Documentation/x86/buslock.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 .. include:: <isonum.txt>
   4
   5 ===============================
   6 Bus lock detection and handling
   7 ===============================
   8
   9 :Copyright: |copy| 2021 Intel Corporation
  10 :Authors: - Fenghua Yu <fenghua.yu@intel.com>
  11           - Tony Luck <tony.luck@intel.com>
  12
  13 Problem
  14 =======
  15
  16 A split lock is any atomic operation whose operand crosses two cache lines.
  17 Since the operand spans two cache lines and the operation must be atomic,
  18 the system locks the bus while the CPU accesses the two cache lines.
  19
  20 A bus lock is acquired through either split locked access to writeback (WB)
  21 memory or any locked access to non-WB memory. This is typically thousands of
  22 cycles slower than an atomic operation within a cache line. It also disrupts
  23 performance on other cores and brings the whole system to its knees.
  24
  25 Detection
  26 =========
  27
  28 Intel processors may support either or both of the following hardware
  29 mechanisms to detect split locks and bus locks.
  30
  31 #AC exception for split lock detection
  32 --------------------------------------
  33
  34 Beginning with the Tremont Atom CPU split lock operations may raise an
  35 Alignment Check (#AC) exception when a split lock operation is attemped.
  36
  37 #DB exception for bus lock detection
  38 ------------------------------------
  39
  40 Some CPUs have the ability to notify the kernel by an #DB trap after a user
  41 instruction acquires a bus lock and is executed. This allows the kernel to
  42 terminate the application or to enforce throttling.
  43
  44 Software handling
  45 =================
  46
  47 The kernel #AC and #DB handlers handle bus lock based on the kernel
  48 parameter "split_lock_detect". Here is a summary of different options:
  49
  50 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  51 |split_lock_detect=|#AC for split lock          |#DB for bus lock       |
  52 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  53 |off               |Do nothing                  |Do nothing             |
  54 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  55 |warn              |Kernel OOPs                 |Warn once per task and |
  56 |(default)         |Warn once per task and      |and continues to run.  |
  57 |                  |disable future checking     |                       |
  58 |                  |When both features are      |                       |
  59 |                  |supported, warn in #AC      |                       |
  60 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  61 |fatal             |Kernel OOPs                 |Send SIGBUS to user.   |
  62 |                  |Send SIGBUS to user         |                       |
  63 |                  |When both features are      |                       |
  64 |                  |supported, fatal in #AC     |                       |
  65 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  66 |ratelimit:N       |Do nothing                  |Limit bus lock rate to |
  67 |(0 < N <= 1000)   |                            |N bus locks per second |
  68 |                  |                            |system wide and warn on|
  69 |                  |                            |bus locks.             |
  70 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  71
  72 Usages
  73 ======
  74
  75 Detecting and handling bus lock may find usages in various areas:
  76
  77 It is critical for real time system designers who build consolidated real
  78 time systems. These systems run hard real time code on some cores and run
  79 "untrusted" user processes on other cores. The hard real time cannot afford
  80 to have any bus lock from the untrusted processes to hurt real time
  81 performance. To date the designers have been unable to deploy these
  82 solutions as they have no way to prevent the "untrusted" user code from
  83 generating split lock and bus lock to block the hard real time code to
  84 access memory during bus locking.
  85
  86 It's also useful for general computing to prevent guests or user
  87 applications from slowing down the overall system by executing instructions
  88 with bus lock.
  89
  90
  91 Guidance
  92 ========
  93 off
  94 ---
  95
  96 Disable checking for split lock and bus lock. This option can be useful if
  97 there are legacy applications that trigger these events at a low rate so
  98 that mitigation is not needed.
  99
 100 warn
 101 ----
 102
 103 A warning is emitted when a bus lock is detected which allows to identify
 104 the offending application. This is the default behavior.
 105
 106 fatal
 107 -----
 108
 109 In this case, the bus lock is not tolerated and the process is killed.
 110
 111 ratelimit
 112 ---------
 113
 114 A system wide bus lock rate limit N is specified where 0 < N <= 1000. This
 115 allows a bus lock rate up to N bus locks per second. When the bus lock rate
 116 is exceeded then any task which is caught via the buslock #DB exception is
 117 throttled by enforced sleeps until the rate goes under the limit again.
 118
 119 This is an effective mitigation in cases where a minimal impact can be
 120 tolerated, but an eventual Denial of Service attack has to be prevented. It
 121 allows to identify the offending processes and analyze whether they are
 122 malicious or just badly written.
 123
 124 Selecting a rate limit of 1000 allows the bus to be locked for up to about
 125 seven million cycles each second (assuming 7000 cycles for each bus
 126 lock). On a 2 GHz processor that would be about 0.35% system slowdown.