Documentation/x86/cpuinfo.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
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   3 =================
   4 x86 Feature Flags
   5 =================
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   7 Introduction
   8 ============
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  10 On x86, flags appearing in /proc/cpuinfo have an X86_FEATURE definition
  11 in arch/x86/include/asm/cpufeatures.h. If the kernel cares about a feature
  12 or KVM want to expose the feature to a KVM guest, it can and should have
  13 an X86_FEATURE_* defined. These flags represent hardware features as
  14 well as software features.
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  16 If users want to know if a feature is available on a given system, they
  17 try to find the flag in /proc/cpuinfo. If a given flag is present, it
  18 means that the kernel supports it and is currently making it available.
  19 If such flag represents a hardware feature, it also means that the
  20 hardware supports it.
  21
  22 If the expected flag does not appear in /proc/cpuinfo, things are murkier.
  23 Users need to find out the reason why the flag is missing and find the way
  24 how to enable it, which is not always easy. There are several factors that
  25 can explain missing flags: the expected feature failed to enable, the feature
  26 is missing in hardware, platform firmware did not enable it, the feature is
  27 disabled at build or run time, an old kernel is in use, or the kernel does
  28 not support the feature and thus has not enabled it. In general, /proc/cpuinfo
  29 shows features which the kernel supports. For a full list of CPUID flags
  30 which the CPU supports, use tools/arch/x86/kcpuid.
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  32 How are feature flags created?
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  35 a: Feature flags can be derived from the contents of CPUID leaves.
  36 ------------------------------------------------------------------
  37 These feature definitions are organized mirroring the layout of CPUID
  38 leaves and grouped in words with offsets as mapped in enum cpuid_leafs
  39 in cpufeatures.h (see arch/x86/include/asm/cpufeatures.h for details).
  40 If a feature is defined with a X86_FEATURE_<name> definition in
  41 cpufeatures.h, and if it is detected at run time, the flags will be
  42 displayed accordingly in /proc/cpuinfo. For example, the flag "avx2"
  43 comes from X86_FEATURE_AVX2 in cpufeatures.h.
  44
  45 b: Flags can be from scattered CPUID-based features.
  46 ----------------------------------------------------
  47 Hardware features enumerated in sparsely populated CPUID leaves get
  48 software-defined values. Still, CPUID needs to be queried to determine
  49 if a given feature is present. This is done in init_scattered_cpuid_features().
  50 For instance, X86_FEATURE_CQM_LLC is defined as 11*32 + 0 and its presence is
  51 checked at runtime in the respective CPUID leaf [EAX=f, ECX=0] bit EDX[1].
  52
  53 The intent of scattering CPUID leaves is to not bloat struct
  54 cpuinfo_x86.x86_capability[] unnecessarily. For instance, the CPUID leaf
  55 [EAX=7, ECX=0] has 30 features and is dense, but the CPUID leaf [EAX=7, EAX=1]
  56 has only one feature and would waste 31 bits of space in the x86_capability[]
  57 array. Since there is a struct cpuinfo_x86 for each possible CPU, the wasted
  58 memory is not trivial.
  59
  60 c: Flags can be created synthetically under certain conditions for hardware features.
  61 -------------------------------------------------------------------------------------
  62 Examples of conditions include whether certain features are present in
  63 MSR_IA32_CORE_CAPS or specific CPU models are identified. If the needed
  64 conditions are met, the features are enabled by the set_cpu_cap or
  65 setup_force_cpu_cap macros. For example, if bit 5 is set in MSR_IA32_CORE_CAPS,
  66 the feature X86_FEATURE_SPLIT_LOCK_DETECT will be enabled and
  67 "split_lock_detect" will be displayed. The flag "ring3mwait" will be
  68 displayed only when running on INTEL_FAM6_XEON_PHI_[KNL|KNM] processors.
  69
  70 d: Flags can represent purely software features.
  71 ------------------------------------------------
  72 These flags do not represent hardware features. Instead, they represent a
  73 software feature implemented in the kernel. For example, Kernel Page Table
  74 Isolation is purely software feature and its feature flag X86_FEATURE_PTI is
  75 also defined in cpufeatures.h.
