Релиз на ядрото на Linux 6.8

След четири месеца разработка, Линус Торвалдс представи релиз на ядрото Linux 6.8. Сред най-забележителните промени: драйвер Xe за GPU Intel, режим на защита на блокови устройства с монтирани файлови системи, механизъм за планиране на задачите Deadline server, автоматична оптимизация на сливания на идентични страници в паметта, първият драйвер на езика Rust, системни повики listmount и statmount, премахване на bpfilter и SLAB, механизъм guest_memfd в KVM, профилиране на достъпа до данни.

В новата версия са приети 15641 корекции от 2018 разработчици, размерът на пача е 44 MB (промените засягат 12212 файла, добавени са 663864 реда код, изтрити са 339094 реда). В предишното издание имаше 18405 корекции от 2066 разработчици, размерът на пача беше 72 MB. Около 42% от всички представени в 6.8 промени са свързани с драйвери на устройства, приблизително 15% от промените се отнасят до обновление на код, специфичен за хардуерни архитектури, 14% са свързани с мрежовия стек, 6% — с файловите системи и 3% с вътрешните подсистеми на ядрото.

В Git репозиторият с ядрото 6.8 има 9.996 милиона обекта, което свидетелства, че следващото ядро 6.9 ще преодолее знаковата граница от 10 милиона git обекта. По-рано смяната на номера на клоновете 3.x и 4.x добре корелира с броя git обекти в репозитория — ядрото 3.0 беше пуснато, когато в репозитория имаше около 2 милиона обекта, а ядрото 4.0 — 4 милиона обекта. Въпреки това, през 2019 година пускането на 5.0 прекъсна тази логическа последователност, тъй като по време на неговото формиране репозиторият включваше около 6.5 милиона git обекта.

Основните нововъведения в ядрото 6.8:

