微代码 (Microcode)
处理器制造商会发布针对处理器 微代码 (microcode) 的稳定性与安全更新。这些更新提供的 Bug 修复对于系统的稳定性至关重要。如果没有这些更新,你可能会遇到难以追踪的随机崩溃或意外的系统停机。
所有使用 AMD 或 Intel CPU 的用户都应安装微代码更新以确保系统稳定性。在虚拟机和容器中,微代码更新应安装在宿主机上,而非客户机系统中。
安装
为了获取更新的微代码,根据处理器的不同,请 安装 以下软件包之一:
- amd-ucode 用于 AMD 处理器,
- intel-ucode 用于 Intel 处理器。
mkinitcpio 和 dracut 默认生成 组合的 initramfs 文件。微代码将在启动时自动加载。
加载微代码
微代码更新通常随主板固件一起提供,并在固件初始化期间应用。由于 OEM 厂商可能无法及时发布固件更新,且旧系统可能根本无法获得新固件更新,因此 Linux 内核增加了在启动期间应用 CPU 微代码更新的能力。Linux 微代码加载器支持三种加载方法:
- 内置微代码 (Built-in microcode) 可以编译进内核,然后由早期加载器应用。
- 早期加载 (Early loading) 在启动非常早期的阶段(在 initramfs 阶段之前)更新微代码,比后期加载更受推荐。对于存在严重硬件 Bug 的 CPU(如 Intel Haswell 和 Broadwell 处理器系列),这是强制要求的。
- 后期加载 (Late loading)(这 可能是危险的)在启动后更新微代码,这可能太晚了,因为 CPU 可能已经尝试执行了有缺陷的指令。即使已经使用了早期加载,后期加载仍可用于在无需重启的情况下应用更新的微代码。
早期加载
内核的早期加载器期望在未压缩的 CPIO 归档(initramfs 镜像)内部的 /kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin 或 /kernel/x86/microcode/AuthenticAMD.bin 路径下找到微代码更新文件。
早期 initramfs 镜像可以与主 initramfs 镜像合并为一个文件,并作为单个 initramfs 传递给内核(通过引导加载程序的 initrd= 内核命令行选项,或打包在统一内核镜像中);它也可以作为独立文件存在,在这种情况下需要使用多个 initrd= 内核命令行选项。在这两种情况下,包含微代码的未压缩 CPIO 归档必须置于主 initramfs 之前。
请注意,由于用户的早期启动配置差异很大,Arch 的默认配置可能无法自动触发微代码更新。
自定义构建的内核
为了使 自定义内核 的早期加载能够工作,需要将 “CPU microcode loading support” 编译进内核,而不能编译为模块。这将启用 “Early load microcode” 提示,应将其设置为 Y。
CONFIG_BLK_DEV_INITRD=Y CONFIG_MICROCODE=y CONFIG_MICROCODE_INTEL=Y CONFIG_MICROCODE_AMD=y
微代码 initramfs 与主 initramfs 共同打包在一个文件中
未压缩的微代码 CPIO 可以被前置到 initramfs 中并作为一个单一的 initramfs 文件使用。此方法比 #微代码位于独立的 initramfs 文件中 更受推荐,因为不需要额外的引导参数配置。
boot/*-ucode.img 添加到 /etc/pacman.conf 的 NoExtract 中,因为微代码文件将直接从 /usr/lib/firmware/*-ucode/ 中获取。mkinitcpio
为了让 mkinitcpio 生成包含微代码的 initramfs 文件,请确保 /etc/mkinitcpio.conf 的 HOOKS 数组中包含 microcode。
如果 autodetect 钩子在 microcode 之前,则仅包含当前 CPU 的微代码。要包含系统中能找到的所有 CPU 微代码文件,请将 microcode 钩子移至 autodetect 之前,或者完全移除 autodetect 钩子。
在生成 initramfs 时,mkinitcpio 将显示
-> Early uncompressed CPIO image generation successful
你可以使用 lsinitcpio(1) 来验证 initramfs 是否包含微代码更新文件。例如,针对 linux
# lsinitcpio --early /boot/initramfs-linux.img | grep microcode
kernel/x86/microcode/ kernel/x86/microcode/AuthenticAMD.bin
对于 统一内核镜像 (UKI),你可以使用
# lsinitcpio --early /esp/EFI/linux/arch-linux.efi | grep microcode
kernel/x86/microcode/ kernel/x86/microcode/AuthenticAMD.bin
dracut
对于 dracut,请参阅 dracut.conf(5) § DESCRIPTION。
微代码位于独立的 initramfs 文件中
/boot/amd-ucode.img 或 /boot/intel-ucode.img 作为第一个 initramfs(在普通 initramfs 文件之前)来启用早期微代码更新。常见引导加载程序的说明如下。在以下章节中,请将 cpu_manufacturer 替换为你的 CPU 制造商,即 amd 或 intel。
GRUB
grub-mkconfig 会自动检测微代码更新并对 GRUB 进行相应配置。安装微代码包后,运行以下命令重新生成 GRUB 配置以激活微代码更新加载:
# grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
或者,手动管理 GRUB 配置文件的用户可以按如下方式添加 /boot/cpu_manufacturer-ucode.img(如果 /boot 是独立分区,则为 /cpu_manufacturer-ucode.img):
/boot/grub/grub.cfg
... echo 'Loading initial ramdisk' initrd /boot/cpu_manufacturer-ucode.img /boot/initramfs-linux.img ...
为每个菜单项重复此操作。
systemd-boot
使用 initrd 选项在初始 ramdisk 之前加载微代码,如下所示:
/boot/loader/entries/entry.conf
title Arch Linux linux /vmlinuz-linux initrd /cpu_manufacturer-ucode.img initrd /initramfs-linux.img ...
最新的微代码 cpu_manufacturer-ucode.img 必须在启动时存在于你的 EFI 系统分区 (ESP) 中。ESP 必须挂载为 /boot,才能在每次更新 amd-ucode 或 intel-ucode 时自动更新微代码。否则,每次更新微代码包时,请将 /boot/cpu_manufacturer-ucode.img 复制到你的 ESP 中。
EFISTUB
追加两个 initrd= 选项
initrd=\cpu_manufacturer-ucode.img initrd=\initramfs-linux.img
rEFInd
编辑 /boot/refind_linux.conf 中的启动选项,并为微代码镜像添加一个 initrd= 选项作为传递的第一个 initrd 参数。根据 /boot 中的文件是否位于独立分区的根目录下,使用 initrd=boot\cpu_manufacturer-ucode.img 或 initrd=cpu_manufacturer-ucode.img。
微代码必须是启动选项列表中声明的第一个 initramfs。例如:
"Boot using default options" "root=PARTUUID=XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX rw add_efi_memmap initrd=boot\cpu_manufacturer-ucode.img initrd=boot\initramfs-%v.img"
手动引导段 (Manual boot stanzas)
在 esp/EFI/refind/refind.conf 中使用 手动引导段 定义内核的用户,应在启动分区内添加带有正确路径的 initrd= 参数。该参数必须作为 options 行的一部分,而不是在引导段的主体部分。例如:
options "root=PARTUUID=XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX rw add_efi_memmap initrd=boot\cpu_manufacturer-ucode.img"
Syslinux
cpu_manufacturer-ucode.img 和 initramfs-linux.img 两个 initramfs 文件之间不得有空格。INITRD 行必须完全如下面所示。在 /boot/syslinux/syslinux.cfg 中,多个 initramfs 文件可以用逗号分隔。
LABEL arch
MENU LABEL Arch Linux
LINUX ../vmlinuz-linux
INITRD ../cpu_manufacturer-ucode.img,../initramfs-linux.img
...
LILO
LILO 以及其他潜在的旧版引导加载程序不支持多个 initramfs 镜像。请改用 #微代码 initramfs 与主 initramfs 共同打包在一个文件中 的方法。
Limine
对于 Limine,你只需在 limine.conf 文件的 MODULE_PATH 选项中添加微代码的路径。示例如下:
limine.conf
default_entry: 1
timeout: 3
/Arch
comment: Arch Linux
protocol: linux
kernel_path: boot():/vmlinuz-linux
kernel_cmdline: root=UUID=c0748521-eca9-4f38-989c-43811b6e39a1 rw loglevel=3
module_path: boot():/cpu_manufacturer-ucode.img
module_path: boot():/initramfs-linux.img
后期加载
微代码更新的后期加载发生在系统启动之后。它使用 /usr/lib/firmware/amd-ucode/ 和 /usr/lib/firmware/intel-ucode/ 中的文件。微代码更新文件分别由 amd-ucode 和 intel-ucode 提供。
后期加载要求内核在构建时设置 CONFIG_MICROCODE_LATE_LOADING=y,但目前 Arch 官方支持的内核 并非如此。[1]
后期加载微代码更新
要手动重新加载微代码(例如在更新了 /usr/lib/firmware/amd-ucode/ 或 /usr/lib/firmware/intel-ucode/ 中的微代码文件后),请运行:
# echo 1 > /sys/devices/system/cpu/microcode/reload
这允许在不重启系统的情况下应用更新的微代码。
验证启动时微代码是否已更新
使用 journalctl 检查内核消息,查看微代码是否已更新:
# journalctl -k --grep='microcode:'
每次启动时应该看到类似以下的内容,表明微代码在非常早期的阶段已更新:
kernel: microcode: Current revision: 0x00000012 kernel: microcode: Updated early from: 0x0000000e
完全有可能(尤其是对于较新的硬件)该 CPU 没有微代码更新。
在使用了后期加载的 AMD 系统上,输出将显示重新加载微代码之前的旧版本,以及重新加载后的新版本。
哪些 CPU 接受微代码更新
用户可以通过以下链接参考 Intel 的仓库或 Gentoo 关于 AMD 的 Wiki,以查看特定型号是否受支持:
检测可用的微代码更新
对于 Intel,可以使用 iucode_tool(8) 查明 /usr/lib/firmware/intel-ucode/ 中是否包含当前运行 CPU 的微代码。
- 安装 intel-ucode 和 iucode-tool
- 加载
cpuid内核模块# modprobe cpuid
- 根据你的 cpuid 进行搜索
$ iucode_tool -lS /usr/lib/firmware/intel-ucode/
- 如果有可用更新,它应该显示在 selected microcodes 之下
- 微代码可能已经内置在厂商 BIOS 中,因此在 dmesg 中不会显示加载信息。可以通过运行
grep microcode /proc/cpuinfo与当前运行的微代码进行对比。
对于 AMD,可以通过手动方式完成。
- 查询 CPU 的 family(系列)、model(型号)和 stepping(步进)。例如,运行以下命令:
# journalctl -k --grep='CPU0:'
查看类似(family: 0x15, model: 0x10, stepping: 0x1)的输出部分。 - 将这些值与 amd-ucode README 中的列表进行匹配。
- 如果匹配,将运行中微代码的当前版本 (revision) 与列出的
Patch值进行比较。
/proc/cpuinfo 的输出获取 family、model 和 stepping。但你需要将这些值转换为十六进制。禁用微代码加载器
如果更新的 CPU 微代码导致问题,你可能希望暂时禁用微代码加载器,以便成功启动并降级软件包。要禁用内核的微代码加载器,请指定 dis_ucode_ldr 内核参数。