关于关闭 x86 CPU 漏洞修补以获取性能提升的讨论

起因：我的笔记本漏洞修补后 I/O 性能下降接近 4 倍！！（测试数据在下面）导致虚拟机（ KVM ）卡顿、VIM 偶尔卡住、编译性能下降等等

发行版：Ubuntu 16.04 LTS

CPU：Intel(R) Core(TM) i7-7500U CPU @ 2.70GHz

我听到风声，立刻在未打补丁的内核上进行的 IO 性能测试

测试方法是

time dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1 count=100000000

大致就相当于疯狂的执行 100000000x2 次系统调用，结果是

记录了 100000000+0 的读入
记录了 100000000+0 的写出
100000000 bytes (100 MB, 95 MiB) copied, 19.3005 s, 5.2 MB/s

real	0m19.303s
user	0m4.728s
sys	0m14.572s

升级到 4.10.x 内核后，测试结果惨不忍睹

记录了 100000000+0 的读入
记录了 100000000+0 的写出
100000000 bytes (100 MB, 95 MiB) copied, 73.8429 s, 1.4 MB/s

real	1m13.846s
user	0m30.031s
sys	0m43.879s

我通过向内核命令行传入 nopti 参数，关闭 KPTI （内核页表隔离），禁用了修补，成功使性能还原

我自以为万事大吉了，可是万万没想到啊，前几天升级了 4.13.x 内核，速度又卡出翔啊，退回 4.10.x 内核一切正常

今天想到了测试了下，测试和之前一样了 1m14s ！！！

但是 PTI 确实被禁用了（内核日志明确指出），我随后找到了这个 https://github.com/speed47/spectre-meltdown-checker

在 4.10.x 内核（禁用 PTI ）测试结果如下

CVE-2017-5753 [bounds check bypass] aka 'Spectre Variant 1'
* Kernel has array_index_mask_nospec:  NO 
* Checking count of LFENCE instructions following a jump in kernel:  NO  (only 5 jump-then-lfence instructions found, should be >= 30 (heuristic))
> STATUS:  VULNERABLE  (Kernel source needs to be patched to mitigate the vulnerability)

CVE-2017-5715 [branch target injection] aka 'Spectre Variant 2'
* Mitigation 1
  * Kernel is compiled with IBRS/IBPB support:  NO 
  * Currently enabled features
    * IBRS enabled for Kernel space:  NO 
    * IBRS enabled for User space:  NO 
    * IBPB enabled:  NO 
* Mitigation 2
  * Kernel compiled with retpoline option:  NO 
  * Kernel compiled with a retpoline-aware compiler:  NO 
  * Retpoline enabled:  NO 
> STATUS:  VULNERABLE  (IBRS hardware + kernel support OR kernel with retpoline are needed to mitigate the vulnerability)

CVE-2017-5754 [rogue data cache load] aka 'Meltdown' aka 'Variant 3'
* Kernel supports Page Table Isolation (PTI):  NO 
* PTI enabled and active:  NO 
* Running as a Xen PV DomU:  NO 
> STATUS:  VULNERABLE  (PTI is needed to mitigate the vulnerability)

在 4.13.x 内核上（禁用 PTI ），发现了以下问题

修复 Spectre Variant 2 的 IBRS 处于启用状态，
Spectre Variant 1 中的 LFENCE instructions following a jump in kernel: YES (68 jump-then-lfence instructions found, which is >= 30 (heuristic)) 之前只有 5，现在是 68

我找到了这个： https://lwn.net/Articles/743019/ ，于是根据所说，传入 noibrs 参数成功禁用 IBRS 修补，测试性能结果如下

记录了 100000000+0 的读入
记录了 100000000+0 的写出
100000000 bytes (100 MB, 95 MiB) copied, 26.1775 s, 3.8 MB/s

real	0m26.178s
user	0m5.396s
sys	0m20.745s

性能回升一些，但仍未达到最初的状态，我估计应该是 LFENCE instructions following a jump in kernel 达到 68 导致的，如何把这个值改回 5，没有找到有关资料，即使需要重新编译内核我也想这个改回去，但不想降回旧内核。

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