System Management Mode

Режим системного управления (англ. System Management Mode, SMM) — режим исполнения на процессорах x86/x86-64, при котором приостанавливается исполнение другого кода (включая операционные системы и гипервизор), и запускается специальная программа, хранящаяся в SMRAM в наиболее привилегированном режиме.

Технология SMM была впервые реализована в микропроцессоре Intel 386 SL. Изначально SMM работал только на специальных процессорах (SL), но в 1992 году была внедрена в 80486 и Intel Pentium. AMD реализовала технологию в Enhanced Am486 (1994). Все более современные x86/x86-64 процессоры поддерживают её.

Среди возможных применений SMM:

Операционная система работает в защитном «Кольце 0»; однако, гипервизор (в системах VT/AMD-v) является более привилегированным, и режим исполнения гипервизора условно называется «Кольцом −1». Соответственно, SMM, являющимся более приоритетным, чем гипервизор, условно называют «Кольцом −2»[5][6][7]. Код, работающий в режиме SMM, получает неограниченный доступ ко всей системной памяти, включая память ядра и память гипервизора.

Активация SMM

SMM активируется при помощи прерываний SMI (system management interrupt — прерывание системного управления), которое возникает:

  • По сигналу от чипсета или периферии на материнской плате. Используется выделенный контакт процессора SMI#[8].
  • Программный SMI, посланный системным ПО через порт ввода-вывода (часто используется порт номер B2[9])[10].
  • Запись по адресу ввода-вывода, для которого микропрограммно установлена необходимость активации SMM.

На ближайшей границе инструкций после получения сигнала SMI#, процессор сохраняет своё состояние в памяти и переходит в SMM. Для выхода из SMM и восстановления состояния процессора используется инструкция RSM (0F AA[9])[8].

Проблемы
  • Согласно архитектуре SMM, прерывания SMI не могут быть заблокированы операционной системой
  • На старых чипсетах (до 2006 года) не выставлялся бит D_LOCK для защиты памяти SMM (что позволяло создавать SMM-зловреды)[5]
  • Так как программы обработки SMM (SMI handler) устанавливаются из базовой микропрограммы BIOS[5], предполагаемые настройки важной периферии (например, APIC) в ОС и программах SMM могут не совпадать
  • Работа в режиме SMM приостанавливает работу ОС. Состояние процессора сохраняется в SMRAM[8], а кэши write-back должны быть сброшены. Из-за этого могут нарушиться требования жесткого реального времени. ОС Windows и ядро Linux устанавливают «SMI Timeout» — период времени, в который любая программа SMM должна вернуть управление операционной системе.
  • Для определения входа процессора в SMM может потребоваться цифровой логический анализатор (дополнительное отладочное оборудование). При работе в SMM выставляется сигнал процессора SMIACT#[8].
  • Получение кодов программ SMM для их анализа и отладки также требует логического анализатора или обратной разработки микропрограмм BIOS, так как во время исполнения память TSEG, хранящая программы SMM, недоступна ОС.

См. также
  • Процессор MediaGX, использующий SMM для эмуляции аппаратных функций
  • Extensible Firmware Interface (EFI)
  • Coreboot, реализующий SMM/SMI обработчики для некоторых чипсетов

Примечания
  1. Loic Duflot. «Security Issues Related to Pentium System Management Mode.» Presented at CanSecWest 2006, Vancouver, Canada, 2006.
  2. Hackers find a new place to hide rootkits
  3. Sherri Sparks and Shawn Embleton. «SMM Rootkits: A New Breed of OS Independent Malware.» Presented at Black Hat USA, Las Vegas, NV, USA, 2008.
  4. https://www.youtube.com/watch?v=X72LgcMpM9k&feature=player_detailpage#t=2070s Google Tech Talks — Coreboot — 00:34:30
    Дополнительные сведения: Trusted Platform Module
  5. invisiblethingslab.com/resources/misc09/smm_cache_fun.pdf Rafal Wojtczuk, Рутковская, Йоанна, «Attacking SMM Memory via Intel® CPU Cache Poisoning»
  6. Ring −1 vs. Ring −2: Containerizing Malicious SMM Interrupt Handlers on AMD-V, 2010
  7. In-depth Analysis of x86’s System Management Mode Архивировано 23 сентября 2013 года., Georg Wassen: "If Virtual Machine Monitors can be called Ring −1, the System Management Mode is Ring −2. "
  8. Intel’s System Management Mode by Robert R. Collins
  9. Шестнадцатеричный код
  10. прим. 5

Литература

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.