• Дисковата подсистема, вход/изход и файловите системи
  • Добавен е режим на блокиране на директни записи на блокови устройства, на които има монтирани файлови системи (след включването на режима, потребителят root не може да извършва промени в файловата система чрез манипулации на ниво блоково устройство). По подразбиране режимът е изключен и изисква указване на параметъра BLK_DEV_WRITE_MOUNTED при компилация. За дяловете с Btrfs блокирането все още не работи, тъй като в кода на Btrfs все още не са приети необходимите промени.
  • Добавени са системни повиквания listmount() и statmount(), които позволяват на пространството на потребителя да получи детайлна информация за монтираните файлови системи.
  • В файловата система XFS продължава работата по реализацията на възможността за използване на утилитата fsck за проверка и коригиране на откритите проблеми в онлайн режим, без демонтиране на файловата система.
  • В Ext4 за блокове с размер по-малък от страницата на паметта е въведен извикването dioread_nolock, което позволява да се увеличи производителността, чрез премахване на излишните заключвания. Някои функции са преминали на използване на странични фолиа на паметта (page folios).
  • В Btrfs е добавена поддръжка на флага за монтиране „nospace_cache“ за деактивиране на кеша на свободните блокове. Някои функции са преминали на използване на странични фолиа на паметта (page folios).
  • В файловата система EROFS (Разширима само за четене файлова система), предназначена за използване на разпределения, достъпни в режим само за четене, е добавена поддръжка на компресия на субстраници и е подобрено функционирането при недостиг на памет.
  • В файловата система F2FS е подобрена поддръжката на зонирани устройства за съхранение (разделение на зони от групи блокове или сектори, в които е разрешено само последователно добавяне на данни с обновление на цялата група блокове).
  • За файловата система SMB е реализирана възможността за създаване на блокови и символните файлове на устройства.
  • В Bcachefs е добавена частична поддръжка за проверка и възстановяване на целостта на монтираните файлови системи.
  • В подсистемата device-mapper е прекратена поддръжката на обработчици MD_LINEAR, MD_MULTIPATH и MD_FAULTY, обявени за остарели през 2021 година.
• Памет и системни услуги
  • В подсистемата Zswap е добавена активираща се при недостиг на оперативна памет възможност за принудителен износ в реален дял за размяна на „студени“ страници на паметта, до които не е имало достъп и които най-вероятно ще останат ненужни. Zswap извършва кеширане на изключените страници за размяна, съхранявайки ги в оперативна памет в компресиран вид, по възможност без да се премества в реален некондензиран дял за размяна на диска. Направените промени при недостиг на памет позволяват да се намали размерът на хранилището в ОЗУ на пул Zswap и да се освободят памети за системата.
  • В Zswap е предложен нов режим, който напълно деактивира отложеното записване (writeback) в реалния дял за размяна, ако опитът за запис не успее, и не премества вече наличните в пул zswap страници в дяла за размяна.
  • В планирача на задачи е добавен механизм SCHED_DEADLINE server, който решава проблема с недостатъчното получаване на CPU ресурси от обикновените задачи в условия на монополизация на CPU от високоприоритетни (realtime) задачи. За да се предотврати монополизацията на CPU, в ядрото преди това се е използвал механизъм Realtime throttling, който се опитваше да резервира 5% за низкоприоритетни задачи, оставяйки 95% от времето за realtime-задачи. Този механизъм оставяше много да се желае, тъй като обикновените задачи в много ситуации получаваха недостатъчно процесорно време. SCHED_DEADLINE server реализира по-ефективен механизъм за резервиране на ресурси.
  • В подсистемата DAMON (Data Access MONitor), която позволява проследяване на достъпа на процеса до данните в оперативната памет (например, можете да разберете до кои области на паметта е свързан процесът и кои области на паметта остават необработени), е добавен механизъм за автоматична настройка на агресивността на потреблението на памет на база определени квоти.
  • Добавена е поддръжка за многоразмерни големи страници на памет (mTHP — multi-size Transparent Huge Pages), позволяваща предвид на памет в блокове, размерът на които е по-голям от базовата страница, но по-малко от традиционната THP-страница.
  • Добавена е поддръжка за големи фолианти (page folios, комбинирани страници на памет) за анонимна памет (непривързана към FS, например, осигурена чрез malloc). Промените са насочени към подобряване на производителността чрез предоставяне на по-големи блокове памет по време на достъпа до неразпределени страници на памет (page faults). Например, използването на големи фолианти е позволило да се намали времето за повторно изграждане на ядрото с 5% (при намаляване на времето, прекарано на ниво ядро, с 40%).
  • В конфигурационния файл на ядрото е добавен параметър TRANSPARENT_HUGEPAGE_NEVER, който позволява деактивиране на използването на големи страници на памет (Transparent Huge Pages).
  • В системния повик userfaultfd(), който дава възможност за създаване на обработчици на достъпи до неразпределени страници на памет (page faults) в потребителското пространство, е добавена операция UFFDIO_MOVE, позволяваща при опаковане на купа (heap compaction) да се преместят страниците на паметта в виртуалното адресно пространство без извършване на операция по разпределение на страниците на паметта. В проведените тестове, приложението UFFDIO_MOVE е позволило да се намали времето за опаковане с 40% в сравнение с използването на операцията UFFDIO_COPY.
