vdso.7: Minor tweak to Alejandro Colomar's patch
[man-pages.git] / man7 / vdso.7
blobe706701f06d5b3176c7fe6481a37d688b2664fa8
1 .\" Written by Mike Frysinger <vapier@gentoo.org>
2 .\"
3 .\" %%%LICENSE_START(PUBLIC_DOMAIN)
4 .\" This page is in the public domain.
5 .\" %%%LICENSE_END
6 .\"
7 .\" Useful background:
8 .\"   http://articles.manugarg.com/systemcallinlinux2_6.html
9 .\"   https://lwn.net/Articles/446528/
10 .\"   http://www.linuxjournal.com/content/creating-vdso-colonels-other-chicken
11 .\"   http://www.trilithium.com/johan/2005/08/linux-gate/
12 .\"
13 .TH VDSO 7 2021-03-22 "Linux" "Linux Programmer's Manual"
14 .SH NAME
15 vdso \- overview of the virtual ELF dynamic shared object
16 .SH SYNOPSIS
17 .nf
18 .B #include <sys/auxv.h>
19 .PP
20 .B void *vdso = (uintptr_t) getauxval(AT_SYSINFO_EHDR);
21 .fi
22 .SH DESCRIPTION
23 The "vDSO" (virtual dynamic shared object) is a small shared library that
24 the kernel automatically maps into the
25 address space of all user-space applications.
26 Applications usually do not need to concern themselves with these details
27 as the vDSO is most commonly called by the C library.
28 This way you can code in the normal way using standard functions
29 and the C library will take care
30 of using any functionality that is available via the vDSO.
31 .PP
32 Why does the vDSO exist at all?
33 There are some system calls the kernel provides that
34 user-space code ends up using frequently,
35 to the point that such calls can dominate overall performance.
36 This is due both to the frequency of the call as well as the
37 context-switch overhead that results
38 from exiting user space and entering the kernel.
39 .PP
40 The rest of this documentation is geared toward the curious and/or
41 C library writers rather than general developers.
42 If you're trying to call the vDSO in your own application rather than using
43 the C library, you're most likely doing it wrong.
44 .SS Example background
45 Making system calls can be slow.
46 In x86 32-bit systems, you can trigger a software interrupt
47 .RI ( "int $0x80" )
48 to tell the kernel you wish to make a system call.
49 However, this instruction is expensive: it goes through
50 the full interrupt-handling paths
51 in the processor's microcode as well as in the kernel.
52 Newer processors have faster (but backward incompatible) instructions to
53 initiate system calls.
54 Rather than require the C library to figure out if this functionality is
55 available at run time,
56 the C library can use functions provided by the kernel in
57 the vDSO.
58 .PP
59 Note that the terminology can be confusing.
60 On x86 systems, the vDSO function
61 used to determine the preferred method of making a system call is
62 named "__kernel_vsyscall", but on x86-64,
63 the term "vsyscall" also refers to an obsolete way to ask the kernel
64 what time it is or what CPU the caller is on.
65 .PP
66 One frequently used system call is
67 .BR gettimeofday (2).
68 This system call is called both directly by user-space applications
69 as well as indirectly by
70 the C library.
71 Think timestamps or timing loops or polling\(emall of these
72 frequently need to know what time it is right now.
73 This information is also not secret\(emany application in any
74 privilege mode (root or any unprivileged user) will get the same answer.
75 Thus the kernel arranges for the information required to answer
76 this question to be placed in memory the process can access.
77 Now a call to
78 .BR gettimeofday (2)
79 changes from a system call to a normal function
80 call and a few memory accesses.
81 .SS Finding the vDSO
82 The base address of the vDSO (if one exists) is passed by the kernel to
83 each program in the initial auxiliary vector (see
84 .BR getauxval (3)),
85 via the
86 .B AT_SYSINFO_EHDR
87 tag.
88 .PP
89 You must not assume the vDSO is mapped at any particular location in the
90 user's memory map.
