\documentclass[10pt]{article}

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% titre
\title{Caractérisation de l’instruction \texttt{clflush} sur systèmes multi-socket}
\author{\textsc{Augustin LUCAS}\\ENS de Lyon\\ \\Encadré par :\\
\textsc{Guillaume DIDIER}, \textsc{Angeliki KRITIKAKOU}\\
Équipe TARAN\\
Laboratoire IRISA\\
RENNES}

\date{3 Juin 2024 - 12 Juillet 2024}

% quelques macros
\newcommand{\TODO}[1]{\textbf{\color{red}#1}}

% le document lui-même
\begin{document}
\maketitle
\tableofcontents
\newpage


\section{\TODO{Abstract}}

\TODO{Réécrire parce qu'il fallait juste que je démarre mais ça ne ressemble à rien}

Les CPU modernes ont beaucoup d'instruction, et leur compréhension complète demande
une très grande maitrise technique. De plus, le fonctionnement détaillé des instructions des leaders du domaine
(Intel) est souvent non documenté, compliquant l'émergence de nouvelles industries dans ce secteur
très compétitif. Certaines attaques par canaux auxiliaire sur le cache comme Flush+Flush \cite{flushflush}
exploitent des caractéristiques très fines des processeurs, il est alors important de comprendre
le fonctionnement intrinsèque de certaines instruction pour mieux réaliser
ces attaques. \textit{Calibration Done right} \cite{calibrationdoneright} caractérise le fonctionnement de
l'instruction \texttt{clflush} sur certains processeurs Intel mais a mis en évidence que le fonctionnement
sur des systèmes à plusieurs sockets était significativement différent.

\section{Introduction}

\subsection{Hiérarchie de cache}

La mémoire DRAM d'un ordinateur est lente comparée à la fréquence du CPU. Le CPU dispose donc de caches,
basés sur une mémoire SRAM, plus petite mais plus rapide.

La politique de fonctionnement du cache cherche à minimiser le nombre d'accès à la mémoire DRAM.
Une politique optimale serait donc de charger en priorité les données qui vont être utilisées dans
un futur proche et d'évicter les données qui seront utilisées dans plus longtemps ou qui ne sont
plus utiles. Comme on ne peut pas aissément déterminer quels seront les prochains accès mémoire,
une heuristique de type LRU (Least Recently Used) est généralement mise en place pour déterminer
les données à évicter.

\begin{figure}[h]
  \centering
  \includegraphics[width=0.3\textwidth]{cachehierarchy}
  \caption{Différents niveaux de cache}
\end{figure}

Les processeurs que nous étudions disposent de 3 niveaux de cache : L1, L2, L3. À l'instar du L1 et L2,
le cache L3 est partagé et inclusif
\footnote{Cela dépend de l'architecture considérée : à partir de SkyLake, le L3 n'est plus inclusif}:
le L3 est le même pour tous les coeurs,
alors que chaque coeur dispose de son L1 et son L2 ; toutes les données contenues dans au
moins un L1 ou un L2 sont aussi dans le L3

Si le L3 est partagé, il n'est cependant pas situé en un seul endroit dans le CPU
mais est séparé en différentes slices : des tranches de mémoire accolées chacune à un coeur.
\footnote{\TODO{c'est plus compliqué sur les nouveaux proc}}

\begin{figure}[h]
  \centering
  \includegraphics[width=0.4\textwidth]{broadwell-die-shot}
  \caption{Broadwell Deca-Core die shot by Intel - annotated by Wikichip \cite{broadwelldieshot}}
\end{figure}

Lorsqu'un coeur accède à une donnée qui n'est pas encore dans son cache, c'est toute la ligne de mémoire:
les \TODO{x bits} environnants qui sont chargés dans son L1 ou L2. Comme le L3 est inclusif,
la ligne y est chargée également. Une fonction de hachage non documentée prenant en entrée
l'adresse mémoire de la donnée permet de choisir dans quelle slice du L3 celle-ci sera stockée.
Le travail de Clémentine Maurice et al.\cite{slice-reverse} a permis de \TODO{dévoiler} cette fonction.

\subsection{\TODO{cache coherency protocols}}

\subsection{Attaques par canaux auxiliaires}

\subsubsection{L'instruction \texttt{clflush}}

D'après le manuel Intel\cite{intel-man}:
\begin{displayquote}
  (flush cache line) instruction writes and invalidates the cache line associated
  with a specified linear address. The invalidation is for all levels of the processor’s cache
  hierarchy, and it is broadcast throughout the cache coherency domain.
\end{displayquote}

Lorsque l'instruction \texttt{clflush} est exécutée, l'adresse et la ligne de cache associée sont
évincés de tous les caches L1, L2 et L3 où elles se trouvaient possiblement.
Si des modifications avaient eu lieu, les modifications sont réécrites dans la mémoire DRAM.

L'instruction \texttt{clflush} est accessible à tout utilisateur non privilégié sur
les adresses mémoires auxquelles il a accès.

\subsubsection{\TODO{Flush+Flush}}



\section{\TODO{Systèmes multi-socket}}
\TODO{trouver un titre approprié}

\subsection{\TODO{Conduite des expériences}}

\subsection{\TODO{Analyse des résultats}}

\bibliographystyle{plain}
\bibliography{refs}

Experiments presented in this paper were carried out using the Grid'5000 testbed, supported by a scientific interest group hosted by Inria and including \textsc{Cnrs}, \textsc{Renater} and several Universities as well as other organizations (see \url{https://www.grid5000.fr} ).

\end{document}