Reiniciando [rebooting]

Matthew Garrett es un biólogo (ahá) y reconocido hacker de Linux que lidia normalmente con complejas cuestiones de bajo nivel, pegadas al hardware, tales como ACPI, EFI, power management, y otras, que normalmente publica sus desventuras en el campo digital en un blog en livejournal. Muchos de sus artículos me han resultado realmente sorprendentes en cuanto a los intrincados detalles que pueblan los componentes de hardware desarrollados por diversos fabricantes.

Esta última semana publicó un artículo sobre el sencillo problema de cómo reiniciar correctamente una computadora. Me he tomado la libertad de traducir mejor dicho, interpretar ilegalmente, el post en cuestión. Para aquellos que se sientan cómodos con el inglés, les recomiendo el artículo original.

Reiniciando

Se podría pensar que es fácil reiniciar una PC, ¿no? Pero también podría pensarse que es fácil convencer a la gente de que al menos hacer un esfuerzo para ser amable con los demás es una propuesta de beneficio mutuo, y miren lo bien que nos ha funcionado.

Linux tiene un montón de maneras diferentes de reiniciar un sistema x86. Algunas de ellas son exclusivas para 32 bits y por eso las voy a ignorar porque, honestamente, que estás haciendo de tu vida [si estás trabajando en 32 bits]. Además, son horribles. Entonces, esto nos deja con cinco de ellas:

• kbd – reiniciar a través del controlador de teclado. La IBM PC original tenía la línea [el cable] de reinicio de la CPU asociada a la controladora del teclado. Escribiendo la apropiada cantidad mágica de pulsos en la línea y la máquina se reinicia. Todo esto es muy sencillo, salvo por el hecho de que las máquinas modernas no tienen controladores de teclado (en realidad son parte del controlador embebido) e incluso las máquinas más modernas ni siquiera pretenden tener un controlador de teclado. Ahora, los controladores embebidos ejecutan software. Y, como todos sabemos, el software es terrible. Pero, aún peor, el software del controlador embebido está escrito por autores de BIOS. Así que claramente cualquier pretensión de que esto funcione es una especie de ficción complicada. Algunas máquinas son muy exigentes con el hardware, exigiendo que esté en el estado exacto que Windows lo programaría. Algunas máquinas funcionan 9 de cada 10 veces y luego se bloquean debido a algún raro problema de temporización. Y otras simplemente no funcionan en absoluto. ¡Hurra!
• triple – intentar generar una falla triple. Esto se realiza cargando una tabla vacía como vector de interrupciones, y luego llamando a int(3). Falla la interrupción (no hay IDT), falla el manejador de fallos (no hay IDT) y la CPU entra en un estado que debería, en teoría, desencadenar un reinicio. Salvo que no parece haber un requerimiento de que esto suceda, y esto simplemente no funciona en un montón de máquinas.
• pci – en realidad no pci. Tradicionalmente, el acceso al espacio de configuración PCI se logra escribiendo un valor de 32 bits al puerto io 0xcf8 para identificar el bus, el dispositivo, la función y el registro de configuración. El puerto 0xcfc luego contiene el [valor del] registro en cuestión. Pero si se escribe el par apropiado de valores mágicos en 0xcf9, la máquina se reiniciará. Espectacular! Y no estandarizado de ninguna manera (ciertamente no es parte de la especificación PCI), por lo que chipsets diferentes pueden tener diferentes requisitos. Booo.
• efi – Los servicios EFI en tiempo de ejecución proporcionan un punto de entrada para reiniciar la máquina. Incluso a veces funciona! Siempre y cuando los servicios de tiempo de ejecución EFI estén funcionando, lo que puede ser una exageración.
• acpi – Las versiones recientes de la especificación ACPI permiten especificar una dirección (por lo general en espacio de memoria o E/S de sistema) y un valor a escribir ahí. La idea es que escribir el valor a la dirección reinicia el sistema. Resulta que eso, a menudo, falla. También es imposible representar el método de reinicio PCI a través de ACPI, porque el método de reinicio PCI requiere un par de valores y ACPI sólo da uno.

Ahora, debo admitir que esto suena bastante deprimente. Pero la gente claramente vende computadoras con la expectativa de que van a reiniciarse correctamente, entonces ¿qué es lo que pasa?

Hace un tiempo hice algunas pruebas con Windows corriendo sobre qemu. Esta es una buena manera de evaluar el comportamiento del sistema operativo, porque uno tiene el control completo de lo que se entrega al sistema operativo y lo que el sistema operativo trata de hacer con el hardware. Y lo que descubrí fue un poco sorprendente. En ausencia de un vector de reinicio ACPI, Windows utiliza el controlador del teclado, espera un momento, lo intenta de nuevo y luego abandona. Si existe un vector de reinicio ACPI, Windows lo utiliza, luego prueba con el controlador del teclado, luego vuelve a utilizar el vector ACPI y prueba el controlador del teclado una vez más.

Esto resulta ser importante. Lo primero que significa es que genera dos escrituras en el vector ACPI de reinicio el sistema. El segundo es que deja un espacio entre ellas mientras toquetea el controlador de teclado. Y, sorprendentemente, resulta que en la mayoría de los sistemas el vector de reinicio ACPI apunta a 0xcf9 en el espacio de E/S del sistema. Incluso cuando la mayoría de las implementaciones nominalmente requieren escribir dos valores distintos, parece que este no es un requisito estricto y el método ACPI funciona.

[La versión del kernel Linux] 3.0 incluirá este comportamiento por defecto. Hace que varias máquinas funcionen (algunas Apple, por ejemplo), mejora las cosas en otras (algunas Thinkpad parecen quedarse tiesas durante largos períodos de tiempo, de otra manera) y con un poco de suerte evitará la necesidad de añadir más peculiaridades específicos al código de reinicio. Todavía hay algunas divergencias entre nosotros y Windows (mayormente en cuán seguido escribimos en el controlador de teclado), que se puede limpiar si resulta que hace alguna diferencia en cualquier lugar.

Ahora. De vuelta a los bugs de EFI.

– mjg59