Издаване на ядрото Linux 6.3

След две месеца разработка Линус Торвальдс представи версията на ядрото Linux 6.3. Сред най-забележителните промени: почистване на остарели ARM платформи и графични драйвери, продължаване на интеграцията на поддръжката на езика Rust, утилита hwnoise, поддръжка на дървовидни структури red-black в BPF, режим BIG TCP за IPv4, вграден тест за производителност Dhrystone, възможност за забрана на изпълнението в memfd, поддръжка за създаване на HID драйвери, използвайки BPF, в Btrfs са приети промени за намаляване на фрагментацията на групи блокове.

В новата версия са приети 15637 поправки от 2055 разработчици; размерът на патча е 76 MB (промените засегнаха 14296 файла, добавени са 1023183 реда код, изтрити са 883103 реда). За сравнение, в предишната версия са предложени 16843 поправки от 2178 разработчици; размерът на патча е 62 MB. Около 39% от всички представени в ядрото 6.3 промени са свързани с драйвери за устройства, около 15% от промените имат отношение към обновлението на кода, специфичен за хардуерни архитектури, 10% са свързани с мрежовото стечение, 5% с файловите системи и 3% с вътрешните подсистеми на ядрото.

Основните нововъведения в ядрото 6.3:

• Памет и системни услуги
  • Извършена е значителна почистка на кода, свързан с остарели и неизползвани ARM платформи, което е позволило да се намали размерът на изходните текстове на ядрото с 150 хиляди реда. Премахнати са над 40 стари ARM платформи.
  • Реализирана е възможност за създаване на драйвери за входни устройства с интерфейс HID (Human Interface Device), реализирани под формата на BPF програми.
  • Продължава пренасянето от клона Rust-for-Linux на допълнителна функционалност, свързана с използването на езика Rust като втори език за разработка на драйвери и модули на ядрото. Поддръжката на Rust не е активна по подразбиране и не води до включването на Rust в списъка с задължителни зависимости за компилация на ядрото. Предложената в предишните издания функционалност е разширена с поддръжка за типове Arc (реализация на указатели със счетоводители на референции), ScopeGuard (извършва почистване при напускане на видимост) и ForeignOwnable (осигурява прехвърляне на указатели между код на C и Rust). От пакета 'alloc' е премахнат модулът 'borrow' (тип 'Cow' и типаж 'ToOwned'). Отбелязва се, че състоянието на поддръжка на Rust в ядрото вече е близо до началото на приемането в ядрото на първите модули, написани на Rust.
  • В User-mode Linux (стартиране на ядрото като потребителски процес) на системи с архитектура x86-64 е реализирана поддръжка на код, написан на Rust. Добавена е поддръжка за компилиране на User-mode Linux с помощта на clang, включваща оптимизации по време на свързването (LTO).
  • Добавена е утилита hwnoise за проследяване на закъснения, причинени от особеностите на хардуера. Определят се отклоненията във времето за изпълнение на операциите (jitter), надвишаващи една микросекунда за 10 минути изчисления.
  • Добавен е модул в ядрото, който реализира теста за производителност Dhrystone, който може да се използва за оценка на производителността на CPU в конфигурации без компоненти на потребителското пространство (например, на етапа на портироване за нови SoC, на които е реализирано само зареждане на ядрото).
  • Добавен е параметър на командния ред на ядрото «cgroup.memory=nobpf», който изключва отчетността за потреблението на памет за BPF програми, което може да е полезно за системи с изолирани контейнери.
  • За BPF програми е предложена реализация на структура данни red-black tree, в която се използват kfunc + kptr (bpf_rbtree_add, bpf_rbtree_remove, bpf_rbtree_first) вместо добавяне на нов тип мапинг.
  • В механизма за перезапускане на последователности (rseq, restartable sequences) е добавена възможност за предаване на идентификатори за паралелно изпълнение на процесите (memory-map concurrency ID), съответстващи на номера на CPU. Rseq предоставя средства за бързо атомарно изпълнение на операции, които в случай на прекъсване от друг поток се почистват и се предприема нов опит за изпълнение.
  • На ARM процесори е осигурена поддръжка за инструкции SME 2 (Scalable Matrix Extension).
  • За архитектури s390x и RISC-V RV64 е реализирана поддръжка на механизма «BPF trampoline», който позволява минимизиране на разходите при предаване на повиквания между ядрото и BPF програмите.
