Arquitectura del Procesador y Kernel

En esta sección se abordan los fundamentos de la Unidad Central de Procesamiento (CPU), las arquitecturas de memoria avanzada, los mecanismos de sincronización sin bloqueos, la gestión de aislamiento de recursos mediante el kernel y las características de seguridad y vulnerabilidades a nivel de hardware.

Contenidos

Procesador y Gestión de Recursos

• Unidad Central de Procesamiento (CPU)
  • Arquitectura Interna Fundamental
  • Jerarquía de Cachés y Coherencia
  • Anillos de Protección y Modos de Ejecución
  • Instrucciones y Tecnologías Integradas
• NUMA
  • Conceptos Fundamentales
  • Evolución Histórica y Justificación Técnica
  • Comparativa: UMA vs. NUMA
  • Métrica de Distancia (NUMA Distance / SLIT)
  • Gestión de NUMA en el Kernel de Linux
• RCU (Read-Copy-Update)
  • Concepto y Principio de Funcionamiento
  • Fases de una Operación de Actualización
  • Primitivas de RCU en el Kernel de Linux
  • Casos de Uso e Importancia
• cpusets
  • Qué son los cpusets
  • Por qué son necesarios los cpusets
  • Cómo son implementados los cpusets
• NX-Bit – No-eXecute
  • Mecanismo de Funcionamiento
  • Nomenclatura según el Fabricante
  • Mitigación de Vulnerabilidades de Seguridad
  • Soporte en el Kernel de Linux
• breve historia de las cachés
  • Cómo hemos llegado hasta aquí: breve historia de las cachés, en modernos microprocesadores
  • Direccionado de memoria virtual y física
  • Out-of-Order y las ejecuciones especulativas
  • Incrementar la especulación, en procesadores Intel
  • Referencias y agradecimientos

Resumen de Módulos

• Arquitectura Base de la CPU: Introducción estructural en Unidad Central de Procesamiento (CPU) (registros, jerarquía de cachés, anillos de ejecución y unidades funcionales).

• Topología de Memoria y Sincronización: Arquitecturas de acceso no uniforme a memoria en NUMA y mecanismos de sincronización sin bloqueos para alto rendimiento en RCU (Read-Copy-Update).

• Aislamiento y Control de Recursos: Controladores de subsistemas en cpusets junto a ejemplos prácticos de implementación en C (cgroupsExamples.c).

• Seguridad y Vulnerabilidades: Protección de ejecución de datos a nivel de MMU en NX-Bit – No-eXecute y análisis de vulnerabilidades de ejecución especulativa en breve historia de las cachés (L1 Terminal Fault).