Релиз на ядрото Linux 5.12

След два месеца разработка, Линус Торвалдс представи версията на ядрото Linux 5.12. Сред най-забележителните промени: поддръжка на зонализирани блокови устройства в Btrfs, възможност за мапинг на идентификаторите на потребителите за файловата система, почистване на остарели ARM архитектури, режим на "нетърпелива" запись в NFS, механизъм LOOKUP_CACHED за определяне на файлови пътища от кеша, поддръжка на атомарни инструкции в BPF, отладъчна система KFENCE за откриване на грешки при работа с паметта, работа в отделен поток на ядрото на NAPI poll режим в мрежовия стек, хипервизор ACRN, възможност за промяна в движение на preempt модела в планировчика на задачи и поддръжка на LTO оптимизации при сборка в Clang.

В новата версия е прието 14170 (в предишното издание 15480) корекции от 1946 (1991) разработчици, размерът на пача — 38 Мб (промените засягат 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 на устройства, около 17% от промените имат отношение към обновяване на кода, специфичен за хардуерни архитектури, 12% е свързано с мрежовия стек, 5% — с файловите системи и 4% — с вътрешните подсистеми на ядрото.

Основни нововъведения:

• Дисковата подсистема, вход/изход и файловите системи
  • Реализирана е възможността за мапиране на идентификатори на потребители за монтирани файлови системи (възможно е да се съпоставят файлове на един потребител на монтиран чужд дял с друг потребител в текущата система). Мапирането се поддържа за файлови системи FAT, ext4 и XFS. Предложената функционалност позволява опростяване на споделянето на файлове между различни потребители и на различни компютри, включително мапирането ще се прилага в механизма за преносими домашни директории systemd-homed, което дава възможност на потребителите да преместват своите домашни директории на външни носители и да ги използват на различни компютри, чиято подредба на идентификаторите на потребителите не съвпада. Друго полезно приложение е организирането на предоставяне на достъп до файлове от външен хост, без фактическо изменение на данните за собствениците на файловете във файловата система.
  • В ядрото бяха приети патчове LOOKUP_CACHED, които позволяват извършване на операции за определяне на файловия път от потребителското пространство без блокиране, само на базата на наличните в кеша данни. Режимът LOOKUP_CACHED се активира при извикване на openat2() чрез предаване на флага RESOLVE_CACHED, при който данните се предоставят само от кеша, а ако определянето на пътя изисква достъп до хранилището, се връща грешка EAGAIN.
  • В файловата система Btrfs е добавена начална поддръжка на зонализирани блокови устройства (устройства на твърди магнитни дискове или NVMe SSD, при които пространството за съхранение е разделено на зони, съставящи групи блокове или сектори, в които е разрешено само последователно добавяне на данни с обновяване на цялата група блокове). В режим само за четене е реализирана поддръжка на блокове с метаданни и данни с размер под страница (subpage).
  • В файловата система F2FS е добавена възможност за избор на алгоритъм и ниво на компресия. Добавена е поддръжка на високо ниво на компресия за алгоритма LZ4. Реализирана е опция за монтиране checkpoint_merge.
  • Внедрена е нова ioctl команда FS_IOC_READ_VERITY_METADATA за четене на метаданни от файлове, защитени с fs-verity.
  • В клиента NFS е реализиран режим на „нетърпелива“ запис (writes=eager), при активация на който операциите по запис в файл веднага се изпращат на сървъра, заобикаляйки страничния кеш. Този режим позволява намаляване на потреблението на памет, осигурява незабавно получаване на информация за завършване на свободното пространство в файловата система 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 метаданни на каталози.
  • В XFS е включен режим на многопоточна проверка на квоти, ускорено е изпълнението на fsync, проведена е подготовка на кода growfs за реализиране на функцията за намаляване на размера на файловата система.
• Памет и системни услуги
  • Добавена е подсистема DTMP (Dynamic Thermal Power Management), която позволява динамично регулиране на енергопотреблението на различни устройства на базата на зададени общи ограничения на температурата.
  • Реализирана е възможността за компилиране на ядрото с компилатора Clang, включваща оптимизации по време на свързване (LTO, Link Time Optimization). LTO-оптимизациите се отличават с това, че вземат предвид състоянието на всички файлове, участващи в процеса на компилиране, докато традиционните оптимизации работят с всеки файл поотделно и не отчитат условията на извикване на функции, дефинирани в други файлове. Например, при LTO за функции от други файлове е възможно inlinе-развъртане, не се включва неизползван код в изпълняемия файл, извършва се проверка на типовете и обща оптимизация на проектно ниво. Подкрепата за LTO в момента е ограничена до архитектурите x86 и ARM64.
