Auf der Linux Plumbers Conference 2019 in Lissabon haben Kernel-Entwickler in mehreren Sessions konkrete Wege vorgestellt, wie sich Hyper-Threading künftig wieder sicher auf Prozessoren mit bekannten Schwachstellen wie Spectre, Meltdown, L1TF und MDS betreiben lässt. Der Ansatz trägt den Namen Core Scheduling und soll teilweise bereits in Linux 5.4 einziehen.
Core Scheduling gruppiert Prozesse so, dass der Kernel sie grundsätzlich nur dann parallel auf einem Hyper-Threading-fähigen CPU-Kern ausführt, wenn sie derselben vertrauenswürdigen Gruppe angehören. Prozesse aus verschiedenen Gruppen oder ohne Gruppenzugehörigkeit dürfen den physischen Kern nie gleichzeitig nutzen. Damit entfällt der bisherige Zwang, Hyper-Threading auf betroffenen Intel-CPUs vollständig abschalten zu müssen, um Side-Channel-Angriffe über gemeinsam genutzten CPU-Zustand auszuschließen.
Der Ansatz ist vor allem für Cloud-Anbieter interessant, die virtuelle Maschinen verschiedener Kunden auf demselben physischen Kern betreiben. Ohne Core Scheduling muss ein Anbieter entweder jede VM manuell an bestimmte CPU-Kerne binden (Pinning) oder Hyper-Threading pauschal deaktivieren, was bei leistungshungrigen Workloads wie Game-Servern und Build-Systemen spürbare Einbußen bedeutet. Mit dem neuen Scheduler-Feature ließe sich die volle Rechenleistung eines Kerns ausschöpfen, ohne fremde VMs einem erhöhten Angriffsrisiko auszusetzen. Ein wesentlicher Teil der Implementierung stammt von einem Intel-Mitarbeiter; die Entwickler klärten auf der Konferenz noch offene Punkte und planen konkrete Patches.
Adressraumisolation als langfristiger Ansatz
Neben Core Scheduling wurden auf der Konferenz auch Konzepte zur stärkeren Trennung des Arbeitsspeichers zwischen Prozessen diskutiert. Ansätze wie KVM Address Space Isolation, Process Local Memory und Kernel Page Table Consolidation sollen es erschweren, über künftig entdeckte CPU-Schwachstellen auf Speicherbereiche anderer Prozesse zuzugreifen. Keiner dieser Ansätze gilt derzeit als kernel-reif; die Diskussionen auf der Linux Plumbers Conference sollen aber die Grundlage für konkrete Patches legen. Der Bericht von Thorsten Leemhuis bei heise online fasst die wesentlichen technischen Details der Sessions zusammen.