// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * CUSE: Character device in Userspace
 *
 * Copyright (C) 2008-2009  SUSE Linux Products GmbH
 * Copyright (C) 2008-2009  Tejun Heo <tj@kernel.org>
 *
 * CUSE enables character devices to be implemented from userland much
 * like FUSE allows filesystems.  On initialization /dev/cuse is
 * created.  By opening the file and replying to the CUSE_INIT request
 * userland CUSE server can create a character device.  After that the
 * operation is very similar to FUSE.
 *
 * A CUSE instance involves the following objects.
 *
 * cuse_conn : contains fuse_conn and serves as bonding structure
 * channel : file handle connected to the userland CUSE server
 * cdev  : the implemented character device
 * dev  : generic device for cdev
 *
 * Note that 'channel' is what 'dev' is in FUSE.  As CUSE deals with
 * devices, it's called 'channel' to reduce confusion.
 *
 * channel determines when the character device dies.  When channel is
 * closed, everything begins to destruct.  The cuse_conn is taken off
 * the lookup table preventing further access from cdev, cdev and
 * generic device are removed and the base reference of cuse_conn is
 * put.
 *
 * On each open, the matching cuse_conn is looked up and if found an
 * additional reference is taken which is released when the file is
 * closed.
 */

#define pr_fmt(fmt) "CUSE: " fmt

#include <linux/fuse.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/file.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/magic.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/uio.h>
#include <linux/user_namespace.h>

#include "fuse_i.h"

#define CUSE_CONNTBL_LEN 64

struct cuse_conn {
 struct list_head list; /* linked on cuse_conntbl */
 struct fuse_mount fm; /* Dummy mount referencing fc */
 struct fuse_conn fc; /* fuse connection */
 struct cdev  *cdev; /* associated character device */
 struct device  *dev; /* device representing @cdev */

 /* init parameters, set once during initialization */
 bool   unrestricted_ioctl;
};

static DEFINE_MUTEX(cuse_lock);  /* protects registration */
static struct list_head cuse_conntbl[CUSE_CONNTBL_LEN];
static struct class *cuse_class;

static struct cuse_conn *fc_to_cc(struct fuse_conn *fc)
{
 return container_of(fc, struct cuse_conn, fc);
}

static struct list_head *cuse_conntbl_head(dev_t devt)
{
 return &cuse_conntbl[(MAJOR(devt) + MINOR(devt)) % CUSE_CONNTBL_LEN];
}


/**************************************************************************
 * CUSE frontend operations
 *
 * These are file operations for the character device.
 *
 * On open, CUSE opens a file from the FUSE mnt and stores it to
 * private_data of the open file.  All other ops call FUSE ops on the
 * FUSE file.
 */

static ssize_t cuse_read_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *to)
{
 struct fuse_io_priv io = FUSE_IO_PRIV_SYNC(kiocb);
 loff_t pos = 0;

 return fuse_direct_io(&io, to, &pos, FUSE_DIO_CUSE);
}

static ssize_t cuse_write_iter(struct kiocb *kiocb, struct iov_iter *from)
{
 struct fuse_io_priv io = FUSE_IO_PRIV_SYNC(kiocb);
 loff_t pos = 0;
 /*
  * No locking or generic_write_checks(), the server is
  * responsible for locking and sanity checks.
 */
 return fuse_direct_io(&io, from, &pos,
         FUSE_DIO_WRITE | FUSE_DIO_CUSE);
}

static int cuse_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
 dev_t devt = inode->i_cdev->dev;
 struct cuse_conn *cc = NULL, *pos;
 int rc;

 /* look up and get the connection */
 mutex_lock(&cuse_lock);
 list_for_each_entry(pos, cuse_conntbl_head(devt), list)
  if (pos->dev->devt == devt) {
   fuse_conn_get(&pos->fc);
   cc = pos;
   break;
  }
 mutex_unlock(&cuse_lock);

