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CVE-2024-26759

mm/swap: fix race when skipping swapcache

Severity Score

5.5
*CVSS v3.1

Exploit Likelihood

*EPSS

Affected Versions

*CPE

Public Exploits

0
*Multiple Sources

Exploited in Wild

-
*KEV

Decision

Track
*SSVC
Descriptions

In the Linux kernel, the following vulnerability has been resolved:

mm/swap: fix race when skipping swapcache

When skipping swapcache for SWP_SYNCHRONOUS_IO, if two or more threads
swapin the same entry at the same time, they get different pages (A, B).
Before one thread (T0) finishes the swapin and installs page (A) to the
PTE, another thread (T1) could finish swapin of page (B), swap_free the
entry, then swap out the possibly modified page reusing the same entry.
It breaks the pte_same check in (T0) because PTE value is unchanged,
causing ABA problem. Thread (T0) will install a stalled page (A) into the
PTE and cause data corruption.

One possible callstack is like this:

CPU0 CPU1
---- ----
do_swap_page() do_swap_page() with same entry
<direct swapin path> <direct swapin path>
<alloc page A> <alloc page B>
swap_read_folio() <- read to page A swap_read_folio() <- read to page B
<slow on later locks or interrupt> <finished swapin first>
... set_pte_at()
swap_free() <- entry is free
<write to page B, now page A stalled>
<swap out page B to same swap entry>
pte_same() <- Check pass, PTE seems
unchanged, but page A
is stalled!
swap_free() <- page B content lost!
set_pte_at() <- staled page A installed!

And besides, for ZRAM, swap_free() allows the swap device to discard the
entry content, so even if page (B) is not modified, if swap_read_folio()
on CPU0 happens later than swap_free() on CPU1, it may also cause data
loss.

To fix this, reuse swapcache_prepare which will pin the swap entry using
the cache flag, and allow only one thread to swap it in, also prevent any
parallel code from putting the entry in the cache. Release the pin after
PT unlocked.

Racers just loop and wait since it's a rare and very short event. A
schedule_timeout_uninterruptible(1) call is added to avoid repeated page
faults wasting too much CPU, causing livelock or adding too much noise to
perf statistics. A similar livelock issue was described in commit
029c4628b2eb ("mm: swap: get rid of livelock in swapin readahead")

Reproducer:

This race issue can be triggered easily using a well constructed
reproducer and patched brd (with a delay in read path) [1]:

With latest 6.8 mainline, race caused data loss can be observed easily:
$ gcc -g -lpthread test-thread-swap-race.c && ./a.out
Polulating 32MB of memory region...
Keep swapping out...
Starting round 0...
Spawning 65536 workers...
32746 workers spawned, wait for done...
Round 0: Error on 0x5aa00, expected 32746, got 32743, 3 data loss!
Round 0: Error on 0x395200, expected 32746, got 32743, 3 data loss!
Round 0: Error on 0x3fd000, expected 32746, got 32737, 9 data loss!
Round 0 Failed, 15 data loss!

This reproducer spawns multiple threads sharing the same memory region
using a small swap device. Every two threads updates mapped pages one by
one in opposite direction trying to create a race, with one dedicated
thread keep swapping out the data out using madvise.

The reproducer created a reproduce rate of about once every 5 minutes, so
the race should be totally possible in production.

After this patch, I ran the reproducer for over a few hundred rounds and
no data loss observed.

Performance overhead is minimal, microbenchmark swapin 10G from 32G
zram:

Before: 10934698 us
After: 11157121 us
Cached: 13155355 us (Dropping SWP_SYNCHRONOUS_IO flag)

[kasong@tencent.com: v4]
Link: https://lkml.kernel.org/r/20240219082040.7495-1-ryncsn@gmail.com