  • Предоставена е възможност за избор на режими на предимство (PREEMPT) в планировщика на задачи по време на зареждане (preempt=none/voluntary/full) или по време на работа чрез debugfs (/debug/sched_debug), при условие че в настройките на компилацията на ядрото е посочена настройката PREEMPT_DYNAMIC. Режимът на предимство преди това можеше да се задава само на ниво параметри при компилация. Тази промяна позволява на дистрибуциите да предоставят ядра с активиран режим PREEMPT, който осигурява минимални закъснения за работните среди, за сметка на незначително намаляване на пропускателната способност, и при необходимост да се върнат на режимите PREEMPT_VOLUNTARY (междинен режим за работни среди) или PREEMPT_NONE (осигурява максимална пропускателна способност за 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 отклонение. Например, ако преди достъпът до масив в стека можеше да се извършва само с постоянен индекс на елемента, сега може да се използва променлив. Контролът над достъпа в рамките на наличните граници се осъществява от BPF верификатор. Възможността е налична само за привилегировани програми поради опасения за експлоатация на уязвимости, свързани със спекулативно изпълнение на кода.
  • Добавена е възможност за прикрепване на BPF програми към "голи" точки за проследяване (bare tracepoints), които не са свързани с видими в потребителското пространство събития за проследяване (за подобни точки за проследяване не е гарантирано запазване на ABI).
  • Реализирана е поддръжка на шина CXL 2.0 (Compute Express Link), използвана за осигуряване на високоскоростна комуникация между CPU и паметови устройства (позволява използването на външни паметови устройства като част от RAM или постоянна памет, така, сякаш тази памет е свързана чрез стандартен контролер за памет в CPU).
  • Добавен драйвер nvmem за получаване на данни от резервираните области на паметта, достъпни само за фърмуер, които не са директно достъпни за Linux (например, EEPROM памет, физически достъпна само за фърмуера, или данни, достъпни единствено в ранната фаза на зареждане).
  • Премахната е поддръжката на системата за профилиране «oprofile», която не получи нужната популярност и беше заменена с по-современен механизъм perf.
  • В интерфейса за асинхронен вход/изход io_uring е осигурена интеграция с cgroup, контролираща използването на паметта.
  • За архитектурата RISC-V е реализирана поддръжка на NUMA системи, както и механизми за kprobes и uprobes.
  • Добавена е възможност за използване на системен повик kcmp() независимо от функционалността на състоянията на процесите (checkpoint/restore).
  • Премахнати са макросите EXPORT_UNUSED_SYMBOL() и EXPORT_SYMBOL_GPL_FUTURE(), които вече много години не се използват на практика.
• Виртуализация и сигурност
  • Добавен е механизмът за защита KFence (Kernel Electric Fence), който открива грешки при работа с паметта, такива като излизане извън границите на буфера и достъп след освобождаване на паметта. В отличие от отладъчния механизъм KASAN, подсистемата KFence се отличава с висока скорост на работа и ниски разходи, което позволява откриването на грешки в работата с паметта, които се проявяват само в работни системи или при продължителна работа.
  • Добавена е поддръжка за хипервизора ACRN, създаден с внимание към готовността за изпълнение на задачи в реално време и пригодността му за използване в критично важни системи. ACRN осигурява минимални разходи, гарантира ниски закъснения (low latency) и адекватна реакция при взаимодействие с оборудването. Поддържа виртуализация на ресурси CPU, вход/изход, мрежова подсистема, операции с графика и звук. ACRN може да се прилага за стартиране на няколко изолирани виртуални машини в електронните контролни блокове, табла на приборите, автомобилни информационни системи, потребителски IoT устройства и друга вградена техника. ACRN поддържа два типа на хост 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 бъдат стартирани дистрибуции на Linux, Android и Windows.
  • В подсистемата IMA (Integrity Measurement Architecture), която осигурява 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 изменения в правилата на SELinux.
  • В хипервизора KVM беше добавена възможност за прихващане на хипервизорни повиквания Xen и тяхното предаване към емулатор, който работи в потребителското пространство.
  • Добавена е възможност за използване на Linux като коренова среда за хипервизора Hyper-V. Кореновата среда има директен достъп до хардуера и се използва за стартиране на гости системи (аналог на Dom0 в Xen). Досега Hyper-V (Microsoft Hypervisor) поддържаше Linux само в гостови среди, но самият хипервизор се управляваше от среда на базата на Windows.
