🥇 Версия на ядрото на Linux 6.12 с поддръжка на режим в реално време

След два месеца разработка Линус Торвалдс представи версията на ядрото Linux 6.12. Сред най-забележителните промени: възможността за активиране на режим в реално време, sched_ext за създаване на планировчици на процесора чрез eBPF, извеждане на QR код при извънредни условия, TCP механизъм на паметта на устройството, механизъм за резервиране на ресурси SCHED_DEADLINE сървър, подобрение на EEVDF планировчика на задачи, IPE модул за задаване на политики за почтеност.

Новата версия включва 14607 2167 корекции от 37 13087 разработчици, размерът на корекцията е 507913 MB (промените засегнаха 234083 15130 файла, добавени са 2078 85 реда код, 6.10 41 реда са изтрити). Последната версия имаше 45 6.12 корекции от 12 13 разработчици, размерът на корекцията беше 6 MB (в ядрото 3 корекцията беше с размер XNUMX MB). Около XNUMX% от всички промени, въведени в XNUMX, са свързани с драйвери на устройства, приблизително XNUMX% от промените са свързани с актуализиране на код, специфичен за хардуерни архитектури, XNUMX% са свързани с мрежов стек, XNUMX% са свързани с файлови системи и XNUMX% са свързани с вътрешни подсистеми на ядрото.

Ключови иновации в ядрото 6.12:

Памет и системни услуги
- Възможно е да се изгради ядрото с опцията PREEMPT_RT без допълнителни пачове за работа в реално време. Последната липсваща функция на ядрото, която не позволяваше PREEMPT_RT да бъде активиран, беше поддръжката за неблокиращ атомен изход чрез функцията printk, която също е включена в ядрото. Поддръжката на PREEMPT_RT е налична за x86, x86_64, ARM64 и RISC-V архитектури. Досега внедряването на режима PREEMPT_RT се доставяше под формата на външни пачове, въз основа на които някои дистрибуции, като RHEL, SUSE и Ubuntu, създадоха отделни издания в реално време на своите продукти, търсени в области като финансови системи , устройства за обработка на аудио и видео, както и системи за авиация, медицина, роботика, телекомуникации и промишлени системи, в които е необходимо да се осигурят предвидими времена за обработка на събития.
- Добавен е механизмът "sched_ext" (SCX), който позволява използването на eBPF за създаване на планировчици на процесора, които обхващат почти всички аспекти на планирането на задачи и разпределението на процесорните ресурси. Такива планировчици могат да бъдат динамично зареждани и изпълнявани в ядрото на Linux. виртуална машина eBPF. Механизмът sched_ext опростява създаването на специфични за задачи планировчици, позволява експериментиране с различни техники и стратегии за планиране и позволява бързо създаване на работещи прототипи и подмяна на планировчици в движение в производствени инфраструктури. Например, използвайки sched_ext, можете да създадете планировчик, който отчита спецификите на конкретно приложение и динамично променя стратегията си за планиране в зависимост от състоянието на системата и други фактори.
- Композицията включва останалата част от пачовете, необходими за работата на сървърния механизъм SCHED_DEADLINE, който решава проблема с недостатъчното използване на ресурсите на процесора от обикновени задачи, когато процесорът е монополизиран от задачи с висок приоритет (в реално време). За да предотврати монополизирането на процесора, ядрото преди това използваше механизма за дроселиране в реално време, който се опитваше да запази 5% за задачи с нисък приоритет, оставяйки 95% от времето за задачи в реално време. Този механизъм остави много да се желае, тъй като обикновените задачи в много ситуации не получиха достатъчно процесорно време. Сървърът SCHED_DEADLINE прилага по-ефективен механизъм за резервиране на ресурси.
- Интегрирането на планировчика на задачи EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) е завършено, което замени планировчика на CFS (Completely Fair Scheduler), доставян, започвайки с ядрото 2.6.23. Когато избира следващия процес за прехвърляне на изпълнение, новият планировчик взема предвид процеси, които не са получили достатъчно процесорни ресурси или са получили незаслужено голямо количество процесорно време. В първия случай прехвърлянето на контрол върху процеса е принудително, а във втория, напротив, се отлага. Старият планировчик на CFS използва евристика и фина настройка, за да идентифицира процеси, които се нуждаят от специално внимание, докато новият планировчик ги проследява по-ясно и не изисква фина настройка. Очаква се EEVDF да намали закъсненията в задачите, с които CFS имаше проблеми с планирането.
