Documentation/x86/protection-keys.txt

   1 Memory Protection Keys for Userspace (PKU aka PKEYs) is a CPU feature
   2 which will be found on future Intel CPUs.
   3
   4 Memory Protection Keys provides a mechanism for enforcing page-based
   5 protections, but without requiring modification of the page tables
   6 when an application changes protection domains.  It works by
   7 dedicating 4 previously ignored bits in each page table entry to a
   8 "protection key", giving 16 possible keys.
   9
  10 There is also a new user-accessible register (PKRU) with two separate
  11 bits (Access Disable and Write Disable) for each key.  Being a CPU
  12 register, PKRU is inherently thread-local, potentially giving each
  13 thread a different set of protections from every other thread.
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  15 There are two new instructions (RDPKRU/WRPKRU) for reading and writing
  16 to the new register.  The feature is only available in 64-bit mode,
  17 even though there is theoretically space in the PAE PTEs.  These
  18 permissions are enforced on data access only and have no effect on
  19 instruction fetches.
  20
  21 =========================== Syscalls ===========================
  22
  23 There are 3 system calls which directly interact with pkeys:
  24
  25         int pkey_alloc(unsigned long flags, unsigned long init_access_rights)
  26         int pkey_free(int pkey);
  27         int pkey_mprotect(unsigned long start, size_t len,
  28                           unsigned long prot, int pkey);
  29
  30 Before a pkey can be used, it must first be allocated with
  31 pkey_alloc().  An application calls the WRPKRU instruction
  32 directly in order to change access permissions to memory covered
  33 with a key.  In this example WRPKRU is wrapped by a C function
  34 called pkey_set().
  35
  36         int real_prot = PROT_READ|PROT_WRITE;
  37         pkey = pkey_alloc(0, PKEY_DENY_WRITE);
  38         ptr = mmap(NULL, PAGE_SIZE, PROT_NONE, MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE, -1, 0);
  39         ret = pkey_mprotect(ptr, PAGE_SIZE, real_prot, pkey);
  40         ... application runs here
  41
  42 Now, if the application needs to update the data at 'ptr', it can
  43 gain access, do the update, then remove its write access:
  44
  45         pkey_set(pkey, 0); // clear PKEY_DENY_WRITE
  46         *ptr = foo; // assign something
  47         pkey_set(pkey, PKEY_DENY_WRITE); // set PKEY_DENY_WRITE again
  48
  49 Now when it frees the memory, it will also free the pkey since it
  50 is no longer in use:
  51
  52         munmap(ptr, PAGE_SIZE);
  53         pkey_free(pkey);
  54
  55 (Note: pkey_set() is a wrapper for the RDPKRU and WRPKRU instructions.
  56  An example implementation can be found in
  57  tools/testing/selftests/x86/protection_keys.c)
  58
  59 =========================== Behavior ===========================
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  61 The kernel attempts to make protection keys consistent with the
  62 behavior of a plain mprotect().  For instance if you do this:
  63
  64         mprotect(ptr, size, PROT_NONE);
  65         something(ptr);
  66
  67 you can expect the same effects with protection keys when doing this:
  68
  69         pkey = pkey_alloc(0, PKEY_DISABLE_WRITE | PKEY_DISABLE_READ);
  70         pkey_mprotect(ptr, size, PROT_READ|PROT_WRITE, pkey);
  71         something(ptr);
  72
  73 That should be true whether something() is a direct access to 'ptr'
  74 like:
  75
  76         *ptr = foo;
  77
  78 or when the kernel does the access on the application's behalf like
  79 with a read():
  80
  81         read(fd, ptr, 1);
  82
  83 The kernel will send a SIGSEGV in both cases, but si_code will be set
  84 to SEGV_PKERR when violating protection keys versus SEGV_ACCERR when
  85 the plain mprotect() permissions are violated.