  • Добавена е поддръжка за inline шифроване за карти eMMC, което позволява да се използват вградените механизми за шифроване в контролера на устройството, които извършват прозрачно шифроване и разшифроване на входа/изхода.
  • От криптоподсистемата е премахната поддръжката на неизползвани в ядрото хешове RIPE-MD 128/256/320 и Tiger 128/160/192, както и на поточния шифър Salsa20, който е заменен от алгоритъма ChaCha20. Алгоритъмът blake2 е обновен до реализация blake2s.
• Мрежова подсистема
  • Добавена е възможността за извеждане на обработчика на NAPI полинг (polling) на мрежови устройства в отделен ядрен поток, което позволява увеличаване на производителността за определени типове натоварвания. Преди това полингът се извършваше в контекста на softirq и не беше обхванат от планировчика на задачи, което затрудняваше извършването на прецизни оптимизации за постигане на максимална производителност. Изпълнението в отделен ядрен поток позволява наблюдение на обработчика на полинга от потребителското пространство, прикрепване към отделни ядра на CPU и вземане под внимание при планирането на превключвания на задачи. За включване на новия режим в sysfs е предложен параметър /sys/class/net//threaded.
  • Продължава интеграцията в ядрото на MPTCP (MultiPath TCP), разширение на протокола TCP за организиране на работа на TCP-соединение с доставяне на пакети едновременно по няколко маршрута чрез различни мрежови интерфейси, свързани към различни IP-адреси. В новото издание е добавена възможността за прикрепяне на приоритет към определени потоци, което позволява, например, организиране на работа на резервни потоци, които се включват 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 контрол на определени таблици, за да се получи ексклузивен контрол (например, фоновият процес на междусетевия екран може да заключи определени таблици, забранявайки на други да се намесват в тях).
• Оборудване
  • Извършено е почистване на остарели и неподдържани 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 с GPU Sienna Cichlid (Navi 22, Radeon RX 6xxx). Добавена е поддръжка на пикселния формат FP16 за DCE (display controller engine) от 8 до 11 поколение. За GPU Navy Flounder (Navi 21) и APU Van Gogh е внедрена възможност за нулиране на GPU.
  • В драйвера i915 за видеокарти Intel е реализиран параметър i915.mitigations за деактивиране на механизмите за изолиране и защита в полза на повишаване на производителността. За чиповете, започващи от Tiger Lake, е включена поддръжка на механизма VRR (Variable Rate Refresh), който позволява адаптивна промяна на честотата на обновяване на монитора за осигуряване на плавност и липса на заздравявания по време на игри. Включена е поддръжка на технологията Intel Clear Color за повишаване на точността на цветопредаването. Добавена е поддръжка на DP-HDMI 2.1. Реализирана е възможност за управление на подсветката на панелите eDP. За GPU Gen9 с поддръжка на LSPCON (Level Shifter and Protocol Converter) е включена поддръжка на HDR.
  • В драйвера nouveau е добавена начална поддръжка на GPU NVIDIA на базата 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 звукови 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 за софтуерна симулация на свързване и отключване на аудиоразъема за отстраняване на проблеми в потребителското пространство.
  • Добавена е поддръжка за игрални конзоли Nintendo 64, произведени от 1996 до 2003 година (попредишните опити за портване на Linux за Nintendo 64 не са били завършени и имат статус Vaporware). Като мотив за създаването на нов порт за остарялата платформа, която не се произвежда от почти двадесет години, е желанието да се стимулира развитието на емулаторите и опростяването на преноса на игри.
  • Добавен е драйвер за игралния 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, OnePlus6, OnePlus6T, 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 отделно извеждане на операции по обработка на звук, видео и изображения, както и действия, свързани с криптиране.
  • Добавена е поддръжка на платформата Lenovo IdeaPad с възможност за управление на постоянен заряд и осветление на клавиатурата. Също така е осигурена поддръжка на ACPI профила на платформата ThinkPad с възможност за управление на режимите на енергийна консумация. Добавен е драйвер за HID подсистемата на Lenovo ThinkPad X1 Tablet Gen 2.
  • Добавен е драйвер ov5647 с поддръжка на модула с камера за Raspberry Pi.
  • Добавена е поддръжка за RISC-V SoC FU740 и платката HiFive Unleashed. Също така е добавен нов драйвер за чипа Kendryte K210.

Източник: opennet.ru