- В аварийния манипулатор на ядрото - DRM Panic, който използва подсистемата DRM (Direct Rendering Manager) за показване на визуален отчет в стила на „синия екран на смъртта“, възможността за показване на лого и QR код с kmsg отчет на добавен е екранът при възникване на аварийно състояние. Тъй като само 2953 байта се побират в QR код, се предоставя опцията DRM_PANIC_SCREEN_QR_CODE_URL, при която kmsg отчетът се компресира с помощта на zlib и се прикачва като параметър към URL адреса, което позволява около 40 байта да бъдат прехвърлени чрез V7500 QR кода. Когато създават пакети с ядрото, дистрибуциите могат да зададат основен URL адрес за URL адреса, който ще им позволи да навигират до страница за докладване на проблем. За да изберете формата на QR кода, е предоставена настройката DRM_PANIC_SCREEN_QR_VERSION.
- Добавена е поддръжка за ARM POE (разширение за наслагване на разрешения), което ви позволява да задавате права за достъп до области на паметта. С помощта на това разширение на системи с ARM64 процесори може да се внедри механизмът на ключовете за защита на паметта, който се използва за ограничаване на достъпа до страниците на паметта, без да се променя таблицата на страниците на паметта.
- За архитектурите Loongarch, ARM64, PowerPC и s390 внедряването на системното повикване getrandom() е преместено, оптимизирано с помощта на механизма vDSO (виртуален динамичен споделен обект), което прави възможно преместването на манипулатора на системно извикване от ядрото към потребителско пространство и избягвайте превключване на контекста. Оптимизацията ви позволява да ускорите генерирането на произволни числа до 15 пъти.
- Възможността за използване на абсолютни изчаквания, задействани при достигане на определено време на системния часовник, е добавена към подсистемата за асинхронен вход/изход на io_uring (преди това можеха да се задават само относителни изчаквания, които указваха продължителността от началото на операцията ).
- Добавени са файлове за генериране на обвързвания за библиотеката libcpupower с помощта на инструментариума SWIG, който ви позволява да генерирате обвързвания от C/C++ код за различни езици за програмиране. Свързванията ви позволяват да създавате скриптове на Python и други езици и да ги използвате за разширяване на функционалността на библиотеката libcpupower, която предоставя API за управление на cpufreq и драйвери от потребителското пространство.
- Помощната програма cpuidle показва стойността на „пребиваването“ в състояние на неактивност, използвана за системи в реално време и вземайки предвид минималното време, през което процесорът трябва да бъде в състояние на неактивност, за да оправдае енергийните разходи за преминаване в и извън това състояние.
- Добавена е възможност за използване на компилатора Clang за изграждане на стандартната C библиотека nolibc, която е включена в изходния код на ядрото на Linux и предоставя рамка за основни системни извиквания. При изграждане на nolibc в Clang е разрешена оптимизация на времето за връзка (LTO).
- Някои интерфейси на cgroup1 са остарели, като TCP счетоводство, меко ограничение версия XNUMX и управление на изчерпването на паметта. Поддръжката за тези функции засега остава пълна и предупреждението е направено, за да се проучи броят на потребителите, които продължават да използват тези функции.
- Добавена е възможност за конфигуриране на буфер за проследяване на звънене за запазване на натрупаните данни след рестартиране, което ще ви позволи да не загубите натрупаната информация за отстраняване на грешки в случай на срив на ядрото. Данните се съхраняват в паметта. Активирането се извършва чрез параметъра на командния ред на ядрото trace_instance, например настройката „trace_instance=boot_map@0x285400000:12M“ ще запази 12 MB памет на 0x285400000 за буфера „boot_map“, който ще бъде достъпен чрез файла /sys/kernel /tracing/instances/boot_map.
- Продължава миграцията на промените от клона Rust-for-Linux, свързани с използването на езика Rust като втори език за разработване на драйвери и модули на ядрото (поддръжката на Rust не е активна по подразбиране и не води до включването на Rust сред необходимите асемблиращи зависимости за ядрото). Добавени са модули „списък“ и „rbtree“ за работа с двупосочни свързани списъци и червено-черни дървета. Възможностите на модулите 'init', 'sync', 'types' и 'error' са разширени. Възможно е да се използва код на Rust при изграждане на ядро със защита срещу атаки на Spectre (опции MITIGATION_{RETHUNK,RETPOLINE,SLS}), като се използва системата за отстраняване на грешки KASAN, kCFI (цялост на контрола на ядрото) и механизми за защита на Shadow Call, както и при използване на допълнителни добавки GCC. Добавен драйвер за Applied Micro QT2025 PHY Ethernet контролер, написан на Rust. Изготвен е отделен сайт с документация - rust.docs.kernel.org.
