Example background¶

システムコールの呼び出しは遅くなる場合がある。 x86 32 ビットシステムでは、 システムコールを呼び出したいことをカーネルに教えるためにソフトウェア割り込み (int $0x80) を使うことができる。 しかしながら、この割り込みはコストがかかる処理である。 割り込みがあると、 カーネルとプロセッサーのマイクロコードの両方のすべての割り込み処理パスが実行される。 新しいプロセッサーには、 システムコール呼び出しを起動するための高速な (だが、後方互換性がある) 命令が用意されている。 C ライブラリが実行時にこの機能が利用できるかを確認するのではなく、 C ライブラリは vDSO でカーネルが提供する関数を使うことができる。

用語が紛らわしい点には注意が必要である。 x86 システムでは、 システムコールを呼び出す推奨される方法を判定するのに使用される vDSO 関数は "__kernel_vsyscall" という名前だが、 x86=64 では、 "vsyscall" という用語は、 カーネルに時刻はいつかや呼び出し元はどの CPU 上にいるかを問い合わせるための廃止予定の方法も参照している。

頻繁に使用されるシステムコールの一つが gettimeofday(2) である。 このシステムコールは、 ユーザー空間アプリケーションから直接呼び出されることも、 C ライブラリから間接的に呼び出されることもある。 タイムスタンプが必要な場面、 タイミングループを行う場面、 ポーリングを行う場面を考えてほしい。 これらはいずれも現在時刻が何かを直ちに知りたいのが普通である。 また、この情報は秘密ではなく、 (ルートでも非特権ユーザーでも) 任意の特権モードの多くのアプリケーションが同じ情報を取得できる。 したがって、 カーネルはこの質問に応えるのに必要な情報をプロセスがアクセスできるメモリー上に配置する。 これにより、 gettimeofday(2) はシステムコールから通常の関数コールになり、 少ないメモリーアクセスになる。

vDSO を見つける¶

vDSO のベースアドレスは、 (存在する場合には) カーネルから各プログラムに初期補助ベクトル (getauxval(3) 参照) の AT_SYSINFO_EHDR タグ経由で渡される。

vDSO がユーザーのメモリーマップの何か特定の場所にマッピングされると仮定してはならない。 通常新しいプロセスイメージが作成されるたびに (execve(2) 実行時点) 、 実行時にベースアドレスのランダム化が行われる。 これは "return-to-libc" 攻撃 を防ぐためにセキュリティ上の理由から行われる。

アーキテクチャーによっては AT_SYSINFO タグもある。 このタグは vsyscall エントリーポイントの場所を知るためだけのものであり、 しばしば省略されるか (利用できない場合は) 0 にセットされる。 このタグは最初の vDSO の実装で使用されていたものであり (下記の「歴史」を参照)、 このタグを利用するのは避けるべきである。

ファイルフォーマット¶

vDSO は完全な形式の ELF イメージなので、 vDSO に対してシンボルの検索を行うことができる。 このため、 新しいカーネルリリースで新しいシンボルを追加することができ、 C ライブラリが別のバージョンのカーネル上で動作する際に実行時に利用可能な機能を検出することができる。 多くの場合、 C ライブラリは最初の呼び出し時に検出を行い、 それ以降の呼び出しで利用できるようにその結果をキャッシュする。

すべてのシンボルは (GNU のバージョンフォーマットを使って) バージョンが付けられている。 これにより、 カーネルは後方互換性を持たせつつ関数のシグネチャーを更新することができる。 つまり、 関数が受け取る引数や返り値が変更されることがあるということである。 したがって、 vDSO のシンボルを検索する際には、 自分が期待する ABI に一致するバージョンをしなければならない。

通常は vDSO はすべてのシンボルに "__vdso_" か "__kernel_" というプレフィックスを付けるという慣習に従った名前付けを行っており、 他の標準のシンボルから区別することができる。 例えば、 "gettimeofday" 関数は ""__vdso_gettimeofday" という名前になっている。

