转载-什么是微码Microcode

本文围绕CPU微码展开,介绍计算机体系结构存在多层抽象,如操作系统与底层硬件间的抽象。类比设备驱动,将微码比作汇编指令针对某型号CPU的驱动,它把汇编指令转成微操作。微码为汇编编写提供便利,在现代CPU中仍用于解码复杂指令,升级微码可解决处理器稳定和安全问题。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

from:

几句话说清楚44:什么是微码microcode | DecodeZ (decodezp.github.io)

每当听到有人说“这个问题更新一下微码就好了”,就觉得这个哥哥怎么这么迷人,好像在哪里见过。为了也让自己变成这种迷人的哥哥,我也研究了一下到底什么是微码。

这里说的是跑在CPU处理器上的微码,不是IBM那群人嘴里说的那个微码。如果你之前没和IBM打过交道那就当这段话不存在。

计算机体系结构是一层又一层的抽象,典型的比如操作系统对底层硬件的抽象。但鲜有人知的是,操作系统和底层硬件,尤其是CPU之间还存在着几层抽象。什么叫抽象,当然有很多种学术流的解释,但我土气一点的解释就是“不关心”,就是“Don’t care”,就是爱咋地咋地。

用这个模式套用一下我们熟悉的抽象:操作系统要将数据写入磁盘,它不关心怎么操作磁盘;应用要给某个服务器发个数据包,它也不关心怎么操作网卡。

回到我们的微码上来。我们现在常见的操作系统都是用C语言编写,它相对于汇编语言来说,也算是一种“高级语言”。编译器会将这种高级语言编译成汇编语言。只要C语言编写时“不关心”汇编指令是啥,那么就是相对汇编语言做了一次抽象。

马上就到微码了。我们知道汇编指令是执行在CPU上的,那么汇编指令会关心在某个具体型号的CPU上是怎么执行的吗?肯定不会的。汇编的一条ADD指令在80286上可以执行,在最新的Icelake上也能执行,但这两个CPU内部早已发生了天翻地覆的变化,执行ADD的操作已经完全不同了。

换句话说,就是汇编指令并“不关心”是如何在CPU上执行的。

操作系统不关心如何操作磁盘和网卡,是因为这些都有对应的设备驱动操心。汇编指令不关心具体如何在CPU中执行,这个就是由微码来操心了。所以用类比的方式,可以把微码类比成汇编指令针对某一型号CPU的驱动。

同样的汇编指令,会由该型号CPU的微码转成可以跑在该CPU上的微操作(Micro-ops/uops)。这些微操作指导CPU的电路完成汇编指令要求的意图。

在大家还在编写汇编语言代码的时代,微码为汇编语言的编写提供了方便:

  • 只关心汇编逻辑,而不用关心CPU内部电路设计和具体的执行方式
  • 方便设计出新的汇编指令,由微码翻译成具体的执行逻辑,比如循环中“变量自减若大于零则转跳”,可以用一条汇编指令代替,脏活累活都交给微码去干
  • 修复或绕过一些很难修复的处理器数字电路中的Bug

上述第二点也为CISC指令集的实现提供了技术基础。因为不可能所有复杂的指令都是由专门的执行复杂指令的硬件来完成的,也是由简单的数字逻辑模块组合而成的。

在现代CPU里,是存在专门的将汇编指令翻译成微操作的硬件解码器的。但微码依旧存在(就是CPU微架构图中前端那个Microcode sequencer),它作为一个Lookup Table保存在一块ROM中,用来解码复杂的指令,比如浮点运算的指令等。一般是硬件解码器解码得比较快,而用微码解码会比较慢。

理论上,如果你能更改某一个处理器的微码,那么经它翻译的指令可以变成任意其他的指令。因为它关心指令如何在CPU电路中执行。所以现在升级微码主要是用来解决处理器的稳定和安全性的问题。

当然你也可以用它模拟自己没有的汇编指令,比如AVX系列,我只要在看到AVX512的汇编之后,把它翻译成两个“SIMD256”或者四个“SIMD128”指令就好了。

### 解决 Grub 配置过程中的 `failed to get canonical path` 错误 当执行 `$ sudo update-grub2` 或者运行 `grub-mkconfig` 命令时,如果遇到错误 `/usr/sbin/grub-probe: error: failed to get canonical path of /cow.`[^1],这通常是因为系统正在使用临时文件系统的覆盖层(overlayfs),而 GRUB 工具无法解析这些路径。 #### 可能的原因分析 此问题的根本原因在于某些 Linux 发行版(如 Ubuntu Live CD 或基于 RAM 的环境)会利用 overlay 文件系统来创建可写入的文件系统层。这种机制可能导致 GRUB 探测工具尝试获取设备的实际路径失败[^3]。 --- #### 方法一:禁用 OverlayFS 并重新生成 GRUB 配置 可以通过挂载实际磁盘而非虚拟文件系统的方式解决问题: ```bash sudo mount --bind /dev/sdaX /mnt/target_root_fs sudo grub-install --root-directory=/mnt/target_root_fs /dev/sdY sudo chroot /mnt/target_root_fs update-grub exit ``` 上述命令中: - 将目标分区替换为具体的根文件系统位置(例如 `/dev/sda1` 替代 `/cow` 路径)。 - 使用 `--root-directory` 参数指定真实的根目录而不是临时文件系统。 这种方法可以绕过 overlay 层并直接操作物理存储设备。 --- #### 方法二:修改 GRUB 配置以支持 UUID 标识符 GRUB 默认会在生成启动菜单时通过 UUID 来识别根文件系统[^2]。因此,在配置文件中显式设置 UUID 是一种有效方法。 编辑 GRUB 配置文件 `/etc/default/grub`: ```bash sudo nano /etc/default/grub ``` 找到以下行并将参数更改为如下形式: ```plaintext GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="root=UUID=<your-root-partition-uuid>" ``` 保存更改后更新 GRUB: ```bash sudo update-grub ``` 要查找当前根分区的 UUID,可以运行以下命令: ```bash lsblk -f | grep ext4 # 如果您的文件系统不是 ext4,请调整过滤器。 ``` 或者直接查看 `/proc/mounts` 中的内容以确认根分区的具体 UUID。 --- #### 方法三:切换到非 live 环境下安装 GRUB 对于运行在 LiveCD 上的操作系统而言,由于其依赖于内存中的临时文件系统,可能会频繁触发此类错误。建议将操作系统正式安装至硬盘上后再完成 GRUB 安装流程。 具体步骤包括但不限于: 1. 启动标准安装程序; 2. 执行完整的磁盘分区与格式化; 3. 在新环境中初始化 GRUB。 --- #### 总结 以上三种方式分别针对不同场景提供了解决方案。优先推荐 **方法一** 和 **方法二**,因为它们能够在现有环境下快速修复问题;而对于长期使用的稳定部署,则应考虑采用 **方法三** 进行彻底迁移。 ---
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值