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 386SL. 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 год). Все более современные x86/x86_64 процессоры поддерживают ее.

Режим SMM работает в защитном «Кольце -2», тогда как ОС работает в «Кольце 0», а аппаратный гипервизор (VT/AMD-v) в «Кольце -1». Код, работающий в режиме SMM, получает доступ ко всей системной памяти, включая ядро и память гипервизора.

Применение

Среди возможных применений SMM:

• Обработка системных ошибок, таких как ошибки памяти и чипсета
• Функции защиты, например выключение процессоров при сильном перегреве
• Глубокие уровни энергосбережения
• Управление питанием, например, схемами изменения напряжения (VRM)
• Эмуляция переферии, которая была не реализована на материнской плате или реализация которой содержит ошибки
• Эмуляция мыши и клавиатуры PS/2, при использовании USB-версий устройств
• Централизованная конфигурация системы, например на ноутбуках Toshiba и IBM.
• Запуск высокопривилегированных руткитов, как было предложено на Black Hat 2008.
• Эмуляция или передача вызовов на модуль Trusted Platform Module (TPM).

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.
• Программный SMI, посланный системным ПО через порт ввода/вывода (часто используется порт номер 0B2h).
• Запись по адресу ввода/вывода, для которого микропрограммно установлена необходимость активации SMM.

Проблемы

• Согласно архитектуре SMM, он не может быть заблокирован операционной системой
• Т.к. программы обработки SMM (SMI handler) устанавливаются из базовой микропрограммы BIOS, 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, а кеши 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).
• Получение кодов программ SMM для их анализа и отладки также требует логического анализатора или обратной разработки микропрограмм BIOS.

См. также

• Процессор MediaGX, использующий SMM для эмуляции аппаратных функций
• Intel 80486SL
• Extensible Firmware Interface (EFI)
• Coreboot, реализующий SMM/SMI обработчики для некоторых чипсетов

Ссылки

• Badness of SMM, part 1 and part 2
• Intel 32/64 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3B: System Programming Guide, Part 2
• AMD Hammer BIOS and Kernel Developer's guide, Chapter 6
• An exploit against SMM based on OpenBSD
• SMM based rootkit
• SMM Rootkit limitations. (and how to defeat it)