  • На системи с процесори, базирани на архитектурата RISC-V, е реализирана употреба на инструкциите «ZBB» за ускоряване на операции със строки.
  • За системи, базирани на архитектурата на командния набор LoongArch (използвана в процесорите Loongson 3 5000 и реализираща нов RISC ISA, подобен на MIPS и RISC-V) е реализирана поддръжка за рандомизация на адресното пространство на ядрото (KASLR), промяна на разполагането на ядрото в паметта (relocation), апаратни точки на спиране и механизмът kprobe.
  • В механизма на DAMOS (Схеми за работа, основани на мониторинг на достъпа до данни), който позволява освобождаване на памет с оглед на честотата на достъп до паметта, е реализирана поддръжка на филтри за изключване на определени области от паметта от обработка в DAMOS.
  • В минималната стандартна C-библиотека Nolibc е реализирана поддръжка за архитектурата s390 и набора от инструкции Arm Thumb1 (в допълнение към поддръжката на ARM, AArch64, i386, x86_64, RISC-V и MIPS).
  • Оптимизиран е objtool за ускоряване на компилацията на ядрото и намаляване на пиковото потребление на памет по време на компилация (при компилация на ядрото в режим „allyesconfig“ вече не възникват проблеми с принудителното приключване на процеси на системи с 32 GB RAM).
  • Поддръжката на компилация на ядрото с компилатора Intel ICC е прекратена, тъй като той от дълго време не функционираше и никой не изрази желание да го поправи.
• Дисковата подсистема, вход/изход и файловите системи
  • В tmpfs е реализирана поддръжка на картографиране на идентификаторите на потребителите на монтираните файлови системи, използвана за съпоставяне на файлове на определен потребител на монтирано чуждоразделение с друг потребител в текущата система.
  • В Btrfs за намаляване на фрагментацията на групите блокове е осигурено разделянето наextents по размер при разпределените блокове, т.е. всяка група блокове сега се ограничава до малки (до 128KB), средни (до 8 MB) и големи extents. Проведен е рефакторинг на реализацията на raid56. Кодът за проверка на контролни суми е преработен. Извършени са оптимизации на производителността, които позволиха до 10 пъти по-бързо изпълнение на операцията send чрез кеширане на utime за директории и изпълнение на команди само при необходимост. Изпълнението на операции fiemap е ускорено три пъти, благодарение на пропускането на проверки на обратни връзки за споделени данни (снапшотове). Операциите с метаданни са ускорени с 10% благодарение на оптимизация на търсенето на ключове в структури b-tree.
  • Повишена е производителността на файловата система ext4, благодарение на възможността за едновременни операции с директен вход/изход от няколко процеса в предварително разпределени блокове, използвайки споделени заключвания на inode вместо изключителна блокировка.
  • В f2fs е извършена работа по подобряване на четимостта на кода. Решени са важни проблеми, свързани с атомарното записване и новия кеш на extents.
  • В файловата система EROFS (Enhanced Read-Only File System), предназначена за използване в дялове, достъпни в режим само за четене, е реализирана възможността за привързване на операциите по разархивиране на компресирано съдържание на файлове към процесора с цел намаляване на закъснението при достъп до данни.
  • В планировчика за вход/изход BFQ е добавена поддръжка за авангардни устройства на въртящи се дискове, например, такива, в които се използват няколко отделно управлявани задвижвания на глави (Multi Actuator).
  • В реализацията на клиента и сървър NFS е добавена поддръжка за криптиране на данни с помощта на алгоритъма AES-SHA2.
  • В подсистемата FUSE (Filesystems In User Space) е добавена поддръжка за механизма за разширение на заявките, позволяващ да се добавя допълнителна информация в заявката. На базата на тази възможност е реализирано добавяне на идентификатори на групи към заявката на ФС, необходими за отчитане на правата за достъп при създаване на обекти в ФС (create, mkdir, symlink, mknod).
• Виртуализация и сигурност
  • В хипервизора KVM за системи x86 е добавена поддръжка за разширени хипервизионни извиквания Hyper-V и е осигурен техен пренос към обработчика, работещ в хост околната среда в пространството на потребителите. Това изменение позволява реализирането на поддръжка за вложен старт на хипервизора Hyper-V.
  • В KVM е опростено ограничението на достъпа на гостуващата система до събитията на PMU (Performance Monitor Unit), свързани с измерването на производителността.
