在Windows系统中如何禁用软件SMI（系统管理中断）

Question

从Windows 10 1809开始，操作系统会生成大量的软件SMI。
我们在独立的处理器核心上运行实时应用程序，每个SMI都会产生不可预测的延迟。在1809之前，总是可以在BIOS中禁用SMI。
Windows中的调用堆栈如下：

hal!HalEfiGetEnvironmentVariable+0x56       
hal!HalGetEnvironmentVariableEx+0xb572      
nt!IopGetEnvironmentVariableHal+0x2a        
nt!IoGetEnvironmentVariableEx+0x85          
nt!ExpGetFirmwareEnvironmentVariable+0x91   
nt!ExGetFirmwareEnvironmentVariable+0x110ce3
nt!NtQuerySystemEnvironmentValueEx+0x6e     

通过向端口0xb2发送OUT指令可以生成SMI。从NVRAM中读取UEFI变量需要使用SMI。当BIOS处于传统模式下时，将没有SMI。

是否可以配置Windows，以便它不使用SMI访问UEFI变量?

- Vladimir Pustovalov

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我认为你做不到，因为它是UEFI\BIOS流程的一部分。 - Baget

Answer 1

简短的回答是不行，不能配置Windows以防止在UEFI变量访问时生成SW SMIs，因为这些SMIs并非由Windows生成。这些SMIs是在固件内部生成的。

所有支持UEFI的操作系统都通过GetVariable()和SetVariable()服务读取/写入UEFI变量，这些服务是由UEFI固件通过系统表向操作系统公开的运行时服务之一 - 请参见UEFI规范第8节。大多数固件中变量服务的当前实现是在SMM中处理实际的Get/Set变量请求，出于安全原因。

因此，设备的固件负责生成SW SMIs，而不是操作系统。但是，操作系统和某些系统服务/应用程序绝对需要使用UEFI变量，因为这是UEFI感知操作系统在UEFI固件上运行的方式。

- sun2sirius

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@prl，Windows 不会 访问端口0xb2。固件 会在响应UEFI变量访问时输出到0xb2。虽然Ubuntu和Windows都能够在没有变量的情况下启动，但我不会称它们为不必要的-很可能一些功能无法正常工作。Windows不经常访问UEFI变量；在启动期间有大量的读/写操作，但之后就会保持安静，并且只在必要时进行访问。我认为在Windows中禁用变量或阻止0xb2访问并保持其稳定是不现实的。我会专注于查找系统中谁在访问变量。 - sun2sirius

@sun2sirius 感谢您的回答。很明显，SMM是读取UEFI的唯一安全模式，但它会导致实际性能下降。我知道操作系统可以在加载/关闭期间读写NVRAM，但为什么要在运行时使用它呢？如果没有隐藏的注册表键，则禁用SMI的唯一方法是在此类API调用上添加钩子。 - Vladimir Pustovalov

@vladimir-pustovalov，你可能想尝试向上调用堆栈，以查看是谁在进行UEFI变量的内核调用。我刚刚构建了一个测试BIOS，显示了所有变量访问，并启动了Windows-我看到了一次突发的启动，然后几分钟后又有一次突发。但之后就再也没有发生过了，我等了一个多小时。 - sun2sirius

你也可以查看GetEnvironmentVariable()调用的堆栈帧，以查看变量名称和GUID - 这可能会让你知道为什么要访问它。这绝对不是正常的。然后，你可以找到读取该变量的组件，并尝试禁用或更好地配置它。 - sun2sirius

让我们在聊天中继续这个讨论。 - sun2sirius

Answer 2

在支持AMD-V（例如AMD处理器、Hygon处理器）的处理器上，答案是肯定的，但是在内核模式下。有两个指令叫做stgi和clgi，其中stgi设置GIF，而clgi清除GIF。GIF用于控制中断行为，以便可以进入绝对原子操作。根据AMD-V的定义，Internal SMIs（例如I/O Trapping）将被丢弃，而External SMIs（例如来自外部硬件的SMIs或APIC发送的IPIs）将在清除GIF时保持挂起。在执行这些指令之前，请确保启用了EFER MSR中的SVME位。

如果您想以更通用的方式实现它，而不依赖于AMD-V，您可以尝试将代码放入SMI处理程序中，在那里后面发生的SMI将被锁存，而处理器处于SMM状态。

参考资料：
第2卷《系统编程》，第10.3.3章“异常和中断”，第15.17章“全局中断标志，STGI和CLGI指令”，AMD64体系结构程序员手册。
https://www.amd.com/system/files/TechDocs/24593.pdf

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