Издание на ядрото Linux 6.15

След като разработката продължи два месеца, Линус Торвалдс представи версия 6.15 на ядрото на Linux. Сред най-забележителните промени са: механизъм за одит в Landlock, режим за пинване на картографиране на паметта, подсистема fwctl, драйвер Nova за GPU NVIDIA, реализирана хост система за хипервизор Hyper-V, поддръжка на зонирани устройства за съхранение в XFS, оптимизация на мрежовата подсистема, scrub проверка в Bcachefs, и възможност за контрол на операциите чрез io_uring.

В новата версия са направени 15945 корекции от 2154 разработчици, размерът на пача е 59 MB (промените засегнаха 13596 файла, добавени са 739608 реда код, изтрити са 312168 реда). В предишната версия имаше 12115 корекции от 1984 разработчици, размерът на пача беше 39 MB. Около 41% от всички променени елементи в 6.15 са свързани с драйвери на устройства, прибл. 16% от промените са свързани с обновления на кода, специфични за хардуерни архитектури, 13% са свързани с мрежовия стек, 5% — с файлови системи и 4% — с вътрешни подсистеми на ядрото.

Основни нововъведения в ядрото 6.15:

• Дисковата подсистема, вход/изход и файловите системи
  • В механизма fanotify е добавена възможност за следене на събития при монтиране и демонтиране.
  • В XFS е добавена поддръжка на зонирани устройства за съхранение (разделяне на зони на групи блокове или сектори, в които е допустимо само последователно добавяне на данни с актуализиране на цялата група блокове). Добавен е флаг rwf_dontcache за деактивиране на кеширането при запис. Реализирана е възможност за атомарен запис на няколко блока данни.
  • В Btrfs е реализирана възможност за указване на отрицателни нива на компресия zstd при монтиране (от -15 до -1, например „compress=zstd:-5“), осигуряващи по-висока скорост на работа за сметка на намаляване на ефективността на компресията. Подобрено е кеширането на файлови пътища (в проведен тест операцията „send“ е ускорена с 30%). Добавена е поддръжка на блокове с размер 2KB.
  • В EXT4 е повишена производителността при възпроизвеждане на журнала с много голям брой отзовани записи (натоварване, характерно за дялове с файловата система Lustre). Реализиран е линейно търсене на записи „dentry“ (вътрешно представяне на елементите на каталог), решавайки проблеми с достъпа до някои файлове в режим без разграничаване на главни и малки букви. Настроена е опцията за монтиране „errors=remount-ro“. Повишена е устойчивостта при обработка на повредени файлови системи.
  • В F2FS е реализиран ioctl за получаване на информация относно приоритета на операцията за вход/изход за зададен файл. Работено е по преминаването към използване на фолианти на страниците памет (page folios).
  • В Bcachefs е добавен режим "scrub", при който се извършва проверка на коректността на читенето на всички данни и метаданни от файловата система. В случай на открития грешки се стартира процедура за възстановяване. В Bcachefs е добавена и поддръжка за работа с файлови системи, които имат размер на блока по-голям от размера на страницата памет. Форматът на дисковите структури в Bcachefs е стабилизиран (по-нататъшни промени в формата ще се реализират под формата на опционални добавки).
  • В EROFS е добавена поддръжка на 48-разрядна адресация на блоковете.
  • В подсистемата FUSE са реализирани sysctl default_request_timeout и max_request_timeout за задаване на тайм-аутите за изпълнение на заявките, което позволява наблюдаване на зависванията на компонентите FUSE, работещи в пространството на потребителя. Максималният размер на имената на файловете в FUSE е увеличен до 1024 символа.