  • Добавен механизъм «KSM advisor», който автоматично оптимизира параметрите на подсистемата за сливане на идентични страници в паметта (KSM — Kernel Samepage Merging).
  • Продължава преносът на измененията от клона Rust-for-Linux, свързани с използването на езика Rust като втори език за разработка на драйвери и модули на ядрото (поддръжката на Rust не е активирана по подразбиране и не води до включването на Rust сред задължителните зависимости за компилация на ядрото). В новата версия са включени промени, добавящи Rust-обвивка над нивото на абстракция phylib, която използва драйвера ax88796b_rust, осигуряващ поддръжка за PHY интерфейса на Ethernet контролера Asix AX88772A (100MBit). По функционалност драйверът на Rust е напълно еквивалентен на стария драйвер ax88796b, написан на C, и може да се използва с мрежови карти X-Surf 100, оборудвани с чипа AX88796B. За архитектурата LoongArch е предоставена възможност за писане на модули на езика Rust. Извършен е преход към версия Rust 1.74.1.
  • Добавен е механизъм BPF token, който позволява селективно делегиране на обработката на индивидуални възможности на BPF, като зареждане на BPF програма или създаване на BPF map, на непривилегировани процеси в потребителското пространство, чиято достоверност е потвърдена с помощта на специален токен.
  • Разширена е функционалността на верификатора за BPF програми.
  • В утилитата perf е добавена поддръжка за профилиране на данни, което позволява проследяване на четене и запис в структури от данни, например с цел идентифициране на най-активно модифицираните полета в структурите. На системи с процесори, поддържащи събиране на информация за операции с паметта (Intel, AMD, ARM), за натрупване на статистика трябва да се използва командата «perf mem record», а за извеждане на отчет за взаимодействия с структури от данни — «perf annotate —data-type».
  • Извършена е оптимизация на производителността при обработка на системни повиквания на архитектурата s390 (IBM Z), която е довела до ускорение на входа в системно повикване с около 11% в тестовете.
  • Предоставена е възможност за промяна на размера на буферите за трасировка, използвани за буфериране на информация за събития на трасировка, предавани в потребителското пространство.
  • Преди това обявеният механизъм за разпределение на паметта SLAB е отстранен, като в ядрото сега се използва само SLUB. Причините са проблеми с поддръжката, наличие на грешки в кода и дублиране на функционалността с по-съвършения алокатор SLUB.
  • При компилирането на ядрото е включен флагът '-Wmissing-prototypes', който генерира предупреждения за повиквания на глобални функции, които нямат определение на прототип.
  • За архитектурата RISC-V на системи с поддръжка на разширение SUSP SBI е реализирана поддръжка за преминаване в режим на готовност с запазване на състоянието в RAM. Предоставена е възможност за използване на системния зов riscv_hwprobe() за получаване на информация за поддържаните разширения на архитектурата на RISC-V.
• Виртуализация и сигурност
  • Добавени са нови системни повиквания lsm_list_modules(), lsm_get_self_attr() и lsm_set_self_attr() за извеждане на списък с натоварени LSM модули (Linux Security Modules) и за получаване/настройване на атрибутите на LSM модула. Въведена е нова структура lsm_ctx за комуникация в контекста на LSM между потребителското пространство и ядрото.
  • Подсистемата AppArmor е прехвърлена на използване на алгоритъма SHA-256 за верификация на правилата, вместо хешовете SHA-1.
  • От ядрото е премахната реализацията на функцията strlcpy(), която лятото беше включена в C библиотеката Glibc 3.38. Strlcpy е алтернатива на функцията strncpy(), която съдържа защита срещу преливане на буфера и винаги добавя нулев байт за завършване на низ.
  • В хипервизор KVM Добавена е поддръжка на подсистемата guest_memfd (guest-first memory), предоставяща функции за управление на паметта, позволяващи реализирането на възможности и оптимизации, недостижими при използването на общата подсистема за управление на паметта. Например, guest_memfd позволява да се задели и отрази в гост системата зона памет, недостъпна за хост околната среда, която може да се използва за осигуряване на конфиденциални изчисления.
  • За гост системи, работещи под управлението на хипервизор KVM, е включена поддръжка за предоставения в Intel процесорите режим LAM (Linear Address Masking), позволяващ използването на част от битовете на 64-битовите указатели (от 57 до 62 бит) за съхраняване на несвързани с адресирането метаданни.
  • В хипервизор KVM за системи, базирани на архитектура ARM64, е добавена поддръжка за 52-битови (LPA2) физически адреси. За системи с архитектура x86 е предоставена възможност за компилация без емулация на хипервизорите Hyper-V, което позволява намаляване на размера на ядрото.
  • Добавен е драйвер iaa (IAA Compression Accelerator) за ускоряване на операциите по компресия и разпаковане на данни с метод DEFLATE, използвайки възможностите на криптографските акселератори Intel Analytics Accelerator (IAA).
  • На страната на хост-средата е реализирана поддръжка на механизма Intel TDX (Trusted Domain Extensions), позволяваща при използване на хипервизор KVM да се създават защитени гостуващи среди, в които се използва криптиране на паметта. виртуални машини.
