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bpf: bpf_csum_diff: Optimize and homogenize for all archs
authorPuranjay Mohan <puranjay@kernel.org>
Sat, 26 Oct 2024 12:53:37 +0000 (12:53 +0000)
committerDaniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
Wed, 30 Oct 2024 14:29:59 +0000 (15:29 +0100)
1. Optimization
   ------------

The current implementation copies the 'from' and 'to' buffers to a
scratchpad and it takes the bitwise NOT of 'from' buffer while copying.
In the next step csum_partial() is called with this scratchpad.

so, mathematically, the current implementation is doing:

result = csum(to - from)

Here, 'to'  and '~ from' are copied in to the scratchpad buffer, we need
it in the scratchpad buffer because csum_partial() takes a single
contiguous buffer and not two disjoint buffers like 'to' and 'from'.

We can re write this equation to:

result = csum(to) - csum(from)

using the distributive property of csum().

this allows 'to' and 'from' to be at different locations and therefore
this scratchpad and copying is not needed.

This in C code will look like:

result = csum_sub(csum_partial(to, to_size, seed),
                  csum_partial(from, from_size, 0));

2. Homogenization
   --------------

The bpf_csum_diff() helper calls csum_partial() which is implemented by
some architectures like arm and x86 but other architectures rely on the
generic implementation in lib/checksum.c

The generic implementation in lib/checksum.c returns a 16 bit value but
the arch specific implementations can return more than 16 bits, this
works out in most places because before the result is used, it is passed
through csum_fold() that turns it into a 16-bit value.

bpf_csum_diff() directly returns the value from csum_partial() and
therefore the returned values could be different on different
architectures. see discussion in [1]:

for the int value 28 the calculated checksums are:

x86                    :    -29 : 0xffffffe3
generic (arm64, riscv) :  65507 : 0x0000ffe3
arm                    : 131042 : 0x0001ffe2

Pass the result of bpf_csum_diff() through from32to16() before returning
to homogenize this result for all architectures.

NOTE: from32to16() is used instead of csum_fold() because csum_fold()
does from32to16() + bitwise NOT of the result, which is not what we want
to do here.

[1] https://lore.kernel.org/bpf/CAJ+HfNiQbOcqCLxFUP2FMm5QrLXUUaj852Fxe3hn_2JNiucn6g@mail.gmail.com/

Signed-off-by: Puranjay Mohan <puranjay@kernel.org>
Signed-off-by: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
Reviewed-by: Toke Høiland-Jørgensen <toke@redhat.com>
Acked-by: Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
Link: https://lore.kernel.org/bpf/20241026125339.26459-3-puranjay@kernel.org
net/core/filter.c

index a88e6924c4c066d84c169b79a8702a45d121206b..f215d151f77d9eccfbf4d396c331c159f993b409 100644 (file)
@@ -1654,18 +1654,6 @@ void sk_reuseport_prog_free(struct bpf_prog *prog)
                bpf_prog_destroy(prog);
 }
 
-struct bpf_scratchpad {
-       union {
-               __be32 diff[MAX_BPF_STACK / sizeof(__be32)];
-               u8     buff[MAX_BPF_STACK];
-       };
-       local_lock_t    bh_lock;
-};
-
-static DEFINE_PER_CPU(struct bpf_scratchpad, bpf_sp) = {
-       .bh_lock        = INIT_LOCAL_LOCK(bh_lock),
-};
-
 static inline int __bpf_try_make_writable(struct sk_buff *skb,
                                          unsigned int write_len)
 {
@@ -2022,11 +2010,6 @@ static const struct bpf_func_proto bpf_l4_csum_replace_proto = {
 BPF_CALL_5(bpf_csum_diff, __be32 *, from, u32, from_size,
           __be32 *, to, u32, to_size, __wsum, seed)
 {
-       struct bpf_scratchpad *sp = this_cpu_ptr(&bpf_sp);
-       u32 diff_size = from_size + to_size;
-       int i, j = 0;
-       __wsum ret;
-
        /* This is quite flexible, some examples:
         *
         * from_size == 0, to_size > 0,  seed := csum --> pushing data
@@ -2035,19 +2018,19 @@ BPF_CALL_5(bpf_csum_diff, __be32 *, from, u32, from_size,
         *
         * Even for diffing, from_size and to_size don't need to be equal.
         */
-       if (unlikely(((from_size | to_size) & (sizeof(__be32) - 1)) ||
-                    diff_size > sizeof(sp->diff)))
-               return -EINVAL;
 
-       local_lock_nested_bh(&bpf_sp.bh_lock);
-       for (i = 0; i < from_size / sizeof(__be32); i++, j++)
-               sp->diff[j] = ~from[i];
-       for (i = 0; i <   to_size / sizeof(__be32); i++, j++)
-               sp->diff[j] = to[i];
+       __wsum ret = seed;
 
-       ret = csum_partial(sp->diff, diff_size, seed);
-       local_unlock_nested_bh(&bpf_sp.bh_lock);
-       return ret;
+       if (from_size && to_size)
+               ret = csum_sub(csum_partial(to, to_size, ret),
+                              csum_partial(from, from_size, 0));
+       else if (to_size)
+               ret = csum_partial(to, to_size, ret);
+
+       else if (from_size)
+               ret = ~csum_partial(from, from_size, ~ret);
+
+       return csum_from32to16((__force unsigned int)ret);
 }
 
 static const struct bpf_func_proto bpf_csum_diff_proto = {