  76
  77 Naming of Flags
  78 ===============
  79
  80 The script arch/x86/kernel/cpu/mkcapflags.sh processes the
  81 #define X86_FEATURE_<name> from cpufeatures.h and generates the
  82 x86_cap/bug_flags[] arrays in kernel/cpu/capflags.c. The names in the
  83 resulting x86_cap/bug_flags[] are used to populate /proc/cpuinfo. The naming
  84 of flags in the x86_cap/bug_flags[] are as follows:
  85
  86 a: The name of the flag is from the string in X86_FEATURE_<name> by default.
  87 ----------------------------------------------------------------------------
  88 By default, the flag <name> in /proc/cpuinfo is extracted from the respective
  89 X86_FEATURE_<name> in cpufeatures.h. For example, the flag "avx2" is from
  90 X86_FEATURE_AVX2.
  91
  92 b: The naming can be overridden.
  93 --------------------------------
  94 If the comment on the line for the #define X86_FEATURE_* starts with a
  95 double-quote character (""), the string inside the double-quote characters
  96 will be the name of the flags. For example, the flag "sse4_1" comes from
  97 the comment "sse4_1" following the X86_FEATURE_XMM4_1 definition.
  98
  99 There are situations in which overriding the displayed name of the flag is
 100 needed. For instance, /proc/cpuinfo is a userspace interface and must remain
 101 constant. If, for some reason, the naming of X86_FEATURE_<name> changes, one
 102 shall override the new naming with the name already used in /proc/cpuinfo.
 103
 104 c: The naming override can be "", which means it will not appear in /proc/cpuinfo.
 105 ----------------------------------------------------------------------------------
 106 The feature shall be omitted from /proc/cpuinfo if it does not make sense for
 107 the feature to be exposed to userspace. For example, X86_FEATURE_ALWAYS is
 108 defined in cpufeatures.h but that flag is an internal kernel feature used
 109 in the alternative runtime patching functionality. So, its name is overridden
 110 with "". Its flag will not appear in /proc/cpuinfo.
 111
 112 Flags are missing when one or more of these happen
 113 ==================================================
 114
 115 a: The hardware does not enumerate support for it.
 116 --------------------------------------------------
 117 For example, when a new kernel is running on old hardware or the feature is
 118 not enabled by boot firmware. Even if the hardware is new, there might be a
 119 problem enabling the feature at run time, the flag will not be displayed.
 120
 121 b: The kernel does not know about the flag.
 122 -------------------------------------------
 123 For example, when an old kernel is running on new hardware.
 124
 125 c: The kernel disabled support for it at compile-time.
 126 ------------------------------------------------------
 127 For example, if 5-level-paging is not enabled when building (i.e.,
 128 CONFIG_X86_5LEVEL is not selected) the flag "la57" will not show up [#f1]_.
 129 Even though the feature will still be detected via CPUID, the kernel disables
 130 it by clearing via setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_LA57).
 131
 132 d: The feature is disabled at boot-time.
 133 ----------------------------------------
 134 A feature can be disabled either using a command-line parameter or because
 135 it failed to be enabled. The command-line parameter clearcpuid= can be used
 136 to disable features using the feature number as defined in
 137 /arch/x86/include/asm/cpufeatures.h. For instance, User Mode Instruction
 138 Protection can be disabled using clearcpuid=514. The number 514 is calculated
 139 from #define X86_FEATURE_UMIP (16*32 + 2).
 140
 141 In addition, there exists a variety of custom command-line parameters that
 142 disable specific features. The list of parameters includes, but is not limited
 143 to, nofsgsbase, nosmap, and nosmep. 5-level paging can also be disabled using
 144 "no5lvl". SMAP and SMEP are disabled with the aforementioned parameters,
 145 respectively.
 146
 147 e: The feature was known to be non-functional.
 148 ----------------------------------------------
 149 The feature was known to be non-functional because a dependency was
 150 missing at runtime. For example, AVX flags will not show up if XSAVE feature
 151 is disabled since they depend on XSAVE feature. Another example would be broken
 152 CPUs and them missing microcode patches. Due to that, the kernel decides not to
 153 enable a feature.
 154
 155 .. [#f1] 5-level paging uses linear address of 57 bits.