Издание на ядрото на Linux 5.12

След две месеца разработки, Линус Торвалдс представи версията на ядрото Linux 5.12. Сред най-забележителните промени са: поддръжка на зонализирани блокови устройства в Btrfs, възможността за мапиране на потребителски идентификатори за файлови системи, прочистване на остарели ARM архитектури, режим "нетърпелива" запис в NFS, механизъм LOOKUP_CACHED за определяне на файловите пътища от кеша, поддръжка на атомарни инструкции в BPF, система за отстраняване на грешки KFENCE за откриване на проблеми с паметта, работа в отделен поток в ядрото с режим NAPI за polling в мрежовия стек, хипервизор ACRN, възможност за динамично изменение на модела за предварителна рутинга в планиращия механизъм и поддръжка на LTO оптимизации при компилация с Clang.

В новата версия са приети 14170 (в предишната версия 15480) поправки от 1946 (1991) разработчици, размерът на пача е 38 Мб (промените обхванаха 12102 (12090) файла, добавени са 538599 (868025) реда код, изтрити са 333377 (261456) реда). Около 43% от всички представени в 5.12 промени са свързани с драйвери за устройства, приблизително 17% от промените касаят обновление на код, специфичен за хардуерни архитектури, 12% е свързано с мрежовия стек, 5% с файловите системи и 4% с вътрешните подсистеми на ядрото.

Основни нововъведения:

• Дискова подсистема, вход/изход и файлови системи
  • Реализирана е възможност за мапиране на потребителски идентификатори за монтирани файлови системи (може да се сопоставят файлове на един потребител на монтиран чужд дял с друг потребител в текущата система). Мапирането се поддържа за файловите системи FAT, ext4 и XFS. Предложената функционалност позволява да се опрости споделянето на файлове между различни потребители и на различни компютри, включително мапирането ще се прилага в механизма на преносими домашни каталози systemd-homed, позволявайки на потребителите да преместват своите домашни каталози на външни носители и да ги използват на различни компютри, чиято разпределение на идентификатори не съвпада. Друго полезно приложение е организирането на споделен достъп до файлове от външен хост, без да се променят фактически данните за собствениците на файловете в файловата система.
  • В ядрото са приети патчове LOOKUP_CACHED, позволяващи от потребителското пространство да се извършват операции за определяне на файловия път без блокиране, само на базата на наличните в кеша данни. Режимът LOOKUP_CACHED се активира при извикването на openat2() чрез предаване на флаг RESOLVE_CACHED, при който данните се предоставят само от кеша, а ако определянето на пътя изисква достъп до съхранението, се връща грешка EAGAIN.
  • В файловата система Btrfs е добавена начална поддръжка на зонирани блокови устройства (устройства на твърди дискове или NVMe SSD, чийто капацитет е разбит на зони, представляващи групи блокове или сектори, в които е разрешено само последователно добавяне на данни с актуализиране на цялата група блокове). В режим само за четене е реализирана поддръжка на блокове с метаданни и данни, размер на които е по-малък от страницата (subpage).
  • В файловата система F2FS е добавена възможност за избор на алгоритъм и ниво на компресия. Добавена е поддръжка за високо ниво на компресия за алгоритъма LZ4. Реализирана е опция за монтиране checkpoint_merge.
  • Реализирана е нова ioctl-команда FS_IOC_READ_VERITY_METADATA за четене на метаданни от файлове, защитени с помощта на fs-verity.
  • В клиента NFS е реализиран режим на "предварително" записване (writes=eager), при който операциите на запис в файл веднага се предават на сървъра, заобикаляйки страничния кеш. Указаният режим позволява да се намали потреблението на памет, осигурява незабавно получаване на информация за завършване на свободното пространство в ФС и в някои ситуации дава възможност за повишаване на производителността.
  • В CIFS (SMB) са добавени нови опции за монтиране: acregmax за управление на кеширането на файлове и acdirmax за управление на кеширането на метаданните на директориите.
