Documentation/x86/entry_64.txt

   1 This file documents some of the kernel entries in
   2 arch/x86/kernel/entry_64.S.  A lot of this explanation is adapted from
   3 an email from Ingo Molnar:
   4
   5 http://lkml.kernel.org/r/<20110529191055.GC9835%40elte.hu>
   6
   7 The x86 architecture has quite a few different ways to jump into
   8 kernel code.  Most of these entry points are registered in
   9 arch/x86/kernel/traps.c and implemented in arch/x86/kernel/entry_64.S
  10 and arch/x86/ia32/ia32entry.S.
  11
  12 The IDT vector assignments are listed in arch/x86/include/irq_vectors.h.
  13
  14 Some of these entries are:
  15
  16  - system_call: syscall instruction from 64-bit code.
  17
  18  - ia32_syscall: int 0x80 from 32-bit or 64-bit code; compat syscall
  19    either way.
  20
  21  - ia32_syscall, ia32_sysenter: syscall and sysenter from 32-bit
  22    code
  23
  24  - interrupt: An array of entries.  Every IDT vector that doesn't
  25    explicitly point somewhere else gets set to the corresponding
  26    value in interrupts.  These point to a whole array of
  27    magically-generated functions that make their way to do_IRQ with
  28    the interrupt number as a parameter.
  29
  30  - APIC interrupts: Various special-purpose interrupts for things
  31    like TLB shootdown.
  32
  33  - Architecturally-defined exceptions like divide_error.
  34
  35 There are a few complexities here.  The different x86-64 entries
  36 have different calling conventions.  The syscall and sysenter
  37 instructions have their own peculiar calling conventions.  Some of
  38 the IDT entries push an error code onto the stack; others don't.
  39 IDT entries using the IST alternative stack mechanism need their own
  40 magic to get the stack frames right.  (You can find some
  41 documentation in the AMD APM, Volume 2, Chapter 8 and the Intel SDM,
  42 Volume 3, Chapter 6.)
  43
  44 Dealing with the swapgs instruction is especially tricky.  Swapgs
  45 toggles whether gs is the kernel gs or the user gs.  The swapgs
  46 instruction is rather fragile: it must nest perfectly and only in
  47 single depth, it should only be used if entering from user mode to
  48 kernel mode and then when returning to user-space, and precisely
  49 so. If we mess that up even slightly, we crash.
  50
  51 So when we have a secondary entry, already in kernel mode, we *must
  52 not* use SWAPGS blindly - nor must we forget doing a SWAPGS when it's
  53 not switched/swapped yet.
  54
  55 Now, there's a secondary complication: there's a cheap way to test
  56 which mode the CPU is in and an expensive way.
  57
  58 The cheap way is to pick this info off the entry frame on the kernel
  59 stack, from the CS of the ptregs area of the kernel stack:
  60
  61         xorl %ebx,%ebx
  62         testl $3,CS+8(%rsp)
  63         je error_kernelspace
  64         SWAPGS
  65
  66 The expensive (paranoid) way is to read back the MSR_GS_BASE value
  67 (which is what SWAPGS modifies):
  68
  69         movl $1,%ebx
  70         movl $MSR_GS_BASE,%ecx
  71         rdmsr
  72         testl %edx,%edx
  73         js 1f   /* negative -> in kernel */
  74         SWAPGS
  75         xorl %ebx,%ebx
  76 1:      ret
  77
  78 and the whole paranoid non-paranoid macro complexity is about whether
  79 to suffer that RDMSR cost.
  80
  81 If we are at an interrupt or user-trap/gate-alike boundary then we can
  82 use the faster check: the stack will be a reliable indicator of
  83 whether SWAPGS was already done: if we see that we are a secondary
  84 entry interrupting kernel mode execution, then we know that the GS
  85 base has already been switched. If it says that we interrupted
  86 user-space execution then we must do the SWAPGS.
  87
  88 But if we are in an NMI/MCE/DEBUG/whatever super-atomic entry context,
  89 which might have triggered right after a normal entry wrote CS to the
  90 stack but before we executed SWAPGS, then the only safe way to check
  91 for GS is the slower method: the RDMSR.
  92
  93 So we try only to mark those entry methods 'paranoid' that absolutely
  94 need the more expensive check for the GS base - and we generate all
  95 'normal' entry points with the regular (faster) entry macros.