  • В SELinux е добавен SID-идентификатор „init“, който позволява разграничаване на процесите, стартирани в началния етап на зареждане, преди прилагането на политиките на SELinux. Подобряването на интерфейса /sys/fs/selinux за управление на SELinux.
• Мрежова подсистема
  • Проведена е нискоуровнева реорганизация на основните мрежови структури от данни, извършена с цел повишаване на ефективността на кеширането. По-рано полетата в структурите на мрежовия стек socks, netdev, netns и mibs бяха разположени последователно, което ограничаваше използването на процесорния кеш. Преразглеждането на разположението на променливите в структурите доведе до значително увеличение на скоростта на TCP, благодарение на минимизиране на използването на кеш линии по време на предаване на данни и оптимизация на достъпа до променливите. В случаи на обработка на множество паралелни TCP-съединения ускорението може да достигне 40%.
  • Премахната е подсистемата bpfilter, използваща BPF за филтриране на пакети. Bpfilter беше предоставен от версия 4.18, но не беше доведен до ниво, годно за широко използване. През последните години кодът на bpfilter в ядрото не е бил развиван, а разработката е продължила от компанията Facebook в отделен репозиторий.
• Оборудване
  • Включен новият drm-драйвер (Direct Rendering Manager) Xe за GPU, базиран на архитектурата Intel Xe, която се използва в графични карти Intel от семейството Arc и интегрираната графика, започвайки с процесорите Tiger Lake. Драйверът Xe е проектиран като основа за поддръжката на новите чипове, независимо от кода за поддръжка на стари платформи. Драйверът е изградена с нова архитектура, която по-активно използва съществуващите компоненти на подсистемата DRM, както и типични компоненти на драйвера i915, които не са свързани с конкретни GPU, например, код за взаимодействие с екрани, модел на паметта и реализация на execbuf. В Mesa работата на OpenGL и Vulkan върху драйвера Xe е реализирана на ниво промени, направени в съществуващите Mesa-драйвери Iris и ANV.
  • В драйвера i915 продължава работата по реализиране на поддръжка за чиповете Intel LunarLake (Xe 2). Подобрена е поддръжката на чиповете Intel Meteor Lake.
  • В драйвера Nouveau е реализирана настройка за използване по подразбиране на функциите за фърмуер GSP за работа с GPU NVIDIA, базирани на микроархитектурите Turing и Ampere, при които операции по инициализация и управление на GPU се извършват от отделен микроконтролер GSP (GPU System Processor). При активиране на настройката драйверът ще работи чрез обращение към фърмуера, вместо с директно програмиране на операции за взаимодействие с хардуера.
  • В драйвера AMDGPU е реализирана поддръжка на ACPI WBRF и VPE DPM, променена е обработката на скоростта на канала PCIe, в приложените за синхронизация опашки са включени 64-битови последователни номера, добавена е поддръжка на специфични за AMD механизми за управление на цвета, решен е проблемът с преминаването в спящ режим.
  • Добавена е начална реализация на драйвера за GPU Broadcom VideoCore 7.1, използван в платките Raspberry Pi 5.
  • Добавен е драйвер за GPU серия PowerVR 6, базиран на микроархитектурата Rogue от компанията Imagination Technologies.
  • Добавена е поддръжка на контролери Thunderbolt/USB4, интегрирани в чипове с микроархитектура Intel Lunar Lake.
  • Добавени са драйвери за камери, използвани в SoC Starfive, GalaxyCore GC2145/GC0308, Chips&Media Wave и THine THP7312.
  • Добавена е поддръжка на игрови контролери NSO (Nintendo Switch Online) — варианти на стари контролери от SNES (Super Nintendo), Genesis и N64 (Nintendo 64), адаптирани за Nintendo Switch. Добавен е драйвер за геймпадовете Adafruit Seesaw. В драйвера xpad е добавена поддръжка на контролери Lenovo Legion Go.
  • В драйвера dts е добавена поддръжка на игрови устройства Powkiddy RK2023, Powkiddy X55 и Anbernic RG351V.
  • Добавена е поддръжка за звукови системи, използвани в чиповете NXP i.MX8m MICFIL, Qualcomm SM8250, AMD ACP5x, Intel Arrow Lake, SM8550, SM8650 и X1E80100.
  • Компанията AMD направи промени, свързани с поддръжката на бъдещата серия процесори на база новата микроархитектура Zen 5.
  • Добавена е поддръжка за ARM64 SoC: Qualcomm SM8650 (Snapdragon 8 Gen 3), Qualcomm X1E80100 (Snapdragon X Elite), Samsung Exynos Auto v920, Google GS101 (Tensor G1), MediaTek MT8188 и Unisoc UMS9620 (Tanggula 7).
  • Добавена е поддръжка на ARM платформи и устройства: Huashan Pi, Microsoft Lumia, HTC One Mini 2, Motorola MotoG 4G, Huawei Honor 5X/GR5, Anbernic RG351V, Powkiddy RK2023, Powkiddy X55, ComXpress на база Marvell CN913x, Chromebook Lenovo, Asus и Acer на база Mediatek MT8183, Toradex Verdin AM62, платки на база Allwinner H616/H618.
  • Прекратена е поддръжката на процесори ARM11 ARMv6K SMP.

Междувременно латиноамериканският Фонд за свободен софтуер оформя вариант на напълно свободно ядро 6.8 — Linux-libre 6.8-gnu, почистено от елементи на фърмуер и драйвери, съдържащи несвободни компоненти или части от код, чието приложение е ограничено от производителя. В версия 6.8 е обновен кодът за почистване на блобовете в различни драйвери и подсистеми. Направено е почистване на драйверите Intel qat_420xx, Imagination PowerVR, Intel Xe, Chips&Media Wave5, Intel VSC, Aquantia PHY и Realtek rtw8922a. Във връзка с изтеглянето от ядрото е спряно почистването на драйверите atmel, hermes, orinoco_usb, libertas_cs и zd1201. Направено е почистване на имената на блобовете в dts файловете (devicetree) за архитектури ARM и Aarch64. Отстранени са проблемите с почистването на драйвера i915.

Източник: opennet.ru