  • В системния повик statmount() е добавена възможност за получаване на информация относно мапинга на идентификаторите на потребителите на примонтировани файлови системи, приложим за съпоставяне на файлове на определен потребител в примонтирован дял с друг потребител в текущата система.
  • Релизирана е възможността за създаване на точка на монтировка с различен мапинг на идентификаторите на потребителите от този на изходния примонтирован дял.
  • В API за управление на монтировките са внесени промени, които улесняват сглобяването на сложни иерархии на файлови системи без разкриване на отделни части на файловите системи, които е необходимо да останат скрити.
  • В подсистемата за работа с блочни устройства е добавена поддръжка за хардуерни устройства за защита на ключовете за шифроване.
  • В файловата система SMB е реализирана опция is_network_name_deleted и е включен по подразбиране режим smb_server_kerberos5.
  • За FS OverlayFS е добавена опция за монтировка "override_creds", при което за достъп до долните нива на хранилището ще се използват данните за вход на извикващия потребител, а не на извършващия монтировка. Тази промяна например позволява при монтиране на OverlayFS да се изисква потребител с права CAP_SYS_ADMIN, но да се използва файловата система с данни за вход без тези привилегии.
  • В exFAT операция по удалению файлов стала быстрее. Теперь драйвер группирует запросы «discard» по освобождаемым кластерам удаляемого файла, вместо того чтобы отправлять их по отдельности. В тестировании время удаления файла объемом 80 ГБ уменьшилось с 286 секунд до 1.6 секунды.
  • Все псевдо-файловые системы и файловая система EXT2 теперь используют новый API для монтирования разделов.
  • Код поддержки файловых систем SYSV (SystemV/386, Xenix и Coherent) удалён, так как с 2023 года он помечен как устаревший (orphaned).
• Памет и системни услуги
  • Минимальная версия GCC, необходимая для сборки ядра, повышена до 8.1, а Clang — до 15.0.0.
  • Добавлена подсистема fwctl (Firmware Control), предоставляющая API для безопасного управления прошивками и выполнения обработчиков на стороне прошивок из пользовательского пространства. На базе fwctl подготовлены драйверы для устройств CXL (Compute Express Link), Ethernet-адаптеров Mellanox ConnectX (mlx5) и сервисных карт AMD/Pensando.
  • Расширены возможности механизма pidfd, который позволяет использовать идентификаторы, связанные с конкретными процессами и не подлежащие повторному назначению, в отличие от pid. Теперь можно извлекать информацию о состоянии завершения процесса, идентифицируемого через pidfd, после того как родительский процесс получит подтверждение о завершении дочернего процесса (reaped) и его ресурсы будут освобождены. В системные вызовы добавлен флаг PIDFD_SELF, который позволяет процессу ссылаться на самого себя.
  • Для архитектуры RISC-V реализована поддержка расширений BFloat16, Zaamo (атомарные операции с памятью), Zalrsc (Load-Reserved/Store-conditional) и ZBKB (битовые операции для криптографии).
  • При трассировке появилась возможность сохранения аргументов вызываемых функций и их отображения в логах.
  • В систему асинхронного ввода/вывода io_uring добавлена поддержка чтения информации о событиях epoll. Использование io_uring для обработки событий epoll позволяет сократить количество переключений контекста и обрабатывать несколько событий epoll одновременно.
  • В под-системата eBPF е подобрена валидацията на програми с цикли. Добавени са нови инструкции «timed_may_goto», «load-acquire» и «store-release». Предоставена е възможността за промяна на разширените атрибути на файлове от BPF програмите. Добавена е функцията try_alloc_pages(), предназначена за заделяне на памет при висока вероятност за неуспех на операцията (при стартиране на BPF програми в ограничени контексти).

