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[PATCH] FUSE - device functions
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / Documentation / filesystems / fuse.txt
1 Definitions
2 ~~~~~~~~~~~
3
4 Userspace filesystem:
5
6   A filesystem in which data and metadata are provided by an ordinary
7   userspace process.  The filesystem can be accessed normally through
8   the kernel interface.
9
10 Filesystem daemon:
11
12   The process(es) providing the data and metadata of the filesystem.
13
14 Non-privileged mount (or user mount):
15
16   A userspace filesystem mounted by a non-privileged (non-root) user.
17   The filesystem daemon is running with the privileges of the mounting
18   user.  NOTE: this is not the same as mounts allowed with the "user"
19   option in /etc/fstab, which is not discussed here.
20
21 Mount owner:
22
23   The user who does the mounting.
24
25 User:
26
27   The user who is performing filesystem operations.
28
29 What is FUSE?
30 ~~~~~~~~~~~~~
31
32 FUSE is a userspace filesystem framework.  It consists of a kernel
33 module (fuse.ko), a userspace library (libfuse.*) and a mount utility
34 (fusermount).
35
36 One of the most important features of FUSE is allowing secure,
37 non-privileged mounts.  This opens up new possibilities for the use of
38 filesystems.  A good example is sshfs: a secure network filesystem
39 using the sftp protocol.
40
41 The userspace library and utilities are available from the FUSE
42 homepage:
43
44   http://fuse.sourceforge.net/
45
46 Mount options
47 ~~~~~~~~~~~~~
48
49 'fd=N'
50
51   The file descriptor to use for communication between the userspace
52   filesystem and the kernel.  The file descriptor must have been
53   obtained by opening the FUSE device ('/dev/fuse').
54
55 'rootmode=M'
56
57   The file mode of the filesystem's root in octal representation.
58
59 'user_id=N'
60
61   The numeric user id of the mount owner.
62
63 'group_id=N'
64
65   The numeric group id of the mount owner.
66
67 'default_permissions'
68
69   By default FUSE doesn't check file access permissions, the
70   filesystem is free to implement it's access policy or leave it to
71   the underlying file access mechanism (e.g. in case of network
72   filesystems).  This option enables permission checking, restricting
73   access based on file mode.  This is option is usually useful
74   together with the 'allow_other' mount option.
75
76 'allow_other'
77
78   This option overrides the security measure restricting file access
79   to the user mounting the filesystem.  This option is by default only
80   allowed to root, but this restriction can be removed with a
81   (userspace) configuration option.
82
83 'kernel_cache'
84
85   This option disables flushing the cache of the file contents on
86   every open().  This should only be enabled on filesystems, where the
87   file data is never changed externally (not through the mounted FUSE
88   filesystem).  Thus it is not suitable for network filesystems and
89   other "intermediate" filesystems.
90
91   NOTE: if this option is not specified (and neither 'direct_io') data
92   is still cached after the open(), so a read() system call will not
93   always initiate a read operation.
94
95 'direct_io'
96
97   This option disables the use of page cache (file content cache) in
98   the kernel for this filesystem.  This has several affects:
99
100      - Each read() or write() system call will initiate one or more
101        read or write operations, data will not be cached in the
102        kernel.
103
104      - The return value of the read() and write() system calls will
105        correspond to the return values of the read and write
106        operations.  This is useful for example if the file size is not
107        known in advance (before reading it).
108
109 'max_read=N'
110
111   With this option the maximum size of read operations can be set.
112   The default is infinite.  Note that the size of read requests is
113   limited anyway to 32 pages (which is 128kbyte on i386).
114
115 How do non-privileged mounts work?
116 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
117
118 Since the mount() system call is a privileged operation, a helper
119 program (fusermount) is needed, which is installed setuid root.
