V p°edchozφm Φφsle Linuxov²ch novin byla uve°ejn∞na zprßva o tom, ╛e byla objevena novß chyba v procesorech Intel Pentium. Tato chyba umo╛≥uje b∞╛nΘmu u╛ivateli zablokovat procesor tak, ╛e je nutno provΘst studen² start poΦφtaΦe. TΘto chyb∞ se zaΦalo °φkat "F00F bug" podle hodnoty prvnφch dvou bajt∙ chybnΘ instrukce.

Dnes je situace podstatn∞ lep╣φ. Existuje zp∙sob, jak softwarov∞ danou chybu odstφnit. Stojφ za pov╣imnutφ, ╛e k dne╣nφmu dni (21. listopadu 1997) byla podle strßnky spoleΦnosti Intel http://support.intel.com/support/processors/pentium/ppiie/software.htm k dispozici softwarovß zßplata pouze pro Linux a BSDI. (Hovo°φm zde o systΘmech s jejich╛ v²vojß°i Intel spolupracoval. Z ostatnφch systΘm∙ mß softwarovou zßplatu na tuto chybu nap°φklad FreeBSD. Na uvedenΘ strßnce jsou zmi≥ovßny tyto systΘmy nebo tito v²robci: BSDI, IBM, Linux, Microsoft, NCR, Novell, SCO, Sequent, SunSoft a Unisys.) Ostatnφ systΘmy vΦetn∞ nap°φklad Solarisu a SCO UNIXu majφ p°φslu╣nou zßplatu pouze "ve stßdiu v²voje" nebo "test∙".

Je zajφmavΘ, co se zde pφ╣e o operaΦnφch systΘmech Microsoftu:

"Microsoft has worked closely with Intel to understand and characterize the effects of the recently uncovered Pentium processor erratum, and we're in the process of studying the implementation of potential workarounds in order to meet the needs of our customers," said Moshe Dunie Vice-President Windows Operating Systems Division at Microsoft. "Since this erratum can only be exploited by a program that was developed with malicious intent and deliberately uses this illegal instruction, following common-sense computing practices, such as not downloading or running executables from unknown sources, can protect a user from this problem." "Microsoft a Intel t∞sn∞ spolupracovali ve snaze pochopit nedßvno odhalenou chybu procesoru Pentium a urΦit jejφ dopad. Prßv∞ te∩ studujeme r∙znΘ mo╛nosti jak chybu obejφt, abychom co nejlΘpe vy╣li vst°φc pot°ebßm na╣ich zßkaznφk∙", °ekl Moshe Dunie, viceprezident divize Windows Operating Systems ve firm∞ Microsoft. "Vzhledem k tomu, ╛e tato chyba m∙╛e b²t vyu╛ita pouze programem, kter² byl napsßn se zl²m ·myslem a zßm∞rn∞ pou╛φvß tuto nedovolenou instrukci, staΦφ k ochran∞ u╛ivatel∙ p°ed tφmto problΘmem chovat se podle zdravΘho rozumu, t°eba nestahovat a nespou╣t∞t programy z neznßm²ch zdroj∙."

Tedy Microsoft se z°ejm∞ vzdal my╣lenky na to, ╛e by jeho operaΦnφ systΘmy mohly b²t n∞kdy nasazeny ve vφceu╛ivatelskΘm prost°edφ.

Nynφ se budu v∞novat mechanismu, jak²m chybnß instrukce pravd∞podobn∞ pracuje a navrhovan²m softwarov²m °e╣enφm. Samoz°ejm∞ nenφ v silßch jednoho Φlov∞ka pochopit mili≤ny tranzistor∙ v Pentiu, ale z chovßnφ CPU p°i tΘto chyb∞ lze leccos odpozorovat. PopisovanΘ mechanismy se tedy sna╛φ odhadnout, co se v CPU p°ibli╛n∞ d∞je p°i v²skytu tΘto instrukce. Nekladu si ╛ßdnΘ nßroky na sprßvnost nφ╛e uveden²ch mechanism∙, nicmΘn∞ s jejich vyu╛itφm se poda°ilo chybu izolovat a odstφnit.