  • В XFS е включен режим на многонишкова проверка на квотите, ускорено е изпълнението на fsync, проведена е подготовка на кода growfs за реализация на функция за намаляване на размера на ФС.
• Памет и системни услуги
  • Добавена е подсистема DTMP (Dynamic Thermal Power Management), позволяваща динамично регулиране на енергопотреблението на различни устройства на базата на зададени общи температурни ограничения.
  • Внедрена възможност за компилиране наядро с Clang, включително оптимизации на етапа на свързване (LTO, Link Time Optimization). LTO оптимизациите се различават по това, че вземат предвид състоянието на всички файлове, участващи в процеса на компилиране, докато традиционните режими на оптимизация оптимизират всеки файл поотделно и не отчитат условията за извикване на функции, дефинирани в други файлове. Например, при LTO е възможно inline разгръщане на функции от други файлове, неизползваният код не се включва в изпълняемия файл, извършва се проверка на типовете и обща оптимизация на ниво проект. Поддръжката на LTO в момента е ограничена до архитектури x86 и ARM64.
  • Предоставена е възможност за избор на режими на предаване (PREEMPT) в планировчика на задачи по време на зареждане (preempt=none/voluntary/full) или по време на работа чрез debugfs (/debug/sched_debug), при условие че е зададена настройката PREEMPT_DYNAMIC при компилирането на ядрото. Преди режимът на предаване можеше да бъде зададен само на ниво параметри на компилацията. Промяната позволява на дистрибутивите да предоставят ядра с активиран режим PREEMPT, осигуряващ минимални закъснения за работни станции, на цена на незначителното намаляване на пропускателната способност, и при необходимост да се върнат към режимите PREEMPT_VOLUNTARY (промеждутъчен режим за работни станции) или PREEMPT_NONE (осигуряващ максимална пропускателна способност). сървъри).
  • В подсистемата BPF е добавена поддръжка на атомарни операции BPF_ADD, BPF_AND, BPF_OR, BPF_XOR, BPF_XCHG и BPF_CMPXCHG.
  • BPF програмите получиха възможност за достъп до данни в стека чрез указатели с променливо изместване. Например, ако преди достъпът до масив в стека е бил възможен само чрез постоянен индекс на елемента, сега е възможно да се използва променлив индекс. Контролът на достъпа става само в рамките на съществуващите граници, постигнат чрез верификатора BPF. Възможността е налична само за привилегировани програми поради опасения за експлоатация на уязвимости, свързани със спекулативното изпълнение на код.
  • Добавена е възможност за прикрепяне на BPF програми към "голи" точки на проследяване (bare tracepoints), не свързани с видимите в пространството на потребителя събития за проследяване (за подобни точки на проследяване не се гарантира запазване на ABI).
  • Поддръжката на шина CXL 2.0 (Compute Express Link) е реализирана, което позволява високоскоростна комуникация между CPU и паметта (това позволява на външни устройства за памет да се използват като част от РАМ или постоянна памет, сякаш тази памет е свързана чрез стандартен контролер за памет в CPU).
  • Добавен е драйвер nvmem за извличане на данни от резервирани области на паметта, недостъпни за Linux (например памет EEPROM, физически достъпна само за фърмуера, или данни, достъпни само на ранните етапи на зареждане).
  • Поддръжката на система за профилиране „oprofile“ е премахната, тъй като не получи достатъчно разпространение и беше заменена от по-съвременния механизм perf.
  • В интерфейса за асинхронен вход/изход io_uring е осигурена интеграция с cgroup, управляващи използването на паметта.
  • За архитектурата RISC-V е реализирана поддръжка на NUMA системи, както и механизми kprobes и uprobes.
  • Добавена е възможността за използване на системен повик kcmp() независимо от функционалността на моментните копия на състоянието на процесите (checkpoint/restore).
  • Макросите EXPORT_UNUSED_SYMBOL() и EXPORT_SYMBOL_GPL_FUTURE() са премахнати, тъй като не са използвани на практика от много години.
