Documentation/arch/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 attempted.
  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, add a   |and continues to run.  |
  57 |                  |delay, add synchronization  |                       |
  58 |                  |to prevent more than one    |                       |
  59 |                  |core from executing a       |                       |
  60 |                  |split lock in parallel.     |                       |
  61 |                  |sysctl split_lock_mitigate  |                       |
  62 |                  |can be used to avoid the    |                       |
  63 |                  |delay and synchronization   |                       |
  64 |                  |When both features are      |                       |
  65 |                  |supported, warn in #AC      |                       |
  66 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  67 |fatal             |Kernel OOPs                 |Send SIGBUS to user.   |
  68 |                  |Send SIGBUS to user         |                       |
  69 |                  |When both features are      |                       |
  70 |                  |supported, fatal in #AC     |                       |
  71 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  72 |ratelimit:N       |Do nothing                  |Limit bus lock rate to |
  73 |(0 < N <= 1000)   |                            |N bus locks per second |
  74 |                  |                            |system wide and warn on|
  75 |                  |                            |bus locks.             |
  76 +------------------+----------------------------+-----------------------+
  77
  78 Usages
  79 ======
  80
  81 Detecting and handling bus lock may find usages in various areas:
  82
  83 It is critical for real time system designers who build consolidated real
  84 time systems. These systems run hard real time code on some cores and run
  85 "untrusted" user processes on other cores. The hard real time cannot afford
  86 to have any bus lock from the untrusted processes to hurt real time
  87 performance. To date the designers have been unable to deploy these
  88 solutions as they have no way to prevent the "untrusted" user code from
  89 generating split lock and bus lock to block the hard real time code to
  90 access memory during bus locking.
  91
  92 It's also useful for general computing to prevent guests or user
  93 applications from slowing down the overall system by executing instructions
  94 with bus lock.
  95
  96
  97 Guidance
  98 ========
  99 off
 100 ---
 101
 102 Disable checking for split lock and bus lock. This option can be useful if
 103 there are legacy applications that trigger these events at a low rate so
 104 that mitigation is not needed.
 105
 106 warn
 107 ----
 108
 109 A warning is emitted when a bus lock is detected which allows to identify
 110 the offending application. This is the default behavior.
 111
 112 fatal
 113 -----
 114
 115 In this case, the bus lock is not tolerated and the process is killed.
 116
 117 ratelimit
 118 ---------
 119
 120 A system wide bus lock rate limit N is specified where 0 < N <= 1000. This
 121 allows a bus lock rate up to N bus locks per second. When the bus lock rate
 122 is exceeded then any task which is caught via the buslock #DB exception is
 123 throttled by enforced sleeps until the rate goes under the limit again.
 124
 125 This is an effective mitigation in cases where a minimal impact can be
 126 tolerated, but an eventual Denial of Service attack has to be prevented. It
 127 allows to identify the offending processes and analyze whether they are
 128 malicious or just badly written.
 129
 130 Selecting a rate limit of 1000 allows the bus to be locked for up to about
 131 seven million cycles each second (assuming 7000 cycles for each bus
 132 lock). On a 2 GHz processor that would be about 0.35% system slowdown.