ZeRO и No-FAT: аппаратная защита памяти без потери производительности

ZeRO и No-FAT: аппаратная защита памяти без потери производительности

ZeRO и No-FAT: аппаратная защита памяти без потери производительности

Исследователи из Колумбийского университета предложили два новаторских способа обеспечения безопасности по памяти аппаратными средствами. Оба метода можно реализовать, слегка изменив микроархитектуру. Тестирование показало, что при подходе No-FAT снижение производительности незначительно — около 8%; в случае ZeRØ потери равны нулю.

Безопасность доступа к памяти — давняя проблема, о которой каждый раз вспоминают при появлении серьезных угроз. За сорок лет было предложено множество различных решений, но они либо плохо работали, либо требовали жертв. Меры противодействия эксплойту Spectre и Meltdown, например, повлекли падение производительности — в среднем на 20%, в отдельных случаях в два раза. Кроме того, с появлением новых угроз используемая защита может потерять свою эффективность, и специалистам придется искать альтернативные решения.

Согласно описанию ZeRØ (PDF), этот механизм позволяет обеспечить защиту кода и указателей системы, притом без поражения в производительности. Его реализация предполагает замену инструкций обращения к памяти и схемы кодирования метаданных — по словам авторов проекта, эти изменения можно привнести в современные процессоры без особого труда. Университетские исследователи предлагают использовать ZeRØ в дополнение к средствам противодействия атакам на память.

 

Техника No-FAT (PDF) была разработана с прицелом на снижение потребления ресурсов при проверках безопасности по памяти. С этой целью авторы исследования предложили использовать группировку распределителей памяти (memory allocator binning) — набрающий популярность метод, который позволяет ускорить вычисление начального адреса и размера участка памяти, выделенного под указатель, притом выполнять это во время доступа к данным.

Применение No-FAT, по словам разработчиков, снимает многие проблемы, свойственные традиционным подходам, — такие как совместимость с незащищенным софтом и заметное падение производительности. Прогон тестов SPEC CPU2017 показал, что при новом способе защиты памяти быстродействие снижается примерно на 8%.

Среди прочих достоинств создатели No-FAT особо отметили надежную защиту от некоторых видов Spectre-атак. Их метод также позволяет значительно ускорить фаззинг при поиске уязвимостей, автоматическую очистку памяти, улучшить предсказуемость предвыборки данных и работы контроллеров DRAM.

 

Финансирование проектов ZeRØ и No-FAT частично осуществлялось за счет грантов, полученных от ВМС и ВВС США, а также целевой дотации Qualcomm. Спецподразделение ВВС уже работает над созданием чипов с новой встроенной защитой.

Торвальдс подтвердил: Linux Kernel 7.0 почти готов и ускорит игры

Релизы ядра Linux долгое время интересовали в основном серверных администраторов и энтузиастов. Но с ростом популярности Steam Deck, SteamOS и игровых компьютеров на Linux ситуация меняется. И грядущий Linux Kernel 7.0 как раз из тех обновлений, на которые стоит обратить внимание не только серверщикам.

Как сообщает Phoronix, новая версия ядра принесёт целый набор улучшений производительности.

Большая часть изменений по-прежнему ориентирована на серверные нагрузки, но есть и новшества, которые потенциально улучшат отзывчивость системы и игровой опыт.

Самой интересной функцией называют TIP Time Slice Extension. Она позволяет приложению временно попросить у планировщика ядра немного дополнительного процессорного времени, если в данный момент выполняется критически важная задача.

Проще говоря, если игра или аудиоприложение понимает, что его вот-вот «прервут» в самый неподходящий момент, оно может вежливо попросить: «подожди секунду, я почти закончил». В теории это должно привести к более плавной работе тяжёлых приложений, снижению фризов и, возможно, к улучшению 1% low FPS в играх. Практику, правда, покажут только реальные тесты.

Ещё одно важное изменение — новый механизм управления памятью под названием sheaves. Формально он рассчитан на серверы, но может быть полезен и на десктопах.

Многие ресурсоёмкие приложения и игры постоянно выделяют и освобождают память, что иногда приводит к скачкам задержек при высокой нагрузке на CPU. Оптимизации sheaves потенциально помогут сгладить такие пики и сделать поведение системы более стабильным.

Для серверных сценариев в Linux Kernel 7.0 тоже много интересного:

  • Open Tree Namespace ускоряет создание контейнеров в Docker, Kubernetes и микросервисах;
  • улучшения в IO_uring и zero-copy networking снижают нагрузку на CPU при высоких скоростях сети (10 Гбит/с и выше);
  • дополнительная настройка планировщика помогает веб- и базам данных ровнее переживать пиковые нагрузки.

Если всё пойдёт по плану, Ubuntu 26 LTS может получить новое ядро уже в апреле. Примерно в те же сроки ожидается Fedora 44.

Ну и да — в Linux Kernel 7.0 наконец-то можно будет менять логотип Tux при загрузке. Мелочь, а приятно.

RSS: Новости на портале Anti-Malware.ru