• Виртуализация и безопасност
  • Добавен е механизъм за защита KFence (Kernel Electric Fence), който улавя грешки при работа с паметта, като например излизане извън границите на буфера и достъп след освобождаване на памет. За разлика от отладъчния механизъм KASAN, подсистемата KFence предлага висока скорост на работа и ниски разходи, което позволява улавяне на грешки, които се проявяват само при работа в реални системи или при дълговременна работа.
  • Добавена е поддръжка на хипервизора ACRN, предназначен за задания в реално време и приложим за критично важни системи. ACRN осигурява минимални разходи, гарантира ниски закъснения (low latency) и адекватна реакция при взаимодействие с хардуера. Поддържа виртуализация на ресурси като CPU, вход/изход, мрежови подсистеми, графични и звукови операции. ACRN може да се използва за стартиране на няколко изолирани. на виртуални машини в електронни блокове за управление, приборни панели, автомобилни информационни системи, потребителски IoT устройства и друга вградена техника. ACRN поддържа два типа гостуващи системи — привилегировани Service VM, които се използват за управление на ресурсите на системата (CPU, памет, вход/изход и т.н.) и потребителски User VM, в които могат да се стартират Linux дистрибуции, Android и Windows.
  • В подсистемата IMA (Integrity Measurement Architecture), предлагаща поддържане на база хешове за проверка на целостта на файловете и свързаните с тях метаданни, се появи възможност за проверка на целостта на данните на самото ядро, например, за проследяване на измененията в правилата на SELinux.
  • В хипервизора KVM е добавена възможност за прихващане на хипервизорни извиквания Xen и тяхното пробросване в емулационен софтуер, работещ в потребителското пространство.
  • Добавена е възможност за използване на Linux като коренова среда за хипервизора Hyper-V. Кореновата среда има директен достъп до оборудването и се използва за стартиране на гостуващи системи (аналогично на Dom0 в Xen). Досега Hyper-V (Microsoft Hypervisor) поддържаше Linux само в гостуващи среди, но самият хипервизор беше управляван от среда базирана на Windows.
  • Добавена е поддръжка за inline криптиране за карти eMMC, позволяваща активирането на вградени механизми за криптиране в контролера на носителя, които осигуряват прозрачно криптиране и декриптиране на вход/изход.
  • От криптоподсистемата е премахната поддръжката на неизползваните в ядрото хешове RIPE-MD 128/256/320 и Tiger 128/160/192, както и на потоковия шифър Salsa20, заменен от алгоритъма ChaCha20. Алгоритъмът blake2 е актуализиран до реализация blake2s.
• Мрежовата подсистема
  • Добавена е възможност за изнасяне на обработчика NAPI за polling на мрежови устройства в отделен поток на ядрото, което позволява постигане на по-висока производителност за някои типове натоварване. Досега polling се изпълняваше в контекста на softirq и не се обхващаше от планировчика на задачите, което затрудняваше фината оптимизация за постигане на максимална производителност. Изпълнението в отделен поток на ядрото позволява наблюдение на обработчика за polling от потребителското пространство, прикачване към отделни ядра на CPU и отчитането им при планиране на превключване на задачи. За включване на новия режим в sysfs е предложен параметър /sys/class/net//threaded.
  • Продължено е включването в ядрото на MPTCP (MultiPath TCP), разширение на TCP протокола за организиране на работа на TCP връзка с доставяне на пакети едновременно по няколко маршрута през различни мрежови интерфейси, свързани с различни IP адреси. В новото издание е добавена възможност за присвояване на приоритет на определени потоци, което позволява, например, организиране на работа на резервни потоци, които се активират само при проблеми с основния поток.
  • В IGMPv3 е добавена поддръжка на механизма EHT (Explicit Host Tracking).
  • В механизма за филтриране на пакети netfilter е реализирана възможност за собственост на определени таблици, за получаване на изключителен контрол (например фонов процес на междусетевия екран може да заключи определени таблици, забранявайки на другите да се намесват в тях).
