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btrfs: relocation: Fix KASAN reports caused by extended reloc tree lifespan
authorQu Wenruo <wqu@suse.com>
Wed, 8 Jan 2020 05:12:00 +0000 (13:12 +0800)
committerZygo Blaxell <ce3g8jdj@umail.furryterror.org>
Mon, 10 Feb 2020 02:34:06 +0000 (21:34 -0500)
[BUG]
There are several different KASAN reports for balance + snapshot
workloads.
Involved call paths include:

   should_ignore_root+0x54/0xb0 [btrfs]
   build_backref_tree+0x11af/0x2280 [btrfs]
   relocate_tree_blocks+0x391/0xb80 [btrfs]
   relocate_block_group+0x3e5/0xa00 [btrfs]
   btrfs_relocate_block_group+0x240/0x4d0 [btrfs]
   btrfs_relocate_chunk+0x53/0xf0 [btrfs]
   btrfs_balance+0xc91/0x1840 [btrfs]
   btrfs_ioctl_balance+0x416/0x4e0 [btrfs]
   btrfs_ioctl+0x8af/0x3e60 [btrfs]
   do_vfs_ioctl+0x831/0xb10
   ksys_ioctl+0x67/0x90
   __x64_sys_ioctl+0x43/0x50
   do_syscall_64+0x79/0xe0
   entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x49/0xbe

   create_reloc_root+0x9f/0x460 [btrfs]
   btrfs_reloc_post_snapshot+0xff/0x6c0 [btrfs]
   create_pending_snapshot+0xa9b/0x15f0 [btrfs]
   create_pending_snapshots+0x111/0x140 [btrfs]
   btrfs_commit_transaction+0x7a6/0x1360 [btrfs]
   btrfs_mksubvol+0x915/0x960 [btrfs]
   btrfs_ioctl_snap_create_transid+0x1d5/0x1e0 [btrfs]
   btrfs_ioctl_snap_create_v2+0x1d3/0x270 [btrfs]
   btrfs_ioctl+0x241b/0x3e60 [btrfs]
   do_vfs_ioctl+0x831/0xb10
   ksys_ioctl+0x67/0x90
   __x64_sys_ioctl+0x43/0x50
   do_syscall_64+0x79/0xe0
   entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x49/0xbe

   btrfs_reloc_pre_snapshot+0x85/0xc0 [btrfs]
   create_pending_snapshot+0x209/0x15f0 [btrfs]
   create_pending_snapshots+0x111/0x140 [btrfs]
   btrfs_commit_transaction+0x7a6/0x1360 [btrfs]
   btrfs_mksubvol+0x915/0x960 [btrfs]
   btrfs_ioctl_snap_create_transid+0x1d5/0x1e0 [btrfs]
   btrfs_ioctl_snap_create_v2+0x1d3/0x270 [btrfs]
   btrfs_ioctl+0x241b/0x3e60 [btrfs]
   do_vfs_ioctl+0x831/0xb10
   ksys_ioctl+0x67/0x90
   __x64_sys_ioctl+0x43/0x50
   do_syscall_64+0x79/0xe0
   entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x49/0xbe

[CAUSE]
All these call sites are only relying on root->reloc_root, which can
undergo btrfs_drop_snapshot(), and since we don't have real refcount
based protection to reloc roots, we can reach already dropped reloc
root, triggering KASAN.

[FIX]
To avoid such access to unstable root->reloc_root, we should check
BTRFS_ROOT_DEAD_RELOC_TREE bit first.

This patch introduces a new wrapper, have_reloc_root(), to do the proper
check for most callers who don't distinguish merged reloc tree and no
reloc tree.

The only exception is should_ignore_root(), as merged reloc tree can be
ignored, while no reloc tree shouldn't.

[CRITICAL SECTION ANALYSE]
Although test_bit()/set_bit()/clear_bit() doesn't imply a barrier, the
DEAD_RELOC_TREE bit has extra help from transaction as a higher level
barrier, the lifespan of root::reloc_root and DEAD_RELOC_TREE bit are:

NULL: reloc_root is NULL PTR: reloc_root is not NULL
0: DEAD_RELOC_ROOT bit not set DEAD: DEAD_RELOC_ROOT bit set

(NULL, 0)    Initial state  __
  |  /\ Section A
        btrfs_init_reloc_root()  \/
  |    __
(PTR, 0)     reloc_root initialized      /\
          |  |
btrfs_update_reloc_root()  |  Section B
          |  |
(PTR, DEAD)  reloc_root has been merged  \/
          |  __
=== btrfs_commit_transaction() ====================
  |  /\
clean_dirty_subvols()  |
  |  |  Section C
(NULL, DEAD) reloc_root cleanup starts   \/
          |  __
btrfs_drop_snapshot()  /\
  |  |  Section D
(NULL, 0)    Back to initial state  \/

Very have_reloc_root() or test_bit(DEAD_RELOC_ROOT) caller has hold a
transaction handler, so none of such caller can cross transaction
boundary.

