Linux 5.15 Arm64中cpu_switch_to设置sp_el0为task_struct基址的疑问

我阅读了Linux 5.15中arch/arm64/kernel/entry.S文件里的如下代码：

/*
 * Register switch for AArch64. The callee-saved registers need to be saved
 * and restored. On entry:
 *   x0 = previous task_struct (must be preserved across the switch)
 *   x1 = next task_struct
 * Previous and next are guaranteed not to be the same.
 *
 */
SYM_FUNC_START(cpu_switch_to)
    mov x10, #THREAD_CPU_CONTEXT // x10 = offsetof(struct task_struct, thread.cpu_context)
    add x8, x0, x10 // x8 = previous cpu_context address
    mov x9, sp 
    stp x19, x20, [x8], #16     // store callee-saved registers
    stp x21, x22, [x8], #16     
    stp x23, x24, [x8], #16
    stp x25, x26, [x8], #16
    stp x27, x28, [x8], #16
    stp x29, x9, [x8], #16  
    str lr, [x8]
    add x8, x1, x10 
    ldp x19, x20, [x8], #16     // restore callee-saved registers
    ldp x21, x22, [x8], #16
    ldp x23, x24, [x8], #16
    ldp x25, x26, [x8], #16
    ldp x27, x28, [x8], #16
    ldp x29, x9, [x8], #16 
    ldr lr, [x8] 
    mov sp, x9                     // <============================= confused
    msr sp_el0, x1                 // <============================= confused
    ptrauth_keys_install_kernel x1, x8, x9, x10
    scs_save x0 // save the scs_sp
    scs_load_current
    ret
SYM_FUNC_END(cpu_switch_to)
NOKPROBE(cpu_switch_to)

我对代码中sp和sp_el0的赋值操作存在疑问（已在代码中标注）。我的理解是，内核模式下sp对应sp_el1，因此这段代码是将内核栈指针赋值给sp_el1，将task_struct的基址赋值给sp_el0？但我认为进程切换发生后，sp_el0应该恢复为正确的用户空间栈顶地址，而非结构体基址。

我了解这是一种利用sp_el0存储当前task_struct基址的设计，但该设计应该仅在内核模式下生效。当cpu_switch_to执行后，CPU很快会切换到用户模式，此时sp_el0需要恢复为正确的用户栈顶地址，对此我存在困惑。

问题解答 #

• mov sp, x9的作用
  内核模式下确实使用sp_el1作为栈指针，这里的x9是从next任务的cpu_context中加载出的内核栈指针值。每个进程都有独立的内核栈，切换任务时必须切换到对应任务的内核栈，所以这条指令就是完成这个核心操作，保证后续内核代码在新任务的内核栈上执行。

• msr sp_el0, x1的设计与用户栈恢复逻辑
  你说的没错，arm64 Linux确实用sp_el0在内核态存储当前task_struct的地址——这是个高效的设计：内核态下sp_el0没有用处（用户栈指针只在用户态生效），用它存task_struct基址可以节省通用寄存器资源。

  至于用户态sp_el0的恢复，你需要明确：cpu_switch_to只负责内核上下文的切换，用户态的寄存器（包括用户栈指针）是存在任务的cpu_context结构体里，但不会在这里恢复。当内核准备返回用户态时（比如系统调用返回、中断处理完成），会从当前task_struct的cpu_context中加载用户态的sp_el0、pc等寄存器值，然后执行eret指令回到用户态，此时sp_el0就会被正确覆盖为用户栈的地址。

  简单来说，cpu_switch_to里给sp_el0赋值只是内核态的临时用法，等真正要回到用户态时，这个值会被任务保存的用户栈指针替换，完全不影响用户态的正常执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Thysrael