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 #include <linux/config.h>
  18
  19 #include <linux/interrupt.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/route.h>
  31 #include <net/sock.h>
  32 #include <net/tcp_states.h>
  33
  34 #include <asm/atomic.h>
  35 #include <asm/byteorder.h>
  36
  37 /* This is for all connections with a full identity, no wildcards.
  38  * New scheme, half the table is for TIME_WAIT, the other half is
  39  * for the rest.  I'll experiment with dynamic table growth later.
  40  */
  41 struct inet_ehash_bucket {
  42         rwlock_t          lock;
  43         struct hlist_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 struct inet_bind_bucket {
  78         unsigned short          port;
  79         signed short            fastreuse;
  80         struct hlist_node       node;
  81         struct hlist_head       owners;
  82 };
  83
  84 #define inet_bind_bucket_for_each(tb, node, head) \
  85         hlist_for_each_entry(tb, node, head, node)
  86
  87 struct inet_bind_hashbucket {
  88         spinlock_t              lock;
  89         struct hlist_head       chain;
  90 };
  91
  92 /* This is for listening sockets, thus all sockets which possess wildcards. */
  93 #define INET_LHTABLE_SIZE       32      /* Yes, really, this is all you need. */
  94
  95 struct inet_hashinfo {
  96         /* This is for sockets with full identity only.  Sockets here will
  97          * always be without wildcards and will have the following invariant:
  98          *
  99          *          TCP_ESTABLISHED <= sk->sk_state < TCP_CLOSE
 100          *
 101          * First half of the table is for sockets not in TIME_WAIT, second half
 102          * is for TIME_WAIT sockets only.
 103          */
 104         struct inet_ehash_bucket        *ehash;
 105
 106         /* Ok, let's try this, I give up, we do need a local binding
 107          * TCP hash as well as the others for fast bind/connect.
 108          */
 109         struct inet_bind_hashbucket     *bhash;
 110
 111         int                             bhash_size;
 112         unsigned int                    ehash_size;
 113
 114         /* All sockets in TCP_LISTEN state will be in here.  This is the only
 115          * table where wildcard'd TCP sockets can exist.  Hash function here
 116          * is just local port number.
 117          */
 118         struct hlist_head               listening_hash[INET_LHTABLE_SIZE];
 119
 120         /* All the above members are written once at bootup and
 121          * never written again _or_ are predominantly read-access.
 122          *
 123          * Now align to a new cache line as all the following members
 124          * are often dirty.
 125          */
 126         rwlock_t                        lhash_lock ____cacheline_aligned;
 127         atomic_t                        lhash_users;
 128         wait_queue_head_t               lhash_wait;
 129         kmem_cache_t                    *bind_bucket_cachep;
 130 };
 131
 132 static inline struct inet_ehash_bucket *inet_ehash_bucket(
 133         struct inet_hashinfo *hashinfo,
 134         unsigned int hash)
 135 {
 136         return &hashinfo->ehash[hash & (hashinfo->ehash_size - 1)];
 137 }
 138
 139 extern struct inet_bind_bucket *
 140                     inet_bind_bucket_create(kmem_cache_t *cachep,
 141                                             struct inet_bind_hashbucket *head,
 142                                             const unsigned short snum);
 143 extern void inet_bind_bucket_destroy(kmem_cache_t *cachep,
 144                                      struct inet_bind_bucket *tb);
 145
 146 static inline int inet_bhashfn(const __u16 lport, const int bhash_size)
 147 {
 148         return lport & (bhash_size - 1);
 149 }
 150
 151 extern void inet_bind_hash(struct sock *sk, struct inet_bind_bucket *tb,
 152                            const unsigned short snum);