 /* dead? */
 if (!cc)
  return -ENODEV;

 /*
  * Generic permission check is already done against the chrdev
  * file, proceed to open.
 */
 rc = fuse_do_open(&cc->fm, 0, file, 0);
 if (rc)
  fuse_conn_put(&cc->fc);
 return rc;
}

static int cuse_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
 struct fuse_file *ff = file->private_data;
 struct fuse_mount *fm = ff->fm;

 fuse_sync_release(NULL, ff, file->f_flags);
 fuse_conn_put(fm->fc);

 return 0;
}

static long cuse_file_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd,
       unsigned long arg)
{
 struct fuse_file *ff = file->private_data;
 struct cuse_conn *cc = fc_to_cc(ff->fm->fc);
 unsigned int flags = 0;

 if (cc->unrestricted_ioctl)
  flags |= FUSE_IOCTL_UNRESTRICTED;

 return fuse_do_ioctl(file, cmd, arg, flags);
}

static long cuse_file_compat_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd,
       unsigned long arg)
{
 struct fuse_file *ff = file->private_data;
 struct cuse_conn *cc = fc_to_cc(ff->fm->fc);
 unsigned int flags = FUSE_IOCTL_COMPAT;

 if (cc->unrestricted_ioctl)
  flags |= FUSE_IOCTL_UNRESTRICTED;

 return fuse_do_ioctl(file, cmd, arg, flags);
}

static const struct file_operations cuse_frontend_fops = {
 .owner   = THIS_MODULE,
 .read_iter  = cuse_read_iter,
 .write_iter  = cuse_write_iter,
 .open   = cuse_open,
 .release  = cuse_release,
 .unlocked_ioctl  = cuse_file_ioctl,
 .compat_ioctl  = cuse_file_compat_ioctl,
 .poll   = fuse_file_poll,
 .llseek  = noop_llseek,
};


/**************************************************************************
 * CUSE channel initialization and destruction
 */

struct cuse_devinfo {
 const char  *name;
};

/**
 * cuse_parse_one - parse one key=value pair
 * @pp: i/o parameter for the current position
 * @end: points to one past the end of the packed string
 * @keyp: out parameter for key
 * @valp: out parameter for value
 *
 * *@pp points to packed strings - "key0=val0\0key1=val1\0" which ends
 * at @end - 1.  This function parses one pair and set *@keyp to the
 * start of the key and *@valp to the start of the value.  Note that
 * the original string is modified such that the key string is
 * terminated with '\0'.  *@pp is updated to point to the next string.
 *
 * RETURNS:
 * 1 on successful parse, 0 on EOF, -errno on failure.
 */
static int cuse_parse_one(char **pp, char *end, char **keyp, char **valp)
{
 char *p = *pp;
 char *key, *val;

 while (p < end && *p == '\0')
  p++;
 if (p == end)
  return 0;

 if (end[-1] != '\0') {
  pr_err("info not properly terminated\n");
  return -EINVAL;
 }

 key = val = p;
 p += strlen(p);

 if (valp) {
  strsep(&val, "=");
  if (!val)
   val = key + strlen(key);
  key = strstrip(key);
  val = strstrip(val);
 } else
  key = strstrip(key);

 if (!strlen(key)) {
  pr_err("zero length info key specified\n");
  return -EINVAL;
 }

 *pp = p;
 *keyp = key;
 if (valp)
  *valp = val;

 return 1;
}

/**
 * cuse_parse_devinfo - parse device info
 * @p: device info string
 * @len: length of device info string
 * @devinfo: out parameter for parsed device info
 *
 * Parse @p to extract device info and store it into @devinfo.  String
 * pointed to by @p is modified by parsing and @devinfo points into
 * them, so @p shouldn't be freed while @devinfo is in use.
 *
 * RETURNS:
 * 0 on success, -errno on failure.
 */
static int cuse_parse_devinfo(char *p, size_t len, struct cuse_devinfo *devinfo)
{
 char *end = p + len;
 char *key, *val;
 int rc;

