userfaultfd UAPI history
本文盘点 userfaultfd 用户态可见接口的首次合入时间、主线版本、提交和动机。
口径：
- 时间使用 commit date。
- 版本写成 first rc / first final。
- 当前 ABI 定义主要在
include/uapi/linux/userfaultfd.h。 - 文档入口是
Documentation/admin-guide/mm/userfaultfd.rst。
创建与基础协议
| 接口 | 首次版本 / 时间 | commit | 动机 |
|---|---|---|---|
userfaultfd(2) syscall |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 86039bd3b4e6 |
引入 memory externalization：用户态 manager 通过 fd 接管指定 VA range 的缺页处理。 |
read()/poll() + struct uffd_msg / UFFD_EVENT_PAGEFAULT |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | a9b85f9415fd |
把 read 协议改成结构化 uffd_msg，给后续事件和 feature 扩展留 ABI 空间。 |
UFFDIO_API |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1038628d80e9 |
初始化并协商 API、feature bit 和可用 ioctl bitmask。 |
UFFDIO_REGISTER |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1038628d80e9 |
注册一个 VA range，并指定 missing/wp/minor 等跟踪模式。 |
UFFDIO_UNREGISTER |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1038628d80e9 |
注销 range。 |
UFFDIO_WAKE |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1038628d80e9 |
配合 DONTWAKE，允许用户态批量填页后显式唤醒 faulting thread。 |
UFFD_USER_MODE_ONLY |
v5.11-rc1 / v5.11, 2020-12-15 | 37cd0575b851 |
安全收敛：允许创建只能处理 user-mode fault 的 uffd，避免 unprivileged 用户拖住 kernel fault 来扩大漏洞竞态窗口。 |
/dev/userfaultfd + USERFAULTFD_IOC_NEW |
v6.1-rc1 / v6.1, 2022-09-11 | 2d5de004e009 |
更细粒度授权：用文件权限授予 userfaultfd 能力，避免给 QEMU 等进程 CAP_SYS_PTRACE。 |
核心 ioctl
| ioctl | 首次版本 / 时间 | commit | 动机 |
|---|---|---|---|
UFFDIO_COPY |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1f1c6f075904 |
missing fault 时由用户态提供页内容，原子复制到 fault 地址。实际 ioctl 实现同日提交 ad465cae96b4。 |
UFFDIO_ZEROPAGE |
v4.3-rc1 / v4.3, 2015-09-04 | 1f1c6f075904 |
missing fault 时原子映射零页或填零，QEMU postcopy 中用于零页优化。实际 ioctl 实现同日提交 ad465cae96b4。 |
UFFDIO_WRITEPROTECT |
v5.7-rc1 / v5.7, 2020-04-07 | 63b2d4174c4a |
引入 uffd-wp：用户态对 range 做页级写保护，用于变更跟踪和 dirty tracking；同系列正式启用在 e06f1e1dd499。 |
UFFDIO_CONTINUE |
v5.13-rc1 / v5.13, 2021-05-05 | f619147104c8 |
minor fault 的解析接口：底层页已存在，用户态确认或修正内容后让内核继续建立映射。 |
UFFDIO_POISON |
v6.6-rc1 / v6.6, 2023-08-18 | fc71884a5f59 |
VM live migration 时保留 memory poison 语义：目标机遇到 poisoned page 可安装 marker，之后访问直接 SIGBUS。feature/ioctl 广告补充在 f442ab50f5fb。 |
UFFDIO_MOVE |
v6.8-rc1 / v6.8, 2023-12-29 | adef440691ba |
避免 UFFDIO_COPY 的分配和 memcpy，面向 heap compaction/page recycling；提交信息提到 Pixel 6 benchmark 中 compacting thread 完成时间下降 40% 以上，也支持同 VMA 内移动 swapped-out pages 而不触碰内容。 |