In Section A, every caller just found no DEAD bit, and grab reloc_root.

In the cross section A-B, caller may get no DEAD bit, but since
reloc_root is still completely valid thus accessing reloc_root is
completely safe.

No test_bit() caller can cross the boundary of Section B and Section C.

In Section C, every caller found the DEAD bit, so no one will access
reloc_root.

In the cross section C-D, either caller gets the DEAD bit set, avoiding
access reloc_root no matter if it's safe or not.
Or caller get the DEAD bit cleared, then access reloc_root, which is
already NULL, nothing will be wrong.

Here we need extra memory barrier in cross section C-D, to ensure
proper memory order between reloc_root and clear_bit().

In Section D, since no DEAD bit and no reloc_root, it's back to initial
state.

With this lifespan, it should be clear only one memory barrier is
needed, between setting reloc_root to NULL and clearing DEAD_RELOC_ROOT
bit.

Reported-by: Zygo Blaxell <ce3g8jdj@umail.furryterror.org>
Fixes: d2311e698578 ("btrfs: relocation: Delay reloc tree deletion after merge_reloc_roots")
Suggested-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
(cherry picked from commit 5a80226c0607fb7df7ac7dbff14373eff5b5cf7f)

fs/btrfs/relocation.c

index ab91e544986a923fd893ef3d50f926a06c15a51a..acceadee50ce4824cbfd513f12b1b9dfa2b507ca 100644 (file)
@@ -517,6 +517,22 @@ static int update_backref_cache(struct btrfs_trans_handle *trans,
        return 1;
 }
 
+/*
+ * Check if this subvolume tree has valid reloc(*) tree.
+ *
+ * *: Reloc tree after swap is considered dead, thus not considered as valid.
+ *    This is enough for most callers, as they don't distinguish dead reloc
+ *    root from no reloc root.
+ *    But should_ignore_root() below is a special case.
+ */
+static bool have_reloc_root(struct btrfs_root *root)
+{
+       if (test_bit(BTRFS_ROOT_DEAD_RELOC_TREE, &root->state))
+               return false;
+       if (!root->reloc_root)
+               return false;
+       return true;
+}
 
 static int should_ignore_root(struct btrfs_root *root)
 {
@@ -525,6 +541,10 @@ static int should_ignore_root(struct btrfs_root *root)
        if (!test_bit(BTRFS_ROOT_REF_COWS, &root->state))
                return 0;
 
+       /* This root has been merged with its reloc tree, we can ignore it */
+       if (test_bit(BTRFS_ROOT_DEAD_RELOC_TREE, &root->state))
+               return 1;
+
        reloc_root = root->reloc_root;
        if (!reloc_root)
                return 0;
@@ -1478,8 +1498,7 @@ int btrfs_update_reloc_root(struct btrfs_trans_handle *trans,
        struct btrfs_root_item *root_item;
        int ret;
 
-       if (test_bit(BTRFS_ROOT_DEAD_RELOC_TREE, &root->state) ||
-           !root->reloc_root)
+       if (!have_reloc_root(root))
                goto out;
 
        reloc_root = root->reloc_root;
@@ -2202,6 +2221,11 @@ static int clean_dirty_subvols(struct reloc_control *rc)
                                if (ret2 < 0 && !ret)
                                        ret = ret2;
                        }
+                       /*
+                        * Need barrier to ensure clear_bit() only happens after
+                        * root->reloc_root = NULL.
+                        */
+                       smp_mb__before_atomic();
                        clear_bit(BTRFS_ROOT_DEAD_RELOC_TREE, &root->state);
                        btrfs_put_fs_root(root);
                } else {
@@ -4755,7 +4779,7 @@ void btrfs_reloc_pre_snapshot(struct btrfs_pending_snapshot *pending,
        struct btrfs_root *root = pending->root;
        struct reloc_control *rc = root->fs_info->reloc_ctl;
 
-       if (!root->reloc_root || !rc)
+       if (!rc || !have_reloc_root(root))
                return;
 
        if (!rc->merge_reloc_tree)
@@ -4789,7 +4813,7 @@ int btrfs_reloc_post_snapshot(struct btrfs_trans_handle *trans,
        struct reloc_control *rc = root->fs_info->reloc_ctl;
        int ret;
 
-       if (!root->reloc_root || !rc)
+       if (!rc || !have_reloc_root(root))
                return 0;
 
        rc = root->fs_info->reloc_ctl;