- Помощната програма xdrgen е добавена към изходния код на ядрото за преобразуване на спецификациите на XDR (eXternal Data Representation) в функции за кодиране и декодиране на XDR, написани с помощта на C стила, възприет в ядрото на Linux.
- Ядрото е приело промяна за прилагане на механизъм за маскиране на указател, за да намали броя на бавните извиквания към barrier_nospec() в 64-битовата функция copy_from_user(), използвана за копиране на данни в ядрото от потребителското пространство. Използването на маскиране ускорява с 2.6% теста „per_thread_ops“, който оценява броя операции, които могат да бъдат извършени в една нишка.
- Добавен е нов USB драйвер, който ви позволява да използвате протокола 9pfs като транспорт за изпращане и получаване на данни от USB устройство, когато монтирате 9p файловата система през USB (например „mount -t 9p -o trans=usbg, aname=/path/to/ fs /mnt/9"). Пример за използването на новия драйвер е използването на NFS вместо организиране на зареждането на основния дял при разработване на вградени устройства.
Дискова подсистема, I/O и файлови системи
- Към подсистемата VFS е добавена възможност за работа с устройства за съхранение, чийто размер на блока е по-голям от размера на страницата с памет в системата. Във файловите системи тази функция в момента се поддържа само в XFS.
- Подсистемата FUSE, която ви позволява да създавате реализации на файлови системи, работещи в потребителско пространство, има добавена поддръжка за картографиране на потребителски идентификатори на монтирани файлови системи, използвани за съпоставяне на файловете на конкретен потребител на монтиран чужд дял с друг потребител на текущия система.
- Реализирана е нова fcntl операция, F_CREATED_QUERY, която дава възможност на приложението да определи дали файл, отворен с помощта на флага O_CREAT, е създаден или вече е съществувал преди.
- Добавена е възможност за използване на уникални 64-битови идентификатори на точки на монтиране към системното извикване name_to_handle_at(), за да се избегнат условия на състезание при анализиране на /proc/mountinfo.
- Размерът на „файловата“ структура в ядрото е намален от 232 на 184 байта, което намалява потреблението на памет в системи, които активно работят с файлове.
- Монтирането на файлови системи към точки за монтиране в йерархията /proc, като /proc/PID/fd, беше забранено, което създаде потенциални проблеми със сигурността.
- Псевдо-FS NSFS (NameSpace FS), използван за работа с пространства от имена, предоставя допълнителна информация за пространствата от имена на точки на монтиране.
- Файловата система EROFS (Разширяема файлова система само за четене), предназначена за използване на дялове само за четене, сега поддържа монтиране на файлови системи директно от дискови изображения, записани като файлове.
- Нови ioctl команди XFS_IOC_START_COMMIT и XFS_IOC_COMMIT_RANGE са добавени към XFS за обмен на съдържание между два файла.
- NFS добави поддръжка за протокола „LOCALIO“, който ви позволява да определите дали NFS клиентът и сървърът са на един и същи хост, за да активирате подходящите оптимизации.
- Във файловата система Btrfs са предложени оптимизации на производителността, кодът е преработен, зоната на заключване на екстент по време на операции за четене е намалена, работата е продължила по преобразуването на страници с памет за използване на фолио от страници и е извършено автоматично освобождаване на паметта имплементиран за структурата btrfs_path.
- Във файловата система Ext4 бяха коригирани грешки, свързани с разпределението на блокове, управлението на екстентите, бързото ангажиране и журналирането.
Виртуализация и сигурност
- Добавен е IPE (Integrity Policy Enforcement) LSM модул, разработен от Microsoft за разширяване на съществуващата задължителна система за контрол на достъпа. Модулът ви позволява да дефинирате обща политика за интегритет за цялата система, като посочвате кои операции са разрешени и как трябва да се проверява автентичността на компонентите. Например, като използвате IPE, можете да посочите кои изпълними файлове могат да се изпълняват, като вземете предвид тяхното съответствие с референтната версия, като използвате криптографски хешове, предоставени от системата dm-verity.