 153
 154 /* These can have wildcards, don't try too hard. */
 155 static inline int inet_lhashfn(const unsigned short num)
 156 {
 157         return num & (INET_LHTABLE_SIZE - 1);
 158 }
 159
 160 static inline int inet_sk_listen_hashfn(const struct sock *sk)
 161 {
 162         return inet_lhashfn(inet_sk(sk)->num);
 163 }
 164
 165 /* Caller must disable local BH processing. */
 166 static inline void __inet_inherit_port(struct inet_hashinfo *table,
 167                                        struct sock *sk, struct sock *child)
 168 {
 169         const int bhash = inet_bhashfn(inet_sk(child)->num, table->bhash_size);
 170         struct inet_bind_hashbucket *head = &table->bhash[bhash];
 171         struct inet_bind_bucket *tb;
 172
 173         spin_lock(&head->lock);
 174         tb = inet_csk(sk)->icsk_bind_hash;
 175         sk_add_bind_node(child, &tb->owners);
 176         inet_csk(child)->icsk_bind_hash = tb;
 177         spin_unlock(&head->lock);
 178 }
 179
 180 static inline void inet_inherit_port(struct inet_hashinfo *table,
 181                                      struct sock *sk, struct sock *child)
 182 {
 183         local_bh_disable();
 184         __inet_inherit_port(table, sk, child);
 185         local_bh_enable();
 186 }
 187
 188 extern void inet_put_port(struct inet_hashinfo *table, struct sock *sk);
 189
 190 extern void inet_listen_wlock(struct inet_hashinfo *hashinfo);
 191
 192 /*
 193  * - We may sleep inside this lock.
 194  * - If sleeping is not required (or called from BH),
 195  *   use plain read_(un)lock(&inet_hashinfo.lhash_lock).
 196  */
 197 static inline void inet_listen_lock(struct inet_hashinfo *hashinfo)
 198 {
 199         /* read_lock synchronizes to candidates to writers */
 200         read_lock(&hashinfo->lhash_lock);
 201         atomic_inc(&hashinfo->lhash_users);
 202         read_unlock(&hashinfo->lhash_lock);
 203 }
 204
 205 static inline void inet_listen_unlock(struct inet_hashinfo *hashinfo)
 206 {
 207         if (atomic_dec_and_test(&hashinfo->lhash_users))
 208                 wake_up(&hashinfo->lhash_wait);
 209 }
 210
 211 static inline void __inet_hash(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 212                                struct sock *sk, const int listen_possible)
 213 {
 214         struct hlist_head *list;
 215         rwlock_t *lock;
 216
 217         BUG_TRAP(sk_unhashed(sk));
 218         if (listen_possible && sk->sk_state == TCP_LISTEN) {
 219                 list = &hashinfo->listening_hash[inet_sk_listen_hashfn(sk)];
 220                 lock = &hashinfo->lhash_lock;
 221                 inet_listen_wlock(hashinfo);
 222         } else {
 223                 struct inet_ehash_bucket *head;
 224                 sk->sk_hash = inet_sk_ehashfn(sk);
 225                 head = inet_ehash_bucket(hashinfo, sk->sk_hash);
 226                 list = &head->chain;
 227                 lock = &head->lock;
 228                 write_lock(lock);
 229         }
 230         __sk_add_node(sk, list);
 231         sock_prot_inc_use(sk->sk_prot);
 232         write_unlock(lock);
 233         if (listen_possible && sk->sk_state == TCP_LISTEN)
 234                 wake_up(&hashinfo->lhash_wait);
 235 }
 236
 237 static inline void inet_hash(struct inet_hashinfo *hashinfo, struct sock *sk)
 238 {
 239         if (sk->sk_state != TCP_CLOSE) {
 240                 local_bh_disable();
 241                 __inet_hash(hashinfo, sk, 1);
 242                 local_bh_enable();
 243         }
 244 }
 245
 246 static inline void inet_unhash(struct inet_hashinfo *hashinfo, struct sock *sk)
 247 {
 248         rwlock_t *lock;
 249
 250         if (sk_unhashed(sk))
 251                 goto out;
 252
 253         if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {
 254                 local_bh_disable();
 255                 inet_listen_wlock(hashinfo);
 256                 lock = &hashinfo->lhash_lock;
 257         } else {
 258                 lock = &inet_ehash_bucket(hashinfo, sk->sk_hash)->lock;
 259                 write_lock_bh(lock);
 260         }
 261
 262         if (__sk_del_node_init(sk))
 263                 sock_prot_dec_use(sk->sk_prot);
 264         write_unlock_bh(lock);
 265 out:
 266         if (sk->sk_state == TCP_LISTEN)
 267                 wake_up(&hashinfo->lhash_wait);
 268 }
 269
 270 static inline int inet_iif(const struct sk_buff *skb)
 271 {
 272         return ((struct rtable *)skb->dst)->rt_iif;
 273 }
 274
 275 extern struct sock *__inet_lookup_listener(const struct hlist_head *head,
 276                                            const u32 daddr,
 277                                            const unsigned short hnum,
 278                                            const int dif);
 279
 280 /* Optimize the common listener case. */
 281 static inline struct sock *
 282                 inet_lookup_listener(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 283                                      const u32 daddr,
 284                                      const unsigned short hnum, const int dif)
 285 {
 286         struct sock *sk = NULL;
 287         const struct hlist_head *head;
 288
 289         read_lock(&hashinfo->lhash_lock);
 290         head = &hashinfo->listening_hash[inet_lhashfn(hnum)];
 291         if (!hlist_empty(head)) {
 292                 const struct inet_sock *inet = inet_sk((sk = __sk_head(head)));
 293
 294                 if (inet->num == hnum && !sk->sk_node.next &&
 295                     (!inet->rcv_saddr || inet->rcv_saddr == daddr) &&
 296                     (sk->sk_family == PF_INET || !ipv6_only_sock(sk)) &&
 297                     !sk->sk_bound_dev_if)
 298                         goto sherry_cache;
 299                 sk = __inet_lookup_listener(head, daddr, hnum, dif);
 300         }
 301         if (sk) {
 302 sherry_cache:
 303                 sock_hold(sk);
 304         }
 305         read_unlock(&hashinfo->lhash_lock);
 306         return sk;
 307 }
 308
 309 /* Socket demux engine toys. */
 310 #ifdef __BIG_ENDIAN
 311 #define INET_COMBINED_PORTS(__sport, __dport) \
 312         (((__u32)(__sport) << 16) | (__u32)(__dport))
 313 #else /* __LITTLE_ENDIAN */
 314 #define INET_COMBINED_PORTS(__sport, __dport) \
 315         (((__u32)(__dport) << 16) | (__u32)(__sport))
 316 #endif
 317
 318 #if (BITS_PER_LONG == 64)
 319 #ifdef __BIG_ENDIAN
 320 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr) \
 321         const __u64 __name = (((__u64)(__saddr)) << 32) | ((__u64)(__daddr));
 322 #else /* __LITTLE_ENDIAN */
 323 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr) \
 324         const __u64 __name = (((__u64)(__daddr)) << 32) | ((__u64)(__saddr));
 325 #endif /* __BIG_ENDIAN */
 326 #define INET_MATCH(__sk, __hash, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif)\
 327         (((__sk)->sk_hash == (__hash))                          &&      \
 328          ((*((__u64 *)&(inet_sk(__sk)->daddr))) == (__cookie))  &&      \
 329          ((*((__u32 *)&(inet_sk(__sk)->dport))) == (__ports))   &&      \
 330          (!((__sk)->sk_bound_dev_if) || ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))))
 331 #define INET_TW_MATCH(__sk, __hash, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif)\
 332         (((__sk)->sk_hash == (__hash))                          &&      \
 333          ((*((__u64 *)&(inet_twsk(__sk)->tw_daddr))) == (__cookie)) &&  \
 334          ((*((__u32 *)&(inet_twsk(__sk)->tw_dport))) == (__ports)) &&   \
 335          (!((__sk)->sk_bound_dev_if) || ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))))
 336 #else /* 32-bit arch */
 337 #define INET_ADDR_COOKIE(__name, __saddr, __daddr)
 338 #define INET_MATCH(__sk, __hash, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif)    \
 339         (((__sk)->sk_hash == (__hash))                          &&      \