91 The base address will usually be randomized at run time every time a new
92 process image is created (at
93 .BR execve (2)
94 time).
95 This is done for security reasons,
96 to prevent "return-to-libc" attacks.
97 .PP
98 For some architectures, there is also an
99 .B AT_SYSINFO
100 tag.
101 This is used only for locating the vsyscall entry point and is frequently
102 omitted or set to 0 (meaning it's not available).
103 This tag is a throwback to the initial vDSO work (see
104 .IR History
105 below) and its use should be avoided.
106 .SS File format
107 Since the vDSO is a fully formed ELF image, you can do symbol lookups on it.
108 This allows new symbols to be added with newer kernel releases,
109 and allows the C library to detect available functionality at
110 run time when running under different kernel versions.
111 Oftentimes the C library will do detection with the first call and then
112 cache the result for subsequent calls.
114 All symbols are also versioned (using the GNU version format).
115 This allows the kernel to update the function signature without breaking
116 backward compatibility.
117 This means changing the arguments that the function accepts as well as the
118 return value.
119 Thus, when looking up a symbol in the vDSO,
120 you must always include the version
121 to match the ABI you expect.
123 Typically the vDSO follows the naming convention of prefixing
124 all symbols with "__vdso_" or "__kernel_"
125 so as to distinguish them from other standard symbols.
126 For example, the "gettimeofday" function is named "__vdso_gettimeofday".
128 You use the standard C calling conventions when calling
129 any of these functions.
130 No need to worry about weird register or stack behavior.
131 .SH NOTES
132 .SS Source
133 When you compile the kernel,
134 it will automatically compile and link the vDSO code for you.
135 You will frequently find it under the architecture-specific directory:
137     find arch/$ARCH/ \-name \(aq*vdso*.so*\(aq \-o \-name \(aq*gate*.so*\(aq
139 .SS vDSO names
140 The name of the vDSO varies across architectures.
141 It will often show up in things like glibc's
142 .BR ldd (1)
143 output.
144 The exact name should not matter to any code, so do not hardcode it.
145 .if t \{\
146 .ft CW
149 l l.
150 user ABI        vDSO name
152 aarch64 linux\-vdso.so.1
153 arm     linux\-vdso.so.1
154 ia64    linux\-gate.so.1
155 mips    linux\-vdso.so.1
156 ppc/32  linux\-vdso32.so.1
157 ppc/64  linux\-vdso64.so.1
158 riscv   linux\-vdso.so.1
159 s390    linux\-vdso32.so.1
160 s390x   linux\-vdso64.so.1
161 sh      linux\-gate.so.1
162 i386    linux\-gate.so.1
163 x86-64  linux\-vdso.so.1
164 x86/x32 linux\-vdso.so.1
166 .if t \{\
168 .ft P
170 .SS strace(1), seccomp(2), and the vDSO
171 When tracing systems calls with
172 .BR strace (1),
173 symbols (system calls) that are exported by the vDSO will
174 .I not
175 appear in the trace output.
176 Those system calls will likewise not be visible to
177 .BR seccomp (2)
178 filters.
179 .SH ARCHITECTURE-SPECIFIC NOTES
180 The subsections below provide architecture-specific notes
181 on the vDSO.
183 Note that the vDSO that is used is based on the ABI of your user-space code
184 and not the ABI of the kernel.
185 Thus, for example,
186 when you run an i386 32-bit ELF binary,
187 you'll get the same vDSO regardless of whether you run it under
188 an i386 32-bit kernel or under an x86-64 64-bit kernel.
189 Therefore, the name of the user-space ABI should be used to determine
190 which of the sections below is relevant.
191 .SS ARM functions
192 .\" See linux/arch/arm/vdso/vdso.lds.S
193 .\" Commit: 8512287a8165592466cb9cb347ba94892e9c56a5
194 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
195 .if t \{\
196 .ft CW
199 l l.