    Реализиран е нов примитив за заключване — rqspinlock (Resilient Queued Spin Lock), който по време на изпълнение разпознава ситуации, водещи до взаимни блокировки. Новият примитив позволява зареждане на BPF програми, за които валидацията не е гарантирала коректността на работата с заключвания.

  • Значително е повишена надеждността на заделянето на големи страници памет (huge-page).
  • Значително е ускорено пресмятането на контрольни суми CRC64 на системи x86. Сред другото, за ускорение са използвани нови векторни инструкции от набора AVX-512. В някои ситуации производителността е нараснала 100 пъти.
  • Продължава преносът на промени от клон Rust-for-Linux, свързан 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 включване на Rust в списъка с задължителни зависимости за компилиране на ядрото). Предоставена е възможност за използване в ядрения код на макроса «#[kunit_tests()]» за стартиране на unit тестове. Добавена е поддръжка за архитектура ARMv7. Реализирани са модулите dma и hrtimer с Rust обвивки за DMA (добавени от Линус, което е в противоречие с мейнтейнера, който след това напусна поста си) и прецизни таймери. Разширени са модулите ‘list’, ‘str’, ‘sync’, ‘error’ и ‘alloc’. Добавена е поддръжка за нов синтаксис ‘&raw’ (raw_ref_op).
  • В под-системата perf е реализирана възможност за профилиране на закъснения, използвайки информация от планировчика на задачи.
  • Добавен е параметър на командния ред на ядрото «traceoff_after_boot», който деактивира трасировката след като ядрото е заредено и процесът init е стартиран. Параметърът може да се използва за диагностика на проблеми, свързани с зареждането, гарантирайки, че натрупаните по време на зареждането данни от трасировката няма да бъдат презаписани.
  • Поддръжката на 32-битови x86 системи с повече от 8 CPU и 4 GB RAM е спряна. Такова оборудване отдавна не се произвежда, а системите, изискващи тези ресурси, са преминали на 64-битови CPU.
  • В имплементацията на POSIX таймери са направени промени, позволяващи на инструмента CRIU (Checkpoint/Restore in Userspace) да запazва и възстановява идентификаторите на таймерите.
• Виртуализация и сигурност
  • Добавена е възможността Linux да се използва като коренова среда (Dom0, root partition) за хипервизора Hyper-V (Microsoft Hypervisor). Хост средата отговаря за управлението на хипервизора, организациата на стартиране на гостови системи, разпределението на ресурси и осигуряването на взаимодействие виртуални машини с оборудването. Управлението на хипервизора Hyper-V в Linux се осъществява чрез устройството /dev/mshv.
  • В модула Landlock, който предоставя на непривилегированите програми средства за ограничаване на достъпа до обекти на ядрото на Linux (файлови х ierarchii, мрежови сокети, ioctl и т.н.), е добавен механизъм за одит. Одитът позволява детайлно оценяване на причините за блокирането на достъп, извършвани при използване на Landlock, както и предоставя възможност да се разбере кога и коя операция е блокирана, защо е извършено блокирането и какво правило е сработило.
  • Добавена е възможността за реализиране в LSM модули (Linux Security Modules) на обработчици, контролиращи достъпа до системата за асинхронен вход/изход io_uring и позволяващи блокиране на използването на io_uring, с цел заобикаляне на ограниченията на достъпа до системните повиквания. Такъв обработчик е реализиран в LSM модула SELinux.
  • В SELinux е имплементирана възможността за прилагане на политики към всякакви типове данни, зареждани от ядрото, включително образи на фърмуер, политики за сигурност и сертификати.
  • Добавен е режим на закрепване (seal) за някои операции по мапиране на памет, извършвани от ядрото в адресното пространство на процеса. Закрепването прехвърля мапинга в режим само за четене и не позволява промени в случай на експлоатация на уязвимост. Действието се разпростира върху мапинга vDSO, vsyscall, vvar, sigpage и uprobes. Режимът по подразбиране е изключен, тъй като може да наруши работата на някои приложения. За активиране е добавена конфигурационна настройка CONFIG_MSEAL_SYSTEM_MAPPINGS.
• Мрежова подсистема
  • Продължава работата по избавяне на мрежовия стек от глобалната блокировка RTNL (rtnl_lock) и преобразуването й в блокировки, свързани с отделни пространства на мрежови имена.
  • Добавена начална възможност за получаване на мрежови пакети чрез io_uring с копиране на съдържанието директно в паметта на програмата в пространството на потребителя без междинно буфериране (zero-copy). В проведените тестове, промяната позволи да се справим с обработката на трафика през 200-гигабитен канал, използвайки едно ядро на CPU.
  • Реализирани са sysctl tcp_rto_max_ms и опцията TCP-сокети TCP_RTO_MAX_MS, чрез които може да се зададе максималното време между опитите за повторна доставка на пакети.
  • В BPF е добавена серия от callback-визиви за получаване на информация за времето от различни места в мрежовия стек, което може да се използва за диагностика на проблеми с мрежовите забавяния.
  • Добавени са оптимизации на производителността на мрежовите операции:
    • Оптимизацията GRO (Generic Receive Offload), която обединява няколко малки пакета в един голям, вече се използва при прехвърляне на обработката на пакет на друг CPU (за балансиране на натоварването), когато се използва подсистемата XDP (eXpress Data Path), която позволява обработка на пакетите на ниво на мрежовия драйвер преди тяхното предаване на мрежовия стек. Увеличението на производителността от прилагането на оптимизацията за обработка на TCP потоци може да достигне до два пъти.
    • При силно натоварване производителността на функцията connect() е увеличена два пъти чрез замяна на spin-блокировката с механизма за синхронизация RCU (Read-Copy-Update) при търсене на записи с информация за страните на свързването (изходящи и целеви IP адреси и портове). Допълнително е проведена оптимизация на хеширането, която осигурява увеличение на производителността с още 229%.
    • Реализацията на MPTCP (Multipath TCP), разширение на протокола TCP за организиране на доставка на пакети едновременно по няколко маршрута чрез различни мрежови интерфейси, свързани с различни IP адреси, е ускорена. MPTCP в режим с един поток е ускорен с 29%.
    • В netfilter, при наличието на сокет, е прекратено изпълнението на операции за търсене на маршрути в FIB (Forwarding Information Base). В резултат на тази оптимизация, производителността нарасна с 20%.
    • Производителността на UDP в условия на флуда (flood) е увеличена с 10% благодарение на изключването на излишни операции със структурата sk_tsflags при получаване на пакети.
  • Добавен е драйвер с реализация на протокола MCTP-over-USB.
• Оборудване
  • В състава на ядрото е приета начална реализация на драйвера Nova за GPU NVIDIA, оборудвани с GSP-фърмуери, които се използват от серията NVIDIA GeForce RTX 2000, базирана на микроархитектура Turing. Драйверът е написан на езика Rust. В първоначалния етап е добавен само каркасът nova-core, който съдържа около 400 реда код и реализира основно ниво на абстракции над програмните интерфейси на фърмуерите GSP. В следващия етап в ядрото планират да включат DRM-драйвера nova-drm (Direct Rendering Manager) за взаимодействие с GPU от пространството на потребителя, а също така и VFIO-драйвера с мениджъра на vGPU, позволяващ използване на виртуални GPU NVIDIA в системи за виртуализация.
  • Продължена е работата по drm-драйвера (Direct Rendering Manager) Xe за GPU, базирани на архитектурата Intel Xe, която се използва в видеокартите Intel от семейството Arc и интегрираната графика, започвайки от процесорите Tiger Lake. Добавена е поддръжка на SVM (Shared Virtual Memory), компонент от фреймуърка DRM, управляващ споделената памет, която се използва съвместно в CPU и GPU.
  • В драйвера i915 са добавени идентификатори на нови GPU.
  • В драйвера Nouveau е преработен GSP RPC и интегриран интерфейс drm_slave_encoder.
  • В драйвера AMDGPU е реализирана поддръжка на архитектурата DCN36 (Display Core Next). Добавена е възможност за задаване на собствени криви яркост, използвани за корекция на яркостта на дисплея.
  • В драйвера adreno е добавена поддръжка на GPU Qualcomm Adreno 623.
  • Добавена е поддръжка на сензорни панели Apple Touch Bar.
  • Добавена поддръжка на втората версия на разширението eUSB2 (eUSB2V2 — Embedded USB2 Version 2.0), което позволява понижаване на напрежението на захранването (до 1.2 волта) и повишаване на производителността на USB 2.0. Скоростта на предаване на данни в eUSB2V2 може да достигне 4.8 Гбит в секунда, което е 10 пъти по-бързо от обикновените 480 Мбит в секунда, типични за USB 2.0. eUSB2V2 ще позволи на производителите на лаптопи да оборудват устройствата си с уеб камери с по-висока разделителна способност, като същевременно използват шина Embedded USB2 за свързване.
  • Добавена поддръжка на Ethernet адаптерите Intel Killer E5000 (RTL8126).
  • Добавена поддръжка на екранните панели Visionox RM692E5, Rockchip w552793dba-v10, kingdisplay-kd110n11-51ie и starry-2082109qfh040022-50e.
  • Добавен драйвер за лаптопите Samsung Galaxy Book.
  • Добавена поддръжка на звуковите системи Presonus Studio 1824c, Jabra Evolve 65. Добавена поддръжка на DSP модули AMD ACP 7.x, AWINC WM88166, Everest ES8388, Intel AVS PEAKVOL и GAIN. Подобренa е поддръжката на звука на лаптопите ASUS, HP и Lenovo.
  • Добавена поддръжка на ARM платформи, SoC и устройства: Arm Morello, AMD (Xilinx) Versal NET, Google Pixel Pro 6, NetCube Kumquat, MYIR Remi Pi, Huawei Matebook E Go, Milk-V Jupiter ST STM32MP2, Mediatek MT8370, Apple T2, Skov (i.MX8MP), EVK (i.MX95), Rockchip RK35xx, Allwinner A523, 11 платки Toradex на базата на i.MX6.

Същевременно латиноамериканският Фонд за свободен софтуер състави вариант на напълно свободно ядро 6.15 — Linux-libre 6.15-gnu, почистено от елементи на фърмуер и драйвери, съдържащи несвободни компоненти или участъци от код, чиято употреба е ограничена от производителя. В изданието 6.15 е неутрализирано зареждането на блобове в драйверите nova, Qualcomm iris v4l2, Airoha NPU, Tehuti Networks TN40xx 10G ethernet, Realtek 8814A wifi, Apple Silicon SoC touchscreen, Renesas UFS и aw88166 audio. Прекратена е очистката на драйвера Spider 1Gb ethernet, който е бил премахнат от състава на ядрото. Премахнати са линковете към тивизионни бинарни файлове. Реализирана е блокировка на зареждането на блобове от кода на езика Rust.

Източник: opennet.ru