核心頁表隔離（Kernel page-table isolation，縮寫KPTI，也簡稱PTI，舊稱KAISER）是Linux核心中的一種強化技術，旨在更好地隔離使用者空間與核心空間的主記憶體來提高安全性，緩解現代x86 CPU中的「熔毀（Meltdown）」硬體安全缺陷。[1][2]
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前身
KPTI修補程式基於KAISER，它是一個用於緩解不太重要問題的早期修補程式，當時業界還未了解到Meltdown的存在。
如果沒有KPTI，每當執行使用者空間程式碼（應用程式）時，Linux會在其分頁表中保留整個核心主記憶體的對映，並保護其訪問。這樣做的優點是當應用程式向核心傳送系統呼叫或收到中斷時，核心頁表始終存在，可以避免絕大多數上下文交換相關的開銷（TLB重新整理、頁表交換等）。
2005年，Linux核心採用了位址空間組態隨機載入（KASLR）隱匿使用者空間中的相關核心位址，增加了利用其他核心漏洞的難度[3][4]。儘管阻止了對這些核心對映的訪問，但在此後發現，現有的英特爾x86處理器（截至2017年12月[5]）還存在著多處可能洩露這些主記憶體位置的旁路攻擊，可能繞過KASLR。[2][6][7][8]AMD稱其處理器不受這些攻擊的影響，所以不需要KPTI作為緩解措施。[9][10][11][12][9][10][11]
Meltdown漏洞與KPTI
2018年1月，影響Intel x86處理器的熔毀漏洞被公布。KAISER修補程式改為修復此問題，並更名為KPTI，因為新型攻擊很類似，儘管更為嚴重。
實現
KPTI通過完全分離使用者空間與核心空間頁表來解決頁表洩露。支援處理程序上下文識別碼（PCID）特性的x86處理器可以用它來避免TLB重新整理，但即便如此，它依然有很高的效能成本。據KAISER原作者稱，其開銷為0.28%[2]；一名Linux開發者稱大多數工作負載下測得約為5%，但即便有PCID最佳化，在某些情況下開銷高達30%。[1]
KPTI在2018年早期被合併到Linux核心4.15版[13][14]，並被反向移植到Linux核心4.14.11。Windows[15]和macOS[16]也發布了類似的更新。
使用核心啟動選項「pti=off」可以部份禁用核心頁表隔離。依規定也可對已修復漏洞的新款處理器禁用核心頁表隔離[13]。
參見
參考文獻
外部連結
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