En el kernel de Linux, se ha resuelto la siguiente vulnerabilidad: mm/swap: corrige la ejecución al omitir swapcache Al omitir swapcache para SWP_SYNCHRONOUS_IO, si dos o más subprocesos intercambian la misma entrada al mismo tiempo, obtienen páginas diferentes (A, B) . Antes de que un subproceso (T0) finalice el intercambio e instale la página (A) en el PTE, otro subproceso (T1) podría finalizar el intercambio de la página (B), liberar la entrada y luego intercambiar la página posiblemente modificada reutilizando la misma entrada. Rompe el control pte_same (T0) porque el valor de PTE no cambia, lo que provoca un problema de ABA. El subproceso (T0) instalará una página bloqueada (A) en el PTE y provocará daños en los datos. Una posible pila de llamadas es así: CPU0 CPU1 ---- ---- do_swap_page() do_swap_page() con la misma entrada swap_read_folio() &lt; - leer en la página A swap_read_folio() &lt;- leer en la página B ... set_pte_at() swap_free() &lt;- la entrada es libre pte_same() &lt;- Verificar pase, PTE parece no haber cambiado, ¡pero la página A está estancada! swap_free() &lt;- ¡Contenido de la página B perdido! set_pte_at() &lt;- ¡página A obsoleta instalada! Y además, para ZRAM, swap_free() permite que el dispositivo de intercambio descarte el contenido de la entrada, por lo que incluso si la página (B) no se modifica, si swap_read_folio() en CPU0 ocurre más tarde que swap_free() en CPU1, también puede causar que los datos pérdida. Para solucionar este problema, reutilice swapcache_prepare, que fijará la entrada de intercambio usando el indicador de caché y permitirá que solo un hilo la intercambie, y también evitará que cualquier código paralelo coloque la entrada en el caché. Suelte el pasador después de desbloquear el PT. Los corredores simplemente dan vueltas y esperan, ya que es un evento raro y muy corto. Se agrega una llamada Schedule_timeout_uninterruptible(1) para evitar errores repetidos de página que desperdician demasiada CPU, provocando bloqueos en vivo o agregando demasiado ruido a las estadísticas de rendimiento. Un problema similar de livelock se describió en el compromiso 029c4628b2eb ("mm: swap: deshacerse de livelock en swapin readahead") Reproductor: este problema de ejecución se puede activar fácilmente utilizando un reproductor bien construido y un brd parcheado (con un retraso en la ruta de lectura) [ 1]: Con la última línea principal 6.8, la pérdida de datos causada por la ejecución se puede observar fácilmente: $ gcc -g -lpthread test-thread-swap-race.c &amp;&amp; ./a.out Contaminando 32 MB de región de memoria... Siga intercambiando. .. Comenzando la ronda 0... Generando 65536 trabajadores... Se generaron 32746 trabajadores, espere a que termine... Ronda 0: Error en 0x5aa00, se esperaban 32746, obtuve 32743, ¡3 pérdida de datos! Ronda 0: Error en 0x395200, se esperaba 32746, obtuve 32743, ¡3 pérdida de datos! Ronda 0: Error en 0x3fd000, esperado 32746, obtuve 32737, ¡9 pérdida de datos! Ronda 0 fallida, ¡15 pérdida de datos! Este reproductor genera múltiples subprocesos que comparten la misma región de memoria mediante un pequeño dispositivo de intercambio. Cada dos subprocesos actualiza las páginas asignadas una por una en dirección opuesta tratando de crear una ejecución, con un subproceso dedicado sigue intercambiando los datos usando madvise. El reproductor creó una tasa de reproducción de aproximadamente una vez cada 5 minutos, por lo que la ejecución debería ser totalmente posible en producción. Después de este parche, ejecuté el reproductor durante más de unos cientos de rondas y no se observó pérdida de datos. ---truncado---

*Credits: N/A
CVSS Scores
Attack Vector
Local
Attack Complexity
Low
Privileges Required
Low
User Interaction
None
Scope
Unchanged
Confidentiality
None
Integrity
None
Availability
High
* Common Vulnerability Scoring System
SSVC
  • Decision:Track
Exploitation
None
Automatable
No
Tech. Impact
Partial
* Organization's Worst-case Scenario
Timeline
  • 2024-02-19 CVE Reserved
  • 2024-04-03 CVE Published
  • 2024-04-04 EPSS Updated
  • 2024-08-02 CVE Updated
  • ---------- Exploited in Wild
  • ---------- KEV Due Date
  • ---------- First Exploit
CWE
  • CWE-362: Concurrent Execution using Shared Resource with Improper Synchronization ('Race Condition')
CAPEC
Affected Vendors, Products, and Versions
Vendor Product Version Other Status
Vendor Product Version Other Status <-- --> Vendor Product Version Other Status
Linux
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Linux Kernel
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>= 4.15 < 6.1.80
Search vendor "Linux" for product "Linux Kernel" and version " >= 4.15 < 6.1.80"
en
Affected
Linux
Search vendor "Linux"
Linux Kernel
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>= 4.15 < 6.6.19
Search vendor "Linux" for product "Linux Kernel" and version " >= 4.15 < 6.6.19"
en
Affected
Linux
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Linux Kernel
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>= 4.15 < 6.7.7
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en
Affected
Linux
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Linux Kernel
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>= 4.15 < 6.8
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en
Affected