事件与 feature 扩展
| feature / event | 首次版本 / 时间 | commit | 动机 |
|---|---|---|---|
UFFD_FEATURE_EVENT_FORK / UFFD_EVENT_FORK |
v4.11-rc1 / v4.11, 2017-02-22 | 893e26e61d04 |
non-cooperative monitor 需要跟踪被监控进程 fork 后的新 uffd context。 |
UFFD_FEATURE_EVENT_REMAP / UFFD_EVENT_REMAP |
v4.11-rc1 / v4.11, 2017-02-22 | 72f87654c696 |
通知 mremap() 导致的 VA 移动。 |
UFFD_FEATURE_EVENT_REMOVE / UFFD_EVENT_REMOVE |
v4.11-rc1 / v4.11, 2017-02-24 | d811914d8757 |
通知 MADV_DONTNEED/MADV_REMOVE，manager 后续 fault 时应 zeromap。原始 madvise event 提交是 05ce77249d50。 |
UFFD_FEATURE_EVENT_UNMAP / UFFD_EVENT_UNMAP |
v4.11-rc1 / v4.11, 2017-02-24 | 897ab3e0c49e |
通知 unmap，避免 manager 对已经消失的 range 继续 UFFDIO_COPY。 |
UFFD_FEATURE_SIGBUS |
v4.14-rc1 / v4.14, 2017-09-06 | 2d6d6f5a09a9 |
不发 pagefault event，直接向 faulting process 发 SIGBUS；典型场景是数据库显式管理 hugetlbfs hole。 |
UFFD_FEATURE_THREAD_ID |
v4.14-rc1 / v4.14, 2017-09-06 | 9d4ac934829a |
在 uffd_msg.pagefault.feat.ptid 返回 faulting thread id，用于 postcopy 迁移停顿统计等。 |
UFFDIO_REGISTER_MODE_MINOR / UFFD_FEATURE_MINOR_HUGETLBFS |
v5.13-rc1 / v5.13, 2021-05-05 | 7677f7fd8be7 |
支持 hugetlbfs minor fault 拦截，live migration 目标端可先运行，按需校验或修正已存在页。 |
UFFD_FEATURE_MINOR_SHMEM |
v5.14-rc1 / v5.14, 2021-06-30 | 964ab0040ff9 |
把 minor fault 支持扩展并广告到 shmem。 |
UFFD_FEATURE_EXACT_ADDRESS |
v5.18-rc1 / v5.18, 2022-03-22 | 824ddc601adc |
返回未 page-align mask 的真实 fault address，方便用户态做对象级 prefetch 决策，同时保持旧行为兼容。 |
UFFD_FEATURE_WP_HUGETLBFS_SHMEM |
v5.19-rc1 / v5.19, 2022-05-13 | b1f9e876862d |
在 shmem/hugetlbfs 上启用 uffd-wp。 |
UFFD_FEATURE_WP_UNPOPULATED |
v6.4-rc1 / v6.4, 2023-04-05 | 2bad466cc9d9 |
允许 anonymous memory 对 none PTE 也建立 uffd-wp marker，QEMU snapshot/dirty tracking 可避免预读和预 fault。 |
UFFD_FEATURE_WP_ASYNC |
v6.7-rc1 / v6.7, 2023-10-18 | d61ea1cb0095 |
异步 dirty tracking：写保护 fault 由内核自动解除并记录，目标是替代或增强 soft-dirty，支持 PAGEMAP_SCAN/GetWriteWatch 类场景。 |
UFFD_FEATURE_MOVE |
v6.8-rc1 / v6.8, 2023-12-29 | adef440691ba |
广告 UFFDIO_MOVE 能力。 |
注意点
UFFDIO_REGISTER_MODE_WP这个宏在 v4.3 初始 uapi 里已有占位，但真正可用的 write-protect API 是 v5.7 的UFFDIO_WRITEPROTECT系列。UFFDIO_COPY和UFFDIO_ZEROPAGE的 uapi 定义提交是1f1c6f075904，真正 ioctl 实现提交是同日的ad465cae96b4。UFFDIO_POISON的结构和 ioctl 首次出现在fc71884a5f59，但加入UFFD_API_FEATURES和 range ioctl 广告是在f442ab50f5fb。UFFDIO_MOVE是页表 remap 语义，不是从任意 userspace buffer memcpy 到 fault 地址；当前约束主要面向 non-shared anonymous pages。
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