 while (true) {
  rc = cuse_parse_one(&p, end, &key, &val);
  if (rc < 0)
   return rc;
  if (!rc)
   break;
  if (strcmp(key, "DEVNAME") == 0)
   devinfo->name = val;
  else
   pr_warn("unknown device info \"%s\"\n", key);
 }

 if (!devinfo->name || !strlen(devinfo->name)) {
  pr_err("DEVNAME unspecified\n");
  return -EINVAL;
 }

 return 0;
}

static void cuse_gendev_release(struct device *dev)
{
 kfree(dev);
}

struct cuse_init_args {
 struct fuse_args_pages ap;
 struct cuse_init_in in;
 struct cuse_init_out out;
 struct folio *folio;
 struct fuse_folio_desc desc;
};

/**
 * cuse_process_init_reply - finish initializing CUSE channel
 *
 * @fm: The fuse mount information containing the CUSE connection.
 * @args: The arguments passed to the init reply.
 * @error: The error code signifying if any error occurred during the process.
 *
 * This function creates the character device and sets up all the
 * required data structures for it.  Please read the comment at the
 * top of this file for high level overview.
 */
static void cuse_process_init_reply(struct fuse_mount *fm,
        struct fuse_args *args, int error)
{
 struct fuse_conn *fc = fm->fc;
 struct cuse_init_args *ia = container_of(args, typeof(*ia), ap.args);
 struct fuse_args_pages *ap = &ia->ap;
 struct cuse_conn *cc = fc_to_cc(fc), *pos;
 struct cuse_init_out *arg = &ia->out;
 struct folio *folio = ap->folios[0];
 struct cuse_devinfo devinfo = { };
 struct device *dev;
 struct cdev *cdev;
 dev_t devt;
 int rc, i;

 if (error || arg->major != FUSE_KERNEL_VERSION || arg->minor < 11)
  goto err;

 fc->minor = arg->minor;
 fc->max_read = max_t(unsigned, arg->max_read, 4096);
 fc->max_write = max_t(unsigned, arg->max_write, 4096);

 /* parse init reply */
 cc->unrestricted_ioctl = arg->flags & CUSE_UNRESTRICTED_IOCTL;

 rc = cuse_parse_devinfo(folio_address(folio), ap->args.out_args[1].size,
    &devinfo);
 if (rc)
  goto err;

 /* determine and reserve devt */
 devt = MKDEV(arg->dev_major, arg->dev_minor);
 if (!MAJOR(devt))
  rc = alloc_chrdev_region(&devt, MINOR(devt), 1, devinfo.name);
 else
  rc = register_chrdev_region(devt, 1, devinfo.name);
 if (rc) {
  pr_err("failed to register chrdev region\n");
  goto err;
 }

 /* devt determined, create device */
 rc = -ENOMEM;
 dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);
 if (!dev)
  goto err_region;

 device_initialize(dev);
 dev_set_uevent_suppress(dev, 1);
 dev->class = cuse_class;
 dev->devt = devt;
 dev->release = cuse_gendev_release;
 dev_set_drvdata(dev, cc);
 dev_set_name(dev, "%s", devinfo.name);

 mutex_lock(&cuse_lock);

 /* make sure the device-name is unique */
 for (i = 0; i < CUSE_CONNTBL_LEN; ++i) {
  list_for_each_entry(pos, &cuse_conntbl[i], list)
   if (!strcmp(dev_name(pos->dev), dev_name(dev)))
    goto err_unlock;
 }

 rc = device_add(dev);
 if (rc)
  goto err_unlock;

 /* register cdev */
 rc = -ENOMEM;
 cdev = cdev_alloc();
 if (!cdev)
  goto err_unlock;

 cdev->owner = THIS_MODULE;
 cdev->ops = &cuse_frontend_fops;

 rc = cdev_add(cdev, devt, 1);
 if (rc)
  goto err_cdev;

 cc->dev = dev;
 cc->cdev = cdev;