  • В механизма memfd, който позволява идентифицирането на област от паметта чрез предаван файлов дескриптор между процесите, е добавена възможност за създаване на области, в които изпълнението на код е забранено (non-executable memfd) и в бъдеще не е възможно да се задават права за изпълнение.
  • Добавена е нова prctl-операция PR_SET_MDWE, която блокира опити за включване на права за достъп до паметта, които едновременно позволяват запис и изпълнение.
  • Добавена и активирана по подразбиране е защита срещу атаки от клас Spectre, реализирана на базата на автоматичен режим IBRS (Enhanced Indirect Branch Restricted Speculation), предлаган в процесорите AMD Zen 4, който позволява адаптивно разрешаване и забраняване на спекулативното изпълнение на инструкции по време на обработка на прекъсвания, системни повиквания и превключвания на контекст. Предложената защита води до по-ниски разходи в сравнение с защитата Retpoline.
  • Премахната е уязвимост, която позволява заобикаляне на защитата от атаки Spectre v2 при използване на технологията за едновременна многонишкова обработка (SMT или Hyper-Threading) и е причинена от деактивирането на механизма STIBP (Single Thread Indirect Branch Predictors) при избора на режим на защита IBRS.
  • За системи с архитектура ARM64 е добавена нова цел за компилация „virtconfig“, при избора на която се активира само минималният набор от компоненти на ядрото, необходим за стартиране в системи за виртуализация.
  • За архитектура m68k е добавена поддръжка за филтриране на системни повиквания чрез механизма seccomp.
  • Добавена е поддръжка за вградени в процесорите AMD Ryzen устройства CRB TPM2 (Command Response Buffer), основани на технологията Microsoft Pluton.
• Мрежова подсистема
  • Добавен е netlink интерфейс за настройка на подуровня за предотвратяване на колизии PLCA (Physical Layer Collision Avoidance), определен в спецификацията IEEE 802.3cg-2019 и използван в Ethernet мрежи 802.3cg (10Base-T1S), оптимизирани за свързване на устройства от интернет на нещата и индустриални системи. Използването на PLCA позволява повишаване на производителността в Ethernet мрежи с обща среда.
  • Поддръжката на API „wireless extensions“ за управление на безжични интерфейси WiFi 7 (802.11be) е прекратена, тъй като този API не обхваща всички необходими настройки. При опит за използване на API „wireless extensions“, който продължава да се поддържа като еймулиран слой, за повечето актуални устройства сега ще се извежда предупреждение.
  • Подготвена е подробна документация по API netlink (за разработчици на ядрото и за разработчици на приложения в потребителското пространство). Реализирана е утилита ynl-gen-c за генериране на C код на базата на YAML спецификации на протокола Netlink.
  • В мрежовите сокети е добавена поддръжка на опцията IP_LOCAL_PORT_RANGE за опростяване на настройките на изходящи връзки през транслации на адреси без използване на SNAT. При използването на един IP адреси на няколко хоста, IP_LOCAL_PORT_RANGE предоставя възможност за използване на всеки хост с неговия собствен диапазон на изходящи мрежови портове, а на шлюза - перенасочване на пакети на базата на номера на портовете.
  • За MPTCP (MultiPath TCP) е реализирана възможност за обработка на смесени потоци, в които се използват протоколите IPv4 и IPv6. MPTCP е разширение на TCP протокола, което организира TCP свързването с доставка на пакети едновременно по няколко маршрута чрез различни мрежови интерфейси, свързани с различни IP адреси.
  • За IPv4 е реализирана възможност за използване на разширението BIG TCP, което позволява увеличаване на максималния размер на TCP пакета до 4GB за оптимизация на работата на високоскоростни вътрешни мрежи на дата центрове. Такова увеличение на размера на пакета при 16-битов размер на полето в заглавката се постига чрез реализиране на „jumbo“ пакети, размерът в IP заглавката на които е зададен на 0, а действителният размер се предава в отделно 32-битово поле в отделен прикачен заглавка.
  • Добавен е новият sysctl параметър default_rps_mask, чрез който може да се зададе използваната по подразбиране конфигурация RPS (Receive Packet Steering), отговорна за разпределението на обработката на входящия трафик по ядрата на CPU на ниво обработчици на прекъсвания.
  • Поддръжката на дисциплините за обработка на опашки за ограничаване на трафика CBQ (class-based queuing), ATM (ATM виртуални вериги), dsmark (маркер за диференцирани услуги), tcindex (индекс за управление на трафика) и RSVP (протокол за резервиране на ресурси) е прекратена. Тези дисциплини дълго време са в забрава и не се намериха желаещи да продължат тяхното поддържане.