Inkriminovanou instrukci s operaΦnφm k≤dem f0 0f c7 by bylo mo╛nΘ zapsat jako lock cmpxchg8b s adresovacφm m≤dem, kter² nenφ pro tuto instrukci platn². Tato instrukce je "tΘm∞° legßlnφ". Co to znamenß? Na to, ╛e jde o neplatnou instrukci, a ╛e by se tedy m∞la vyvolat p°φslu╣nß v²jimka, procesor p°ijde a╛ pom∞rn∞ pozd∞, kdy╛ u╛ je provßd∞nφ instrukce uvnit° CPU v pokroΦilΘm stavu. Tento stav se vyznaΦuje tφm, ╛e procesor u╛ zamknul datovou sb∞rnici, jak mu p°ikazuje instrukΦnφ prefix lock. A zde prßv∞ nastßvß problΘm. Procesor zjistφ, ╛e instrukce je neplatnß, a chce vyvolat p°φslu╣nΘ p°eru╣enφ. Toto v prvnφ °ad∞ znamenß podφvat se do tabulky p°eru╣enφ (IDT, Interrupt Description Table), na kterΘ adrese zaΦφnß obsluha p°eru╣enφ "neplatnß instrukce". Pokus o p°φstup k IDT ale sel╛e, proto╛e CPU mß zamΦenou sb∞rnici! N∞kde v tomto mφst∞ se procesor zastavφ.

Jak takovouto chybu o╣et°it? K p°φstupu na sb∞rnici nedochßzφ, pokud se p°φslu╣nß Φßst IDT prßv∞ nachßzφ v primßrnφ cache procesoru. Prvnφ a nejstar╣φ softwarovΘ zßplaty na tuto chybu fungovaly tak, ╛e zajistily, aby se v cache objevil ovladaΦ pro obsluhu v²jimky "neplatnß instrukce" (nap°φklad vykonßnφm n∞jakΘ skuteΦn∞ neplatnΘ instrukce), a pak zamkly obsah cache. Toto fungovalo, ale v²kon procesoru bez primßrnφ cache klesl a╛ n∞kam k pr∙m∞rn²m procesor∙m 486.

Pozd∞j╣φ ·pravy vyu╛φvaly toho, ╛e jinΘ v²jimky majφ obsluhu zamΦenΘ sb∞rnice vy°e╣eny lΘpe ne╛ v²jimka "neplatnß instrukce". Pokud se nap°φklad strßnka IDT, ve kterΘ byl vektor p°eru╣enφ "neplatnß instrukce", nenachßzφ v operaΦnφ pam∞ti, Pentium toto rozpoznß a vyvolß v²jimku Φφslo 8 - "dvojit² v²padek" (double fault). Jak tohoto ale dosßhnout? StaΦφ zarovnat zaΦßtek IDT tak, aby prvnφch sedm polo╛ek IDT (pro v²jimky 0 a╛ 6, p°iΦem╛ "neplatnß instrukce" mß Φφslo 6) bylo v jednΘ strßnce a ostatnφ byly v nßsledujφcφ strßnce pam∞ti. Tedy aby tabulka IDT zaΦφnala t∞sn∞ p°ed koncem strßnky. Dßle je nutno upravit obsluhu v²jimky Φφslo 8 tak, aby byla schopna analyzovat situaci a p°φpadn∞ zavolat v²jimky Φφslo 0 a╛ 6. A poslednφ v∞c je oznaΦit prvnφ strßnku IDT jako neplatnou.

V p°φpad∞ pokusu o vykonßnφ neplatnΘ instrukce se tedy zavolß v²jimka Φφslo 8 "dvojit² v²padek", kterß pak zp∞tn∞ zjistφ o co jde a zavolß p°φslu╣nou v²jimku z intervalu 0 a╛ 6. Toto m∙╛e ud∞lat dv∞ma zp∙soby. Bu∩to zjistφ p°φslu╣nou informaci z chybovΘho slova a pak zavolß p°φslu╣nou obsluhu jako funkci (co╛ byl zp∙sob, jak²m byla situace °e╣ena v Linuxu) nebo se prvnφ strßnka IDT namapuje do pam∞ti a danß instrukce se restartuje (samoz°ejm∞ a╛ po kontrole, jestli nßhodou ne╣lo o instrukci f0 0f c7 cx. Toto byl zp∙sob, jak²m doporuΦoval chybu izolovat Intel. Prvnφ zp∙sob m∞l problΘmy s obsluhou specißlnφch p°φpad∙, jako je nap°φklad ladφcφ bod na mφst∞ neplatnΘ instrukce a podobn∞. Ladφcφ a krokovacφ funkce zde nefungovaly ·pln∞ korektn∞. Naproti tomu druh² zp∙sob (navrhovan² Intelem) m∞l problΘmy se samomodifikujφcφm se k≤dem (nap°φklad na SMP stroji - dojde k p°eru╣enφ, namapuje se IDT, ale n∞kdo jin² zm∞nφ zatφm instrukci, na kterΘ do╣lo k p°eru╣enφ na f0 0f c7 cx. Restartuje se instrukce, ale IDT je namapovanß a procesor se zablokuje). Linus Torvalds napsal na linux-kernel

