В качестве примера¶

Выполнение системных вызовов может быть медленным. В 32-битных системах x86 вы можете использовать программное прерывание (int $0x80), чтобы заставить ядро выполнить системный вызов. Однако, эта инструкция очень затратна: она проходит по полному маршруту обработки прерываний в микрокоде процессора, а также в ядре. Новые процессоры содержат более быстрые инструкции (но обратно совместимые) для запуска системных вызовов. Вместо того, чтобы требовать от библиотеки C выяснения во время выполнения есть ли такая возможность, библиотека C может использовать функции, предоставляемые ядром в vDSO.

Заметим, что можно запутаться в терминологии. В системах x86 функция vDSO, используемая для определения предпочтительного метода выполнения системного вызова, называется «__kernel_vsyscall», но в x86-64 термин «vsyscall» также ссылается на устаревший метод запроса ядра о времени или на каком ЦП выполняется вызывающий.

Одним из наиболее часто используемых системных вызовов является gettimeofday(2). Данный вызов используется прямо в приложениях, а также неявно из библиотеки C. Метка времени, временной цикл или опрос — для всего этого часто нужно знать сколько времени в данный момент. Также, это информация не секретна — многие приложения с любыми правами (root или любого не привилегированного пользователя) получат одинаковый ответ. Поэтому ядро размещает информацию, требуемую для ответа на этот вопрос, в памяти процесса. Теперь системный вызов gettimeofday(2) заменяется на вызов обычной функции и доступ к памяти.

Нахождение vDSO¶

Базовый адрес vDSO (если есть) передаётся ядром каждой программе во вспомогательном векторе инициализации (смотрите getauxval(3)) через тег AT_SYSINFO_EHDR.

Вы не должны рассчитывать на то, что vDSO отображается в каком-то определённом месте карты пользовательской памяти. Обычно, базовый адрес во время выполнения выбирается произвольным образом каждый раз при создании нового образа процесса (с помощью execve(2)). Это делается в целях безопасности для предотвращения атак «возврат в libc».

Для некоторых архитектур также существует тег AT_SYSINFO. Он используется только для нахождения точки входа vsyscall и часто отсутствует или равен 0 (то есть недоступен). Этот тег — атавизм первых версий vDSO (смотрите История ниже) и не должен использоваться.

Формат файла¶

Так как vDSO — полноценный образ ELF, вы можете искать в нём символы. Это позволяет добавлять новые символы в новых версиях ядра и библиотеке C находить доступные свойства во время выполнения с различными версиями ядер. Зачастую, библиотека C выполняет обнаружение при первом вызове и затем кэширует результат для последующих вызовов.

Все символы имеют версии (в формате версий GNU). Это позволяет ядру обновлять сигнатуру функции без нарушения обратной совместимости. Смена версии означает изменение аргументов функции или возвращаемого значения. Таким образом, при поиске символа в vDSO, вы всегда должны включать версию для нахождения ожидаемого ABI.

Обычно, vDSO удовлетворяет соглашению об именовании, начиная все символы с «__vdso_» или «__kernel_», для их выделения среди других стандартных символов. Например, функция «gettimeofday» называется «__vdso_gettimeofday».

Для вызова этих функций используйте стандартные соглашения о вызове языка Си. Учитывать поведение регистров и стека не требуется.

Исходный код¶

Код vDSO автоматически компилируется и компонуется при сборке ядра. Обычно, его можно найти в каталоге соответствующей архитектуры:

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

Имена vDSO¶

Имя vDSO отличается на разных архитектурах. Часто его можно увидеть в выводе утилит, подобных ldd(1) из glibc. Точное имя не должно влиять на код, поэтому жёстко оно нигде не задаётся.

strace(1), seccomp(2) и vDSO¶

При трассировке системных вызовов с помощью strace(1), символы (системные вызовы), экспортируемые vDSO, не показываются в результате трассировки. Также данные системные вызовы будут невидимы в фильтрах seccomp(2).

Функции на ARM¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Также, перенос ARM содержит страницу кода со вспомогательными функциями. Так как это просто страница с кодом, информация ELF отсутствует и поиск функций невозможен и неизвестны их версии. Хотя в коде есть функции нескольких версий.

Эта страница с кодом хорошо описана в документации к ядру и в ней есть всё, что вам нужно знать: Documentation/arm/kernel_user_helpers.txt.

Функции на aarch64¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на bfin (Blackfin) (перенос удалён в Linux 4.17)¶

Так как в этом ЦП отсутствует устройство управления памятью (MMU), на данной архитектуре не создаётся vDSO в обычном понимании. Вместо этого, ядро отображает несколько функций в постоянное расположение в памяти. Приложения пользовательского пространства могут вызывать их из этой области напрямую. Здесь отсутствует обратная совместимость кроме как слежение за кодами операций (sniffing raw opcodes), но для таких встраиваемых ЦП это нормально — некоторые форматы объектов, запускаемых на нём, даже не основаны на ELF (например, bFLT/FLAT).

Эта страница с кодом хорошо описана в открытой документации:
http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=linux-kernel:fixed-code

Функции на mips¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на ia64 (Itanium)¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Перенос на Itanium, в некоторой степени, неоднозначный. Кроме vDSO, показанной выше, также есть «легковесные системные вызовы» (также называемые как «быстрые syscall» или «fsys»). Вы можете вызвать их через вспомогательную функцию vDSO __kernel_syscall_via_epc. Перечисленные здесь системные вызовы имеют ту же семантику, как если бы вызывались напрямую через syscall(2), поэтому обратитесь к соответствующей документации по каждому из них. В таблице ниже перечислены функции, доступные через этот механизм.

Функции на parisc (hppa)¶

Перенос parisc содержит страницу кода со вспомогательными функциями, называемую шлюзовой (gateway) страницей. Вместо того, чтобы использовать обычный вспомогательный вектор ELF, передаётся адрес страницы для обработки через регистр SR2. Права на страницу таковы, что простое выполнение этих адресов автоматически выполняется с правами ядра и не в пространстве пользователя. Подобный способ применяется в HP-UX.

Так как это просто страница с кодом, информация ELF отсутствует и поиск функций невозможен и неизвестны их версии. Просто вызывайте функцию по соответствующему смещению через инструкцию ветвления, например:

ble <смещение>(%sr2, %r0)

Функции на ppc/32¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO. Функции, помеченные *, доступны только в ядре PowerPC64 (64-бита).

Before Linux 5.6, 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.

Функции на ppc/64¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Before Linux 4.16, 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.

Функции на riscv¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на s390¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на s390x¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на sh (SuperH)¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции на i386¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

Функции x86-64¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO. Все эти символы также доступны без префикса «__vdso_», но вы не должны пользоваться этим, применяйте имена, перечисленные ниже.

Функции на x86/x32¶

В таблице ниже перечислены символы, экспортируемые vDSO.

История¶

Первоначально vDSO представляла собой одну функцию — vsyscall. В старых ядрах вы можете видеть это имя в карте памяти процесса вместо «vdso». Со временем, люди поняли, что этот механизм является отличным способом перенести больше возможностей в пользовательское пространство, результатом чего стала vDSO в текущем виде.