 340          (inet_sk(__sk)->daddr          == (__saddr))           &&      \
 341          (inet_sk(__sk)->rcv_saddr      == (__daddr))           &&      \
 342          ((*((__u32 *)&(inet_sk(__sk)->dport))) == (__ports))   &&      \
 343          (!((__sk)->sk_bound_dev_if) || ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))))
 344 #define INET_TW_MATCH(__sk, __hash,__cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif)  \
 345         (((__sk)->sk_hash == (__hash))                          &&      \
 346          (inet_twsk(__sk)->tw_daddr     == (__saddr))           &&      \
 347          (inet_twsk(__sk)->tw_rcv_saddr == (__daddr))           &&      \
 348          ((*((__u32 *)&(inet_twsk(__sk)->tw_dport))) == (__ports)) &&   \
 349          (!((__sk)->sk_bound_dev_if) || ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif))))
 350 #endif /* 64-bit arch */
 351
 352 /*
 353  * Sockets in TCP_CLOSE state are _always_ taken out of the hash, so we need
 354  * not check it for lookups anymore, thanks Alexey. -DaveM
 355  *
 356  * Local BH must be disabled here.
 357  */
 358 static inline struct sock *
 359         __inet_lookup_established(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 360                                   const u32 saddr, const u16 sport,
 361                                   const u32 daddr, const u16 hnum,
 362                                   const int dif)
 363 {
 364         INET_ADDR_COOKIE(acookie, saddr, daddr)
 365         const __u32 ports = INET_COMBINED_PORTS(sport, hnum);
 366         struct sock *sk;
 367         const struct hlist_node *node;
 368         /* Optimize here for direct hit, only listening connections can
 369          * have wildcards anyways.
 370          */
 371         unsigned int hash = inet_ehashfn(daddr, hnum, saddr, sport);
 372         struct inet_ehash_bucket *head = inet_ehash_bucket(hashinfo, hash);
 373
 374         prefetch(head->chain.first);
 375         read_lock(&head->lock);
 376         sk_for_each(sk, node, &head->chain) {
 377                 if (INET_MATCH(sk, hash, acookie, saddr, daddr, ports, dif))
 378                         goto hit; /* You sunk my battleship! */
 379         }
 380
 381         /* Must check for a TIME_WAIT'er before going to listener hash. */
 382         sk_for_each(sk, node, &(head + hashinfo->ehash_size)->chain) {
 383                 if (INET_TW_MATCH(sk, hash, acookie, saddr, daddr, ports, dif))
 384                         goto hit;
 385         }
 386         sk = NULL;
 387 out:
 388         read_unlock(&head->lock);
 389         return sk;
 390 hit:
 391         sock_hold(sk);
 392         goto out;
 393 }
 394
 395 static inline struct sock *__inet_lookup(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 396                                          const u32 saddr, const u16 sport,
 397                                          const u32 daddr, const u16 hnum,
 398                                          const int dif)
 399 {
 400         struct sock *sk = __inet_lookup_established(hashinfo, saddr, sport, daddr,
 401                                                     hnum, dif);
 402         return sk ? : inet_lookup_listener(hashinfo, daddr, hnum, dif);
 403 }
 404
 405 static inline struct sock *inet_lookup(struct inet_hashinfo *hashinfo,
 406                                        const u32 saddr, const u16 sport,
 407                                        const u32 daddr, const u16 dport,
 408                                        const int dif)
 409 {
 410         struct sock *sk;
 411
 412         local_bh_disable();
 413         sk = __inet_lookup(hashinfo, saddr, sport, daddr, ntohs(dport), dif);
 414         local_bh_enable();
 415
 416         return sk;
 417 }
 418
 419 extern int inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row,
 420                              struct sock *sk);
 421 #endif /* _INET_HASHTABLES_H */