- На етапа на компилация на ядрото е възможно отделно да се активират наличните методи за защита срещу различни уязвимости от клас Spectre в процесора. Kconfig предлага нови параметри: MITIGATE_MDS (защита срещу уязвимостта на Microarchitectural Data Sampling), MITIGATE_TAA (защита срещу уязвимостта на TSX Asynchronous Abort), MITIGATE_MMIO_STALE_DATA (защита срещу уязвимостта на MMIO Stale Data), MITIGATE_L1TF (защита срещу уязвимостта на L1 Terminal Fault), MITIGATE_RETBLEED (защита срещу Retbleed уязвимости), MITIGATE_SPECTRE_V1, MITIGATE_SPECTRE_V2 (защита срещу уязвимости на Spectre), MITIGATE_SRBDS (защита срещу уязвимост за вземане на проби от буфера на специалния регистър), MITIGATE_SSB (защита срещу уязвимост Speculative Store Bypass).
- Добавена е опция proc_mem.force_override на командния ред и набор от настройки за изграждане в Kconfig (PROC_MEM_FORCE_ALWAYS, PROC_MEM_FORCE_PTRACE и PROC_MEM_FORCE_NEVER), за да се предотвратят промени в паметта чрез /proc/pid/mem.
- Подсистемата LSM (модул за сигурност на Linux) беше превключена към използване на статични повиквания, което подобри сигурността и подобри производителността.
- Възможно е да се използват стандартни ядра за архитектурата ARM64 в среди за гости, работещи на системи с Android с модифициран KVM (защитен KVM) хипервизор.
- Модулът Landlock LSM, който ви позволява да ограничите взаимодействието на група процеси с външната среда, прилага концепцията „IPC scoping“ за селективно ограничаване на взаимодействието с пясъчни среди, използвайки Unix сокети и сигнали. Например, можете да забраните връзки, използващи Unix сокети от среда на пясъчник, към процеси, които нямат приложена изолация, но позволяват връзки към процеси в същия обхват.
- В KVM хипервайзора е добавен флаг към CPUID за системи за гости, показващ поддръжка за разширения AVX10.1.
Мрежова подсистема
- Добавен е механизмът Device Memory TCP, който позволява използването на мрежови сокети за директно изпращане на съдържанието на паметта на периферните устройства по мрежата (режим на нулево копиране) и директно поставяне на съдържанието на мрежовите пакети в областта на паметта на устройството на страна на получателя. Данните, предавани в пакети, се прехвърлят от мрежовата карта към паметта на периферно устройство или от паметта на устройството към мрежовата карта директно, заобикаляйки процесора, а заглавките на пакетите завършват в обикновените буфери на ядрото.
- Възможностите на много Ethernet и безжични драйвери са разширени. Например драйверът Intel iwlwifi добави поддръжка за преместване на RLC/SMPS операции към страната на фърмуера, драйверът RealTek rtw89 увеличи производителността и добави поддръжка за RTL8852BT/8852BE-VT (WiFi 6) чипове, драйверът за микрочип Ethernet добави поддръжка за IEEE 802.3 bw (100BASE) спецификации -T1) и IEEE 802.3bp, подобрени виртуални Ethernet реализации Microsoft vNIC и IBM veth. Добавени са нови драйвери за Realtek RTL9054, RTL9068, RTL9072, RTL9075, RTL9068, RTL9071 и Microchip LAN8650/1 10BASE-T1S MAC-PHY Ethernet чипове.
- В MPTCP (MultiPath TCP), разширение на TCP протокола за организиране на доставката на TCP пакети едновременно по няколко маршрута през различни мрежови интерфейси, размерът на теглата, използвани при маршрутизирането, е увеличен от 8 на 16 бита. Реализирано откриване на изгубен (blackhole) трафик и спиране за известно време на опити за установяване на връзки със системи, водещи до загуба на трафик.
- За IPv6 е внедрена поддръжка за флага „p“ в PIO (опция за префиксна информация), използван в RA реклами (IPv6 Router Advertisements) за избор на модел за разполагане на клиент чрез DHCPv6-PD (DHCPv6 Prefix Delegation, RFC9663) вместо присвояване индивидуални адреси, базирани на префикси, използващи SLAAC (Автоконфигурация на адрес без състояние). IPv6 IOