Meltdown- und Spectre-Benchmarks: Weniger schlimm als erwartet

Nach einigen Monaten Analyse und Optimierungen zeigt sich, dass der Leistungsverlust durch die Patches gegen Spectre und Meltdown deutlich geringer ausfällt, als anfangs befürchtet. Und den Entwicklern bleibt immer noch Spielraum für Verbesserungen - ein Überblick.

Eine Analyse von veröffentlicht am
Die Sicherheitslücken Meltdown und Spectre nutzen gezielt architektonische Details von Prozessoren aus.
Die Sicherheitslücken Meltdown und Spectre nutzen gezielt architektonische Details von Prozessoren aus. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Schon kurz nach Bekanntwerden der Sicherheitslücke Meltdown und der beiden Spectre-Varianten Anfang Januar spekulierten diverse Medienberichte über die möglichen Leistungseinbußen der Patches zum Beheben der Lücken. Nach dem Einspielen der Patches sollten Systeme teilweise 30 Prozent langsamer rechnen als zuvor und die CPU-Last gar um bis zu 60 Prozent steigen. Mit dem notwendigen - vor allem zeitlichen - Abstand zeigt sich jedoch, dass diese Angaben eher maßlos übertrieben sind und der tatsächliche Leistungsverlust, der durch die Patches verursacht wird, wesentlich geringer ist, als zunächst angenommen.

Das Zustandekommen der eingangs genannten Werte ist dabei außerdem teils sehr fragwürdig, da insbesondere einige Benchmarks spezielle Probleme beim Testen der Patches verursachen. Das wiederum liegt an der besonderen Natur der Sicherheitslücken und den Strategien zum Beheben dieser, so dass die synthetischen Benchmarks teils sehr wenig über realistische Anwendungsszenarien verraten.

Der Linux-Distributor Suse geht sogar so weit, auf die Veröffentlichung seiner Benchmark-Ergebnisse zu verzichten und verweist als Grund hierfür auf die vielen Unwägbarkeiten und betroffenen Bestandteile beim Zusammenspiel aus Hard- und Software. Auch wir bieten hier aus ähnlichen Gründen lediglich einen Überblick über den Stand der Technik und werden auch nur ungefähre Leistungsverluste in Beispielen zitieren, die wir nachvollziehen können.

Denn klar ist eigentlich nur, dass auch bisher schon leistungskritische Faktoren wie Systemaufrufe, Interrupts, Kontextwechsel oder Seitenfehler ein klein bisschen mehr an negativem Einfluss hinzugewinnen und besonders I/O-intensive Anwendungen durch die Patches an Leistung verlieren. Laut dem Magazin The Next Plattform bestätigen dies inzwischen auch interne Tests von Intel. Demzufolge ist inzwischen auch mit nur noch höchstens zehn Prozent Leistungsverlust zu rechnen, was auch der Linux-Distributor Red Hat bestätigt.

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Um zu verstehen, wie diese Erkenntnisse und auch Testergebnisse zustande kommen, ist ein grundlegendes Verständnis von Meltdown und Spectre notwendig, ebenso wie von den verfügbaren Gegenmaßnahmen. Das zeigt dann außerdem die Möglichkeiten zur Optimierung. Die folgenden Ausführungen beziehen sich dabei größtenteils auf Linux.

Linux zeigt Details der Patches

Immerhin ist das freie Betriebssystem das wohl mit Abstand am meisten eingesetzte System für Server und die Änderungen sind der Open-Source-Philosophie folgend wesentlich leichter nachvollziehbar als etwa bei dem proprietären Windows. Die Erläuterungen sollten aber in den meisten Fällen auch so ähnlich für Windows gelten, da sich die Schutzmechanismen gegen die Meltdown- und Spectre-Lücken auf beiden Systemen bei einer grundlegende Betrachtung vermutlich wenig voneinander unterscheiden. Abweichungen gibt es dagegen natürlich in der konkreten Implementierung.

Gegen Meltdown setzen beide System auf eine striktere Trennung von Kernel- und Userspace und gegen Spectre v2 auf Microcode-Updates und unter Linux zudem auf die sogenannten Retpolines. Zwar enthalten diese Patches selbst schon Optimierungen, einige Linux-Entwickler verweisen aber auch noch auf weitere Möglichkeiten.

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Schneller und weniger oft zum Kernel 
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n0x30n 04. Mai 2018

Ein Block aus 8 reservierten CVEs ist nicht das Gleiche wie 8 Sicherheitslücken. Abwarten...

DeathMD 04. Mai 2018

Kann mir nicht vorstellen, dass der Ryzen 2700x weniger IPC als deine CPU hat.

drvsouth 04. Mai 2018

Bei meinem Haswell i5-4200U merke ich eigentlich nichts beim täglichen Benutzen. Wenn...

Sybok 04. Mai 2018

Bei top ist das tatsächlich ganz genau so.



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