp_cachep = kmem_cache_create("bfilp", sizeof(struct backing_file),
    &args, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC |
    SLAB_ACCOUNT | SLAB_TYPESAFE_BY_RCU);
 percpu_counter_init(&nr_files, 0, GFP_KERNEL);
}

/*
 * One file with associated inode and dcache is very roughly 1K. Per default
 * do not use more than 10% of our memory for files.
 */
void __init files_maxfiles_init(void)
{
 unsigned long n;
 unsigned long nr_pages = totalram_pages();
 unsigned long memreserve = (nr_pages - nr_free_pages()) * 3/2;

 memreserve = min(memreserve, nr_pages - 1);
 n = ((nr_pages - memreserve) * (PAGE_SIZE / 1024)) / 10;

 files_stat.max_files = max_t(unsigned long, n, NR_FILE);
}