これらの関数を呼び出す場合は標準の C の呼び出しの慣習にしたがっておけばよい。 特殊なレジスターやスタックの動作に気を使う必要はない。

ソース¶

カーネルをコンパイルする際に、 vDSO コードはコンパイルされリンクが行われる。 通常はアーキテクチャー固有のディレクトリに vDSO コードが生成される。

find arch/$ARCH/ -name '*vdso*.so*' -o -name '*gate*.so*'

vDSO 名¶

vDSO の名前はアーキテクチャーにより異なる。 この名前は glibc の ldd(1) の出力などに現れる。 名前はコードで必要となることはなく、 名前をハードコードしないこと。

strace(1), seccomp(2), and the vDSO¶

When tracing systems calls with strace(1), symbols (system calls) that are exported by the vDSO will not appear in the trace output. Those system calls will likewise not be visible to seccomp(2) filters.

ARM 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

Additionally, the ARM port has a code page full of utility functions. Since it's just a raw page of code, there is no ELF information for doing symbol lookups or versioning. It does provide support for different versions though.

For information on this code page, it's best to refer to the kernel documentation as it's extremely detailed and covers everything you need to know: Documentation/arm/kernel_user_helpers.txt.

aarch64 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

bfin (Blackfin) functions (port removed in Linux 4.17)¶

As this CPU lacks a memory management unit (MMU), it doesn't set up a vDSO in the normal sense. Instead, it maps at boot time a few raw functions into a fixed location in memory. User-space applications then call directly into that region. There is no provision for backward compatibility beyond sniffing raw opcodes, but as this is an embedded CPU, it can get away with things—some of the object formats it runs aren't even ELF based (they're bFLT/FLAT).

For information on this code page, it's best to refer to the public documentation:
http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=linux-kernel:fixed-code

mips 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

ia64 (Itanium) 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

The Itanium port is somewhat tricky. In addition to the vDSO above, it also has "light-weight system calls" (also known as "fast syscalls" or "fsys"). You can invoke these via the __kernel_syscall_via_epc vDSO helper. The system calls listed here have the same semantics as if you called them directly via syscall(2), so refer to the relevant documentation for each. The table below lists the functions available via this mechanism.

parisc (hppa) 関数¶

The parisc port has a code page with utility functions called a gateway page. Rather than use the normal ELF auxiliary vector approach, it passes the address of the page to the process via the SR2 register. The permissions on the page are such that merely executing those addresses automatically executes with kernel privileges and not in user space. This is done to match the way HP-UX works.

Since it's just a raw page of code, there is no ELF information for doing symbol lookups or versioning. Simply call into the appropriate offset via the branch instruction, for example:

ble <offset>(%sr2, %r0)

ppc/32 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。 * のマークが付いた関数は、カーネルが PowerPC64 (64 ビット) カーネルの場合にだけ利用可能である。

The CLOCK_REALTIME_COARSE and CLOCK_MONOTONIC_COARSE clocks are not supported by the __kernel_clock_getres and __kernel_clock_gettime interfaces; the kernel falls back to the real system call.

ppc/64 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

The CLOCK_REALTIME_COARSE and CLOCK_MONOTONIC_COARSE clocks are not supported by the __kernel_clock_getres and __kernel_clock_gettime interfaces; the kernel falls back to the real system call.

riscv 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

s390 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

s390x 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

sh (SuperH) 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

i386 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

x86-64 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。 これらのシンボルはすべて "__vdso_" のプレフィックスなしでも利用できるが、 これらは無視し、 以下の名前だけを使うこと。

x86/x32 関数¶

以下のテーブルは vDSO で公開されるシンボルの一覧である。

歴史¶

vDSO は元々は一つの関数 vsyscall であった。 古いカーネルでは、 プロセスのメモリーマップに "vdso" ではなくこの名前が見えるかもしれない。 時間が経つに連れて、 この仕組みはより多くの機能をユーザー空間に渡す有効な方法であると認識されるようになり、 現在の形の vDSO という形に見直しが行われた。