200 symbol  version
202 __vdso_gettimeofday     LINUX_2.6 (exported since Linux 4.1)
203 __vdso_clock_gettime    LINUX_2.6 (exported since Linux 4.1)
205 .if t \{\
207 .ft P
210 .\" See linux/arch/arm/kernel/entry-armv.S
211 .\" See linux/Documentation/arm/kernel_user_helpers.txt
212 Additionally, the ARM port has a code page full of utility functions.
213 Since it's just a raw page of code, there is no ELF information for doing
214 symbol lookups or versioning.
215 It does provide support for different versions though.
217 For information on this code page,
218 it's best to refer to the kernel documentation
219 as it's extremely detailed and covers everything you need to know:
220 .IR Documentation/arm/kernel_user_helpers.txt .
221 .SS aarch64 functions
222 .\" See linux/arch/arm64/kernel/vdso/vdso.lds.S
223 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
224 .if t \{\
225 .ft CW
228 l l.
229 symbol  version
231 __kernel_rt_sigreturn   LINUX_2.6.39
232 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6.39
233 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6.39
234 __kernel_clock_getres   LINUX_2.6.39
236 .if t \{\
238 .ft P
240 .SS bfin (Blackfin) functions (port removed in Linux 4.17)
241 .\" See linux/arch/blackfin/kernel/fixed_code.S
242 .\" See http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=linux-kernel:fixed-code
243 As this CPU lacks a memory management unit (MMU),
244 it doesn't set up a vDSO in the normal sense.
245 Instead, it maps at boot time a few raw functions into
246 a fixed location in memory.
247 User-space applications then call directly into that region.
248 There is no provision for backward compatibility
249 beyond sniffing raw opcodes,
250 but as this is an embedded CPU, it can get away with things\(emsome of the
251 object formats it runs aren't even ELF based (they're bFLT/FLAT).
253 For information on this code page,
254 it's best to refer to the public documentation:
256 http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=linux\-kernel:fixed\-code
257 .SS mips functions
258 .\" See linux/arch/mips/vdso/vdso.ld.S
259 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
260 .if t \{\
261 .ft CW
264 l l.
265 symbol  version
267 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6 (exported since Linux 4.4)
268 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6 (exported since Linux 4.4)
270 .if t \{\
272 .ft P
274 .SS ia64 (Itanium) functions
275 .\" See linux/arch/ia64/kernel/gate.lds.S
276 .\" Also linux/arch/ia64/kernel/fsys.S and linux/Documentation/ia64/fsys.txt
277 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
278 .if t \{\
279 .ft CW
282 l l.
283 symbol  version
285 __kernel_sigtramp       LINUX_2.5
286 __kernel_syscall_via_break      LINUX_2.5
287 __kernel_syscall_via_epc        LINUX_2.5
289 .if t \{\
291 .ft P
294 The Itanium port is somewhat tricky.
295 In addition to the vDSO above, it also has "light-weight system calls"
296 (also known as "fast syscalls" or "fsys").
297 You can invoke these via the
298 .I __kernel_syscall_via_epc
299 vDSO helper.
300 The system calls listed here have the same semantics as if you called them
301 directly via
302 .BR syscall (2),
303 so refer to the relevant
304 documentation for each.
305 The table below lists the functions available via this mechanism.
306 .if t \{\
307 .ft CW
311 function
313 clock_gettime
314 getcpu
315 getpid
316 getppid
317 gettimeofday
318 set_tid_address
320 .if t \{\
322 .ft P
324 .SS parisc (hppa) functions
325 .\" See linux/arch/parisc/kernel/syscall.S
326 .\" See linux/Documentation/parisc/registers
327 The parisc port has a code page with utility functions
328 called a gateway page.
329 Rather than use the normal ELF auxiliary vector approach,
330 it passes the address of
331 the page to the process via the SR2 register.