• Оборудване
  • Извършена е почистване на остарели и ненадеждни ARM платформи. Премахнат е кодът на платформите efm32, picoxcell, prima2, tango, u300, zx и c6x, както и свързаните с тях драйвери.
  • В драйвера amdgpu е реализирана възможност за овърклокване (OverDrive) на карти, базирани на GPU Sienna Cichlid (Navi 22, Radeon RX 6xxx). Добавена е поддръжка на пикселен формат FP16 за DCE (display controller engine) от 8 до 11 поколение. За GPU Navy Flounder (Navi 21) и APU Van Gogh е реализирана възможност за ресетиране на GPU.
  • В драйвера i915 за видеокарти Intel е реализиран параметър i915.mitigations за деактивиране на механизми за изолация и защита с цел повишаване на производителността. За чипове от Tiger Lake нататък е активирана поддръжка на механизма VRR (Variable Rate Refresh), позволяващ адаптивна промяна на честотата на опресняване на монитора, за да се осигури плавност и липса на забавяния по време на игри. Активирана е поддръжка на технологията Intel Clear Color за подобряване на точността на цветопредаването. Добавена е поддръжка на DP-HDMI 2.1. Реализирана е възможност за управление на подсветката на eDP панели. За GPU Gen9 с поддръжка на LSPCON (Level Shifter and Protocol Converter) е активирана поддръжка на HDR.
  • В драйвера nouveau е добавена начална поддръжка на GPU NVIDIA, базирани на архитектура GA100 (Ampere).
  • В драйвера msm е добавена поддръжка на GPU Adreno 508, 509 и 512, използвани в чиповете SDM (Snapdragon) 630, 636 и 660.
  • Добавена е поддръжка на звуковите карти Sound BlasterX AE-5 Plus, Lexicon I-ONIX FW810s и Pioneer DJM-750. Добавена е поддръжка на звуковата подсистема Intel Alder Lake PCH-P. Реализирана е поддръжка на софтуерна симулация на свързване и изключване на аудиоразъема за отстраняване на неизправности в обработчиците в пространството на потребителя.
  • Добавена поддръжка на игрови конзоли Nintendo 64, произвеждани от 1996 до 2003 година (предишни опити за портване на Linux за Nintendo 64 не бяха завършени и имаха статус Vaporware). Мотивацията за създаването на нов порт за остаряла платформа, която не се произвежда от почти две десетилетия, е желанието да се стимулира развитието на емулатори и улесняване на преноса на игри.
  • Добавен е драйвер за игровия контролер Sony PlayStation 5 DualSense.
  • Добавена е поддръжка на ARM платформи, устройства и платформи: PineTab, Snapdragon 888 / SM8350, Snapdragon MTP, Two Beacon EmbeddedWorks, Intel eASIC N5X, Netgear R8000P, Plymovent M2M, Beacon i.MX8M Nano, NanoPi M4B.
  • Добавена е поддръжка на смартфони Purism Librem5 Evergreen, Xperia Z3+/Z4/Z5, ASUS Zenfone 2 Laser, BQ Aquaris X5, OnePlus 6, OnePlus 6T, Samsung GT-I9070.
  • Добавен е драйвер bcm-vk за платки-ускорители Broadcom VK (например, PCIe платки Valkyrie и Viper), които могат да се използват за отделяне на операции по обработка на звук, видео и изображения, както и за действия, свързани с криптиране.
  • Добавена е поддръжка на платформата Lenovo IdeaPad с възможност за управление на постоянното зареждане и подсветката на клавиатурата. Осигурена е поддръжка на ACPI профила на платформата ThinkPad с възможност за управление на режимите на енергийна ефективност. Добавен е драйвер за HID подсистемата на Lenovo ThinkPad X1 Tablet Gen 2.
  • Добавен е драйвер ov5647 с поддръжка на модул с камера за Raspberry Pi.
  • Добавена е поддръжка на RISC-V SoC FU740 и плат HiFive Unleashed. Добавен е нов драйвер за чипа Kendryte K210.

Източник: opennet.ru