Charles is right about the problems, although they don't actually apply to the current Linux version of the patch. They _do_ apply to the intel one, exactly because the intel one tries to be more clever, and fails in subtle ways. Co se t²Φe t∞chto problΘm∙, mß Charles pravdu, aΦkoli se vlastn∞ nevztahujφ k souΦasnΘ LinuxovΘ verzi toho patche. Vztahujφ se ale k IntelovskΘ verzi, prßv∞ proto, ╛e ten jejich patch se sna╛φ b²t chyt°ej╣φ a nezvlßdß to. Linus Torvalds

Obslou╛enφ chyby F00F jednφm ze dvou v²╣e popsan²ch zp∙sob∙ stßlo p°ibli╛n∞ 55 takt∙ p°i vyvolßnφ kterΘkoli z v²jimek 0 a╛ 6. Zßplaty provedenΘ tφmto zp∙sobem se objevily v Linuxu 2.0.32 (vlastn∞ ji╛ v pre-2.0.32-4) a 2.1.63.

Jak je vid∞t, odstran∞nφ takovΘto chyby popisovan²m zp∙sobem nebylo nijak trivißlnφ. Na╣t∞stφ Linus ve spoluprßci s Intelem vymyslel je╣t∞ lep╣φ mechanismus odstφn∞nφ chyby. V CPU se toti╛ v pr∙b∞hu vyvolßnφ v²jimky pro neplatnou instrukci nejen neresetuje zamΦenφ sb∞rnice, ale takΘ nßsledujφcφ p°φstup do pam∞ti se provßdφ jako read-write p°esn∞ tak, jak by jej provßd∞la skuteΦnß instrukce lock cmpxchg8b. Tak╛e pokud je IDT namapovßna pouze pro Φtenφ, dojde k zavolßnφ v²jimky "poru╣enφ ochrany pam∞ti". P°φslu╣nß obslu╛nß rutina pak zjistφ, ╛e byl proveden pokus o zßpis do IDT na polo╛ku Φφslo 6 a detekuje tak jednoznaΦn∞ pokus o zneu╛itφ chyby F00F.

The new workaround actually depends on the Intel bug not only forgetting to clear the "lock" state of the instruction, it also forgets to clear the fact that the instruction tries to do a read-modify-write cycle. So it will not only do the IDT access as a locked cycle, it will do it as a locked cycle that requires write permissions. Novß zßplata vlastn∞ zßvisφ na chyb∞ Intelu, kterß nejen╛e zapomene zru╣it "lock" stav instrukce, ale takΘ zapomene zm∞nit informaci o tom, ╛e se instrukce pokou╣φ p°istoupit do pam∞ti zp∙sobem Φti-modifikuj-zapi╣. Tak╛e procesor nejen╛e vykonß p°φstup k IDT se zamΦenou sb∞rnicφ, ale je vykonßn zamΦen² p°φstup vy╛adujφcφ navφc prßvo zßpisu. Linus Torvalds

Tφmto zp∙sobem se kompletn∞ odstφnφ chyba F00F a navφc tato zßplata nemß ╛ßdn² vliv na v²kon systΘmu (na rozdφl od p°edchozφch °e╣enφ). V souΦasnΘ dob∞ je k dispozici zßplata na jßdro 2.0.32 i 2.1.x, vyu╛φvajφcφ tohoto mechanismu.

OperaΦnφ systΘm Linux byl jednφm z prvnφch, kterΘ m∞ly k dispozici zßplatu na hardwarovou chybu Pentia. Tato chyba pro souΦasn² Linux ji╛ nep°edstavuje ╛ßdnΘ nebezpeΦφ.