332 The permissions on the page are such that merely executing those addresses
333 automatically executes with kernel privileges and not in user space.
334 This is done to match the way HP-UX works.
336 Since it's just a raw page of code, there is no ELF information for doing
337 symbol lookups or versioning.
338 Simply call into the appropriate offset via the branch instruction,
339 for example:
341     ble <offset>(%sr2, %r0)
342 .if t \{\
343 .ft CW
346 l l.
347 offset  function
349 00b0    lws_entry (CAS operations)
350 00e0    set_thread_pointer (used by glibc)
351 0100    linux_gateway_entry (syscall)
353 .if t \{\
355 .ft P
357 .SS ppc/32 functions
358 .\" See linux/arch/powerpc/kernel/vdso32/vdso32.lds.S
359 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
360 The functions marked with a
361 .I *
362 are available only when the kernel is
363 a PowerPC64 (64-bit) kernel.
364 .if t \{\
365 .ft CW
368 l l.
369 symbol  version
371 __kernel_clock_getres   LINUX_2.6.15
372 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6.15
373 __kernel_clock_gettime64        LINUX_5.11
374 __kernel_datapage_offset        LINUX_2.6.15
375 __kernel_get_syscall_map        LINUX_2.6.15
376 __kernel_get_tbfreq     LINUX_2.6.15
377 __kernel_getcpu \fI*\fR LINUX_2.6.15
378 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6.15
379 __kernel_sigtramp_rt32  LINUX_2.6.15
380 __kernel_sigtramp32     LINUX_2.6.15
381 __kernel_sync_dicache   LINUX_2.6.15
382 __kernel_sync_dicache_p5        LINUX_2.6.15
384 .if t \{\
386 .ft P
389 In kernel versions before Linux 5.6,
390 .\" commit 654abc69ef2e69712e6d4e8a6cb9292b97a4aa39
392 .B CLOCK_REALTIME_COARSE
394 .B CLOCK_MONOTONIC_COARSE
395 clocks are
396 .I not
397 supported by the
398 .I __kernel_clock_getres
400 .I __kernel_clock_gettime
401 interfaces;
402 the kernel falls back to the real system call.
403 .SS ppc/64 functions
404 .\" See linux/arch/powerpc/kernel/vdso64/vdso64.lds.S
405 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
406 .if t \{\
407 .ft CW
410 l l.
411 symbol  version
413 __kernel_clock_getres   LINUX_2.6.15
414 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6.15
415 __kernel_datapage_offset        LINUX_2.6.15
416 __kernel_get_syscall_map        LINUX_2.6.15
417 __kernel_get_tbfreq     LINUX_2.6.15
418 __kernel_getcpu LINUX_2.6.15
419 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6.15
420 __kernel_sigtramp_rt64  LINUX_2.6.15
421 __kernel_sync_dicache   LINUX_2.6.15
422 __kernel_sync_dicache_p5        LINUX_2.6.15
424 .if t \{\
426 .ft P
429 In kernel versions before Linux 4.16,
430 .\" commit 5c929885f1bb4b77f85b1769c49405a0e0f154a1
432 .B CLOCK_REALTIME_COARSE
434 .B CLOCK_MONOTONIC_COARSE
435 clocks are
436 .I not
437 supported by the
438 .I __kernel_clock_getres
440 .I __kernel_clock_gettime
441 interfaces;
442 the kernel falls back to the real system call.
443 .SS riscv functions
444 .\" See linux/arch/riscv/kernel/vdso/vdso.lds.S
445 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
446 .if t \{\
447 .ft CW
450 l l.
451 symbol  version
453 __kernel_rt_sigreturn   LINUX_4.15
454 __kernel_gettimeofday   LINUX_4.15
455 __kernel_clock_gettime  LINUX_4.15
456 __kernel_clock_getres   LINUX_4.15
457 __kernel_getcpu LINUX_4.15
458 __kernel_flush_icache   LINUX_4.15
460 .if t \{\
462 .ft P
464 .SS s390 functions
465 .\" See linux/arch/s390/kernel/vdso32/vdso32.lds.S
466 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
467 .if t \{\
468 .ft CW
471 l l.
