Linus 大佬展现恐怖业务实力：只改动 21 行代码，Linux 性能狂升 2.6%

开源大师 Linus Torvalds 提交的一段简短代码变更，显著提高了 Linux 系统的多线程性能。

此番提交的代码拥有一个朗朗上口的名号 x86/uaccess：避免在 64 位 copy_from_user 中使用 barrier_nospec。此补丁是一项安全调整，旨在应对 2018 年曝出的 Meltdown 和 Spectre 等安全漏洞。遗憾的是，这些问题不仅没有消失，而且根据外媒上个月的相关报道，此类攻击活动仍然存在。

Meltdown 和 Spectre 是近年来在 Intel、AMD、Apple 和 ARM 处理器中发现的严重安全漏洞。这些漏洞源于芯片的设计缺陷，几乎所有 PC 和智能手机用户都受其影响。特别是由于 Intel 和 IBM POWER 处理器在市场中的广泛应用，因此这一硬件缺陷对信息安全的影响范围极大。

另外该缺陷的危险程度之高（无需特权即可访问敏感资料所在的存储器空间），曾一度令信息安全人员及机构怀疑缺陷的真实性。

除更换 PC 处理器以外，消除漏洞的唯一方法是修补操作系统，包括 Linux 系、Android、OS X/macOS、Windows 等等都有相应的修复程序（像是 Linux 的内核页表隔离技术），但是软件规避将导致处理器性能的显著下降。

Netflix 工程师 Brendan Gregg 曾表示，Linux 针对 Meltdown 的缓解措施 KPTI 导致了“我见过的最大的内核性能倒退”，尤其是在高系统调用率、上下文切换率、页面错误率和工作集大小的情况下。缓解 Meltdown 的 KPTI 补丁可能会带来巨大的开销，从 1% 到 800% 不等。多年来，社区也一直在探索减少 Meltdown 带来的开销的办法。

此次 Linus 的补丁是对红帽开发人员 Josh Poimboeuf 此前提交补丁的重写，大佬对其进行了修改以提升性能表现。他在提交中写道，“内核测试机器人报告称，per_thread_ops 基准测试性能提高了 2.6%。”

从本质上讲，Torvalds 找到了一种在不影响性能的情况下实现相同安全结果的方法。这可能会对需要高性能和强大安全性的 Linux 系统（例如 Web 服务器）产生影响。很少有人对 Linux 和 x86 CPU 架构有如此深入的了解，以至于他们可以在这个层面上获得性能提升。

小改动大幅提升 Linux 性能

总之，这个优化就是一个典型的“小优化，大收益”的例子。

即使在实际环境中只有 2.6% 的性能提升，也能节省数亿美元的电力和 HVAC 成本。

这位朋友一个人就把气候变化延缓了几天。

截图来源：https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=0fc810ae3ae110f9e2fcccce80fc8c8d62f97907

Linus 的版本不再使用 barrier_nospec API，新补丁可防止某些机器码发生推测执行。所谓推测执行是现代 CPU 中的一项功能，其使用分支预测来尝试预判未来可能需要运行哪些程序代码，以便提前运行并缓存其结果。如果预测正确则可以节约时间；如果预测不正确，则结果将被丢弃。问题是，这会带来一种特殊形式的安全问题，科学家们则一直在为此寻求解决办法。

相反，如果因地址无效而不允许调用 copy_from_user，则该补丁会使用指针掩码返回内容为全 1 的地址。

防御此类攻击显然是种不得已而为之的手段。作为 Web 服务器等应用场景下的主要操作系统，Linux 必须锁定此类机器以抵御任何可能出现的攻击，甚至不惜以牺牲性能增强功能为代价。这虽然能让服务器更安全，但也使其运行速度更慢。Linus 则向来反对这种用性能换安全的“拙劣”方案。

（在不接受入站连接的本地独立台式机或者笔记本电脑上，大家可以关闭这些功能，在相对安全的环境下获得更好的性能——但前提是各位要清楚自己在做什么，并接受这种发生概率不大、但却客观存在的风险。）

虽然这次解决的不算什么大问题，但仍然解释了为什么这位 Linux 内核掌门人有资格每年从 Linux 基金会手中赚取过百万美元。确实很少有人拥有他这样的技术和知识水平，特别是在 x86 架构领域。而且拥有同等水平的顶尖精英也多数在为各大芯片开发巨头服务。他们签署了保密协议，所以无权介入此事。也正因为如此，在加入 Linux 基金会之前，Linus 还曾经收到过芯片供应商 Transmeta 抛出的橄榄枝。他为该公司提供了构建 Crusoe VLIW 芯片所必需的底层专业知识，使得该款芯片成功获得了对 x86-32 代码的模拟能力。

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