uprobe: Add uretprobe syscall to speed up return probe
authorJiri Olsa <jolsa@kernel.org>
Tue, 11 Jun 2024 23:44:28 +0000 (08:44 +0900)
committerMasami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
Tue, 11 Jun 2024 23:44:28 +0000 (08:44 +0900)
commitff474a78cef5cb5f32be52fe25b78441327a2e7c
treec2320aabb257bd62e8d33f8c4e0ae1e516407743
parent190fec72df4a5d4d98b1e783c333f471e5e5f344
uprobe: Add uretprobe syscall to speed up return probe

Adding uretprobe syscall instead of trap to speed up return probe.

At the moment the uretprobe setup/path is:

  - install entry uprobe

  - when the uprobe is hit, it overwrites probed function's return address
    on stack with address of the trampoline that contains breakpoint
    instruction

  - the breakpoint trap code handles the uretprobe consumers execution and
    jumps back to original return address

This patch replaces the above trampoline's breakpoint instruction with new
ureprobe syscall call. This syscall does exactly the same job as the trap
with some more extra work:

  - syscall trampoline must save original value for rax/r11/rcx registers
    on stack - rax is set to syscall number and r11/rcx are changed and
    used by syscall instruction

  - the syscall code reads the original values of those registers and
    restore those values in task's pt_regs area

  - only caller from trampoline exposed in '[uprobes]' is allowed,
    the process will receive SIGILL signal otherwise

Even with some extra work, using the uretprobes syscall shows speed
improvement (compared to using standard breakpoint):

  On Intel (11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-1165G7 @ 2.80GHz)

  current:
    uretprobe-nop  :    1.498 ± 0.000M/s
    uretprobe-push :    1.448 ± 0.001M/s
    uretprobe-ret  :    0.816 ± 0.001M/s

  with the fix:
    uretprobe-nop  :    1.969 ± 0.002M/s  < 31% speed up
    uretprobe-push :    1.910 ± 0.000M/s  < 31% speed up
    uretprobe-ret  :    0.934 ± 0.000M/s  < 14% speed up

  On Amd (AMD Ryzen 7 5700U)

  current:
    uretprobe-nop  :    0.778 ± 0.001M/s
    uretprobe-push :    0.744 ± 0.001M/s
    uretprobe-ret  :    0.540 ± 0.001M/s

  with the fix:
    uretprobe-nop  :    0.860 ± 0.001M/s  < 10% speed up
    uretprobe-push :    0.818 ± 0.001M/s  < 10% speed up
    uretprobe-ret  :    0.578 ± 0.000M/s  <  7% speed up

The performance test spawns a thread that runs loop which triggers
uprobe with attached bpf program that increments the counter that
gets printed in results above.

The uprobe (and uretprobe) kind is determined by which instruction
is being patched with breakpoint instruction. That's also important
for uretprobes, because uprobe is installed for each uretprobe.

The performance test is part of bpf selftests:
  tools/testing/selftests/bpf/run_bench_uprobes.sh

Note at the moment uretprobe syscall is supported only for native
64-bit process, compat process still uses standard breakpoint.

Note that when shadow stack is enabled the uretprobe syscall returns
via iret, which is slower than return via sysret, but won't cause the
shadow stack violation.

Link: https://lore.kernel.org/all/20240611112158.40795-4-jolsa@kernel.org/
Suggested-by: Andrii Nakryiko <andrii@kernel.org>
Reviewed-by: Oleg Nesterov <oleg@redhat.com>
Reviewed-by: Masami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
Acked-by: Andrii Nakryiko <andrii@kernel.org>
Signed-off-by: Oleg Nesterov <oleg@redhat.com>
Signed-off-by: Jiri Olsa <jolsa@kernel.org>
Signed-off-by: Masami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
arch/x86/include/asm/shstk.h
arch/x86/kernel/shstk.c
arch/x86/kernel/uprobes.c
include/linux/uprobes.h
kernel/events/uprobes.c