472 symbol  version
474 __kernel_clock_getres   LINUX_2.6.29
475 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6.29
476 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6.29
478 .if t \{\
480 .ft P
482 .SS s390x functions
483 .\" See linux/arch/s390/kernel/vdso64/vdso64.lds.S
484 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
485 .if t \{\
486 .ft CW
489 l l.
490 symbol  version
492 __kernel_clock_getres   LINUX_2.6.29
493 __kernel_clock_gettime  LINUX_2.6.29
494 __kernel_gettimeofday   LINUX_2.6.29
496 .if t \{\
498 .ft P
500 .SS sh (SuperH) functions
501 .\" See linux/arch/sh/kernel/vsyscall/vsyscall.lds.S
502 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
503 .if t \{\
504 .ft CW
507 l l.
508 symbol  version
510 __kernel_rt_sigreturn   LINUX_2.6
511 __kernel_sigreturn      LINUX_2.6
512 __kernel_vsyscall       LINUX_2.6
514 .if t \{\
516 .ft P
518 .SS i386 functions
519 .\" See linux/arch/x86/vdso/vdso32/vdso32.lds.S
520 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
521 .if t \{\
522 .ft CW
525 l l.
526 symbol  version
528 __kernel_sigreturn      LINUX_2.5
529 __kernel_rt_sigreturn   LINUX_2.5
530 __kernel_vsyscall       LINUX_2.5
531 .\" Added in 7a59ed415f5b57469e22e41fc4188d5399e0b194 and updated
532 .\" in 37c975545ec63320789962bf307f000f08fabd48.
533 __vdso_clock_gettime    LINUX_2.6 (exported since Linux 3.15)
534 __vdso_gettimeofday     LINUX_2.6 (exported since Linux 3.15)
535 __vdso_time     LINUX_2.6 (exported since Linux 3.15)
537 .if t \{\
539 .ft P
541 .SS x86-64 functions
542 .\" See linux/arch/x86/vdso/vdso.lds.S
543 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
544 All of these symbols are also available without the "__vdso_" prefix, but
545 you should ignore those and stick to the names below.
546 .if t \{\
547 .ft CW
550 l l.
551 symbol  version
553 __vdso_clock_gettime    LINUX_2.6
554 __vdso_getcpu   LINUX_2.6
555 __vdso_gettimeofday     LINUX_2.6
556 __vdso_time     LINUX_2.6
558 .if t \{\
560 .ft P
562 .SS x86/x32 functions
563 .\" See linux/arch/x86/vdso/vdso32.lds.S
564 The table below lists the symbols exported by the vDSO.
565 .if t \{\
566 .ft CW
569 l l.
570 symbol  version
572 __vdso_clock_gettime    LINUX_2.6
573 __vdso_getcpu   LINUX_2.6
574 __vdso_gettimeofday     LINUX_2.6
575 __vdso_time     LINUX_2.6
577 .if t \{\
579 .ft P
581 .SS History
582 The vDSO was originally just a single function\(emthe vsyscall.
583 In older kernels, you might see that name
584 in a process's memory map rather than "vdso".
585 Over time, people realized that this mechanism
586 was a great way to pass more functionality
587 to user space, so it was reconceived as a vDSO in the current format.
588 .SH SEE ALSO
589 .BR syscalls (2),
590 .BR getauxval (3),
591 .BR proc (5)
593 The documents, examples, and source code in the Linux source code tree:
595 .in +4n
597 Documentation/ABI/stable/vdso
598 Documentation/ia64/fsys.txt
599 Documentation/vDSO/* (includes examples of using the vDSO)
601 find arch/ \-iname \(aq*vdso*\(aq \-o \-iname \(aq*gate*\(aq