120
121 The implication of providing non-privileged mounts is that the mount
122 owner must not be able to use this capability to compromise the
123 system.  Obvious requirements arising from this are:
124
125  A) mount owner should not be able to get elevated privileges with the
126     help of the mounted filesystem
127
128  B) mount owner should not get illegitimate access to information from
129     other users' and the super user's processes
130
131  C) mount owner should not be able to induce undesired behavior in
132     other users' or the super user's processes
133
134 How are requirements fulfilled?
135 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
136
137  A) The mount owner could gain elevated privileges by either:
138
139      1) creating a filesystem containing a device file, then opening
140         this device
141
142      2) creating a filesystem containing a suid or sgid application,
143         then executing this application
144
145     The solution is not to allow opening device files and ignore
146     setuid and setgid bits when executing programs.  To ensure this
147     fusermount always adds "nosuid" and "nodev" to the mount options
148     for non-privileged mounts.
149
150  B) If another user is accessing files or directories in the
151     filesystem, the filesystem daemon serving requests can record the
152     exact sequence and timing of operations performed.  This
153     information is otherwise inaccessible to the mount owner, so this
154     counts as an information leak.
155
156     The solution to this problem will be presented in point 2) of C).
157
158  C) There are several ways in which the mount owner can induce
159     undesired behavior in other users' processes, such as:
160
161      1) mounting a filesystem over a file or directory which the mount
162         owner could otherwise not be able to modify (or could only
163         make limited modifications).
164
165         This is solved in fusermount, by checking the access
166         permissions on the mountpoint and only allowing the mount if
167         the mount owner can do unlimited modification (has write
168         access to the mountpoint, and mountpoint is not a "sticky"
169         directory)
170
171      2) Even if 1) is solved the mount owner can change the behavior
172         of other users' processes.
173
174          i) It can slow down or indefinitely delay the execution of a
175            filesystem operation creating a DoS against the user or the
176            whole system.  For example a suid application locking a
177            system file, and then accessing a file on the mount owner's
178            filesystem could be stopped, and thus causing the system
179            file to be locked forever.
180
181          ii) It can present files or directories of unlimited length, or
182            directory structures of unlimited depth, possibly causing a
183            system process to eat up diskspace, memory or other
184            resources, again causing DoS.
185
186         The solution to this as well as B) is not to allow processes
187         to access the filesystem, which could otherwise not be
188         monitored or manipulated by the mount owner.  Since if the
189         mount owner can ptrace a process, it can do all of the above
190         without using a FUSE mount, the same criteria as used in
191         ptrace can be used to check if a process is allowed to access
192         the filesystem or not.
193
194         Note that the ptrace check is not strictly necessary to
195         prevent B/2/i, it is enough to check if mount owner has enough
196         privilege to send signal to the process accessing the
197         filesystem, since SIGSTOP can be used to get a similar effect.
198
199 I think these limitations are unacceptable?
200 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
201
202 If a sysadmin trusts the users enough, or can ensure through other
203 measures, that system processes will never enter non-privileged
204 mounts, it can relax the last limitation with a "user_allow_other"
205 config option.  If this config option is set, the mounting user can
206 add the "allow_other" mount option which disables the check for other
207 users' processes.
208
209 Kernel - userspace interface
210 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
211
212 The following diagram shows how a filesystem operation (in this
213 example unlink) is performed in FUSE.
214
215 NOTE: everything in this description is greatly simplified
216
217  |  "rm /mnt/fuse/file"               |  FUSE filesystem daemon
218  |                                    |
219  |                                    |  >sys_read()
220  |                                    |    >fuse_dev_read()
221  |                                    |      >request_wait()
222  |                                    |        [sleep on fc->waitq]
223  |                                    |
224  |  >sys_unlink()                     |
225  |    >fuse_unlink()                  |
226  |      [get request from             |
227  |       fc->unused_list]             |
228  |      >request_send()               |
229  |        [queue req on fc->pending]  |
230  |        [wake up fc->waitq]         |        [woken up]
231  |        >request_wait_answer()      |
232  |          [sleep on req->waitq]     |
233  |                                    |      <request_wait()
234  |                                    |      [remove req from fc->pending]
235  |                                    |      [copy req to read buffer]
236  |                                    |      [add req to fc->processing]
237  |                                    |    <fuse_dev_read()
238  |                                    |  <sys_read()
239  |                                    |
240  |                                    |  [perform unlink]
241  |                                    |
242  |                                    |  >sys_write()
243  |                                    |    >fuse_dev_write()
244  |                                    |      [look up req in fc->processing]
245  |                                    |      [remove from fc->processing]
246  |                                    |      [copy write buffer to req]
247  |          [woken up]                |      [wake up req->waitq]
248  |                                    |    <fuse_dev_write()
249  |                                    |  <sys_write()