• Оборудване
  • Премахнати са всички графични драйвери на базата на DRI1: i810 (стари интегрирани видеокарти Intel 8xx), mga (Matrox GPU), r128 (ATI Rage 128 GPU, включително карти Rage Fury, XPERT 99 и XPERT 128), savage (S3 Savage GPU), sis (Crusty SiS GPU), tdfx (3dfx Voodoo) и via (VIA IGP), които бяха обявени за остарели през 2016 година и не се поддържат в Mesa от 2012 година.
  • Премахнати са остарелите драйвери за фреймбуфер (fbdev) omap1, s3c2410, tmiofb и w100fb.
  • Добавен е DRM драйвер за интегрираните в CPU Intel Meteor Lake (14 поколение) блокове VPU (Versatile Processing Unit), предназначени за ускоряване на операции, свързани с компютърно зрение и машинно обучение. Драйверът е реализиран с използване на подсистемата „accel“, насочена към осигуряване на поддръжка на ускорители на изчисления, които могат да се предлагат както под формата на отделни ASIC, така и виде IP блокове вътре в SoC и GPU.
  • В драйвера i915 (Intel) е разширена поддръжката на дискретни видеокарти Intel Arc (DG2/Alchemist), реализирана е предварителна поддръжка на GPU Meteor Lake, включена е поддръжката на GPU Intel Xe HP 4tile.
  • В драйвера amdgpu е добавена поддръжка на технологията AdaptiveSync и възможността за използване на режим за защита на данни на екрана (Secure Display) с няколко дисплея. Подобрена е поддръжката на DCN 3.2 (Display Core Next), SR-IOV RAS, VCN RAS, SMU 13.x и DP 2.1.
  • В драйвера msm (GPU Qualcomm Adreno) е добавена поддръжка на платформите SM8350, SM8450, SM8550, SDM845 и SC8280XP.
  • В драйвера Nouveau е прекратена поддръжката на стари извиквания на ioctl.
  • В драйвера etnaviv е добавена експериментална поддръжка на NPU VerSilicon (VeriSilicon Neural Network Processor).
  • Реализиран е драйвер pata_parport за IDE-устройства, свързващи се през паралелен порт. Добавеният драйвер позволи да се премахне старият драйвер PARIDE от ядрото и да се модернизира подсистемата ATA. Ограничението на новия драйвер е невъзможността за едновременно свързване на принтер и диск през паралелен порт.
  • Добавен е драйвер ath12k за безжични карти на чипове Qualcomm с поддръжка на Wi-Fi 7. Добавена е поддръжка на безжични карти на чипове RealTek RTL8188EU.
  • Добавена е поддръжка на 46 платки с процесори, базирани на архитектура ARM64, сред които Samsung Galaxy Tab A (2015), Samsung Galaxy S5, BananaPi R3, Debix Model A, EmbedFire LubanCat 1/2, Facebook Greatlakes, Orange Pi R1 Plus, Tesla FSD, както и устройства на базата на SoC Qualcomm MSM8953 (Snapdragon 610), SM8550 (Snapdragon 8 Gen 2), SDM450 и SDM632, Rockchips RK3128 TV box, RV1126 Vision, RK3588, RK3568, RK3566, RK3588 и RK3328, TI K3 (AM642/AM654/AM68/AM69).

С едновременното освобождаване на Латиноамериканския фонд за свободен софтуер се оформи вариант на напълно свободно ядро 6.3 — Linux-libre 6.3-gnu, очищено от елементи на фърмуер и драйвери, съдържащи несвободни компоненти или участъци от код, чийто обхват е ограничен от производителя. В версия 6.3 е проведена почистване на блобовете в новите драйвери ath12k, aw88395 и peb2466, както и в новите файлове devicetree за устройства qcom, базирани на архитектура AArch64. Обновен е кодът за почистване на блобове в драйверите и подсистемите amdgpu, xhci-rcar, qcom-q6v5-pas, sp8870, av7110, както и в драйверите за DVB-карти с софтуерно декодиране и в предварително компилираните BPF-файлове. Почистването в драйверите mga, r128, tm6000, cpia2 и r8188eu е прекратено, тъй като те са били премахнати от ядрото. Подобрено е почистването от блобове в драйвера i915.

Източник: opennet.ru