 /* make the device available */
 list_add(&cc->list, cuse_conntbl_head(devt));
 mutex_unlock(&cuse_lock);

 /* announce device availability */
 dev_set_uevent_suppress(dev, 0);
 kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
out:
 kfree(ia);
 folio_put(folio);
 return;

err_cdev:
 cdev_del(cdev);
err_unlock:
 mutex_unlock(&cuse_lock);
 put_device(dev);
err_region:
 unregister_chrdev_region(devt, 1);
err:
 fuse_abort_conn(fc);
 goto out;
}

static int cuse_send_init(struct cuse_conn *cc)
{
 int rc;
 struct folio *folio;
 struct fuse_mount *fm = &cc->fm;
 struct cuse_init_args *ia;
 struct fuse_args_pages *ap;

 BUILD_BUG_ON(CUSE_INIT_INFO_MAX > PAGE_SIZE);

 rc = -ENOMEM;

 folio = folio_alloc(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, 0);
 if (!folio)
  goto err;

 ia = kzalloc(sizeof(*ia), GFP_KERNEL);
 if (!ia)
  goto err_free_folio;

 ap = &ia->ap;
 ia->in.major = FUSE_KERNEL_VERSION;
 ia->in.minor = FUSE_KERNEL_MINOR_VERSION;
 ia->in.flags |= CUSE_UNRESTRICTED_IOCTL;
 ap->args.opcode = CUSE_INIT;
 ap->args.in_numargs = 1;
 ap->args.in_args[0].size = sizeof(ia->in);
 ap->args.in_args[0].value = &ia->in;
 ap->args.out_numargs = 2;
 ap->args.out_args[0].size = sizeof(ia->out);
 ap->args.out_args[0].value = &ia->out;
 ap->args.out_args[1].size = CUSE_INIT_INFO_MAX;
 ap->args.out_argvar = true;
 ap->args.out_pages = true;
 ap->num_folios = 1;
 ap->folios = &ia->folio;
 ap->descs = &ia->desc;
 ia->folio = folio;
 ia->desc.length = ap->args.out_args[1].size;
 ap->args.end = cuse_process_init_reply;

 rc = fuse_simple_background(fm, &ap->args, GFP_KERNEL);
 if (rc) {
  kfree(ia);
err_free_folio:
  folio_put(folio);
 }
err:
 return rc;
}

static void cuse_fc_release(struct fuse_conn *fc)
{
 kfree(fc_to_cc(fc));
}

/**
 * cuse_channel_open - open method for /dev/cuse
 * @inode: inode for /dev/cuse
 * @file: file struct being opened
 *
 * Userland CUSE server can create a CUSE device by opening /dev/cuse
 * and replying to the initialization request kernel sends.  This
 * function is responsible for handling CUSE device initialization.
 * Because the fd opened by this function is used during
 * initialization, this function only creates cuse_conn and sends
 * init.  The rest is delegated to a kthread.
 *
 * RETURNS:
 * 0 on success, -errno on failure.
 */
static int cuse_channel_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
 struct fuse_dev *fud;
 struct cuse_conn *cc;
 int rc;

 /* set up cuse_conn */
 cc = kzalloc(sizeof(*cc), GFP_KERNEL);
 if (!cc)
  return -ENOMEM;

 /*
  * Limit the cuse channel to requests that can
  * be represented in file->f_cred->user_ns.
 */
 fuse_conn_init(&cc->fc, &cc->fm, file->f_cred->user_ns,
         &fuse_dev_fiq_ops, NULL);

 cc->fc.release = cuse_fc_release;
 fud = fuse_dev_alloc_install(&cc->fc);
 fuse_conn_put(&cc->fc);
 if (!fud)
  return -ENOMEM;

 INIT_LIST_HEAD(&cc->list);

 cc->fc.initialized = 1;
 rc = cuse_send_init(cc);
 if (rc) {
  fuse_dev_free(fud);
  return rc;
 }
 file->private_data = fud;

 return 0;
}

/**
 * cuse_channel_release - release method for /dev/cuse
 * @inode: inode for /dev/cuse
 * @file: file struct being closed
 *
 * Disconnect the channel, deregister CUSE device and initiate
 * destruction by putting the default reference.
 *
 * RETURNS:
 * 0 on success, -errno on failure.
 */
static int cuse_channel_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
 struct fuse_dev *fud = file->private_data;
 struct cuse_conn *cc = fc_to_cc(fud->fc);

 /* remove from the conntbl, no more access from this point on */
 mutex_lock(&cuse_lock);
 list_del_init(&cc->list);
 mutex_unlock(&cuse_lock);

 /* remove device */
 if (cc->dev)
  device_unregister(cc->dev);
 if (cc->cdev) {
  unregister_chrdev_region(cc->cdev->dev, 1);
  cdev_del(cc->cdev);
 }

 return fuse_dev_release(inode, file);
}

static struct file_operations cuse_channel_fops; /* initialized during init */


/**************************************************************************
 * Misc stuff and module initializatiion
 *
 * CUSE exports the same set of attributes to sysfs as fusectl.
 */

static ssize_t cuse_class_waiting_show(struct device *dev,
           struct device_attribute *attr, char *buf)
{
 struct cuse_conn *cc = dev_get_drvdata(dev);

 return sprintf(buf, "%d\n", atomic_read(&cc->fc.num_waiting));
}
static DEVICE_ATTR(waiting, 0400, cuse_class_waiting_show, NULL);

static ssize_t cuse_class_abort_store(struct device *dev,
          struct device_attribute *attr,
          const char *buf, size_t count)
{
 struct cuse_conn *cc = dev_get_drvdata(dev);

 fuse_abort_conn(&cc->fc);
 return count;
}
static DEVICE_ATTR(abort, 0200, NULL, cuse_class_abort_store);

static struct attribute *cuse_class_dev_attrs[] = {
 &dev_attr_waiting.attr,
 &dev_attr_abort.attr,
 NULL,
};
ATTRIBUTE_GROUPS(cuse_class_dev);

static struct miscdevice cuse_miscdev = {
 .minor  = CUSE_MINOR,
 .name  = "cuse",
 .fops  = &cuse_channel_fops,
};

MODULE_ALIAS_MISCDEV(CUSE_MINOR);
MODULE_ALIAS("devname:cuse");

static int __init cuse_init(void)
{
 int i, rc;

 /* init conntbl */
 for (i = 0; i < CUSE_CONNTBL_LEN; i++)
  INIT_LIST_HEAD(&cuse_conntbl[i]);

 /* inherit and extend fuse_dev_operations */
 cuse_channel_fops  = fuse_dev_operations;
 cuse_channel_fops.owner  = THIS_MODULE;
 cuse_channel_fops.open  = cuse_channel_open;
 cuse_channel_fops.release = cuse_channel_release;
 /* CUSE is not prepared for FUSE_DEV_IOC_CLONE */
 cuse_channel_fops.unlocked_ioctl = NULL;

 cuse_class = class_create("cuse");
 if (IS_ERR(cuse_class))
  return PTR_ERR(cuse_class);

 cuse_class->dev_groups = cuse_class_dev_groups;

 rc = misc_register(&cuse_miscdev);
 if (rc) {
  class_destroy(cuse_class);
  return rc;
 }

 return 0;
}

static void __exit cuse_exit(void)
{
 misc_deregister(&cuse_miscdev);
 class_destroy(cuse_class);
}

module_init(cuse_init);
module_exit(cuse_exit);

MODULE_AUTHOR("Tejun Heo <tj@kernel.org>");
MODULE_DESCRIPTION("Character device in Userspace");
MODULE_LICENSE("GPL");