250  |        <request_wait_answer()      |
251  |      <request_send()               |
252  |      [add request to               |
253  |       fc->unused_list]             |
254  |    <fuse_unlink()                  |
255  |  <sys_unlink()                     |
256
257 There are a couple of ways in which to deadlock a FUSE filesystem.
258 Since we are talking about unprivileged userspace programs,
259 something must be done about these.
260
261 Scenario 1 -  Simple deadlock
262 -----------------------------
263
264  |  "rm /mnt/fuse/file"               |  FUSE filesystem daemon
265  |                                    |
266  |  >sys_unlink("/mnt/fuse/file")     |
267  |    [acquire inode semaphore        |
268  |     for "file"]                    |
269  |    >fuse_unlink()                  |
270  |      [sleep on req->waitq]         |
271  |                                    |  <sys_read()
272  |                                    |  >sys_unlink("/mnt/fuse/file")
273  |                                    |    [acquire inode semaphore
274  |                                    |     for "file"]
275  |                                    |    *DEADLOCK*
276
277 The solution for this is to allow requests to be interrupted while
278 they are in userspace:
279
280  |      [interrupted by signal]       |
281  |    <fuse_unlink()                  |
282  |    [release semaphore]             |    [semaphore acquired]
283  |  <sys_unlink()                     |
284  |                                    |    >fuse_unlink()
285  |                                    |      [queue req on fc->pending]
286  |                                    |      [wake up fc->waitq]
287  |                                    |      [sleep on req->waitq]
288
289 If the filesystem daemon was single threaded, this will stop here,
290 since there's no other thread to dequeue and execute the request.
291 In this case the solution is to kill the FUSE daemon as well.  If
292 there are multiple serving threads, you just have to kill them as
293 long as any remain.
294
295 Moral: a filesystem which deadlocks, can soon find itself dead.
296
297 Scenario 2 - Tricky deadlock
298 ----------------------------
299
300 This one needs a carefully crafted filesystem.  It's a variation on
301 the above, only the call back to the filesystem is not explicit,
302 but is caused by a pagefault.
303
304  |  Kamikaze filesystem thread 1      |  Kamikaze filesystem thread 2
305  |                                    |
306  |  [fd = open("/mnt/fuse/file")]     |  [request served normally]
307  |  [mmap fd to 'addr']               |
308  |  [close fd]                        |  [FLUSH triggers 'magic' flag]
309  |  [read a byte from addr]           |
310  |    >do_page_fault()                |
311  |      [find or create page]         |
312  |      [lock page]                   |
313  |      >fuse_readpage()              |
314  |         [queue READ request]       |
315  |         [sleep on req->waitq]      |
316  |                                    |  [read request to buffer]
317  |                                    |  [create reply header before addr]
318  |                                    |  >sys_write(addr - headerlength)
319  |                                    |    >fuse_dev_write()
320  |                                    |      [look up req in fc->processing]
321  |                                    |      [remove from fc->processing]
322  |                                    |      [copy write buffer to req]
323  |                                    |        >do_page_fault()
324  |                                    |           [find or create page]
325  |                                    |           [lock page]
326  |                                    |           * DEADLOCK *
327
328 Solution is again to let the the request be interrupted (not
329 elaborated further).
330
331 An additional problem is that while the write buffer is being
332 copied to the request, the request must not be interrupted.  This
333 is because the destination address of the copy may not be valid
334 after the request is interrupted.
335
336 This is solved with doing the copy atomically, and allowing
337 interruption while the page(s) belonging to the write buffer are
338 faulted with get_user_pages().  The 'req->locked' flag indicates
339 when the copy is taking place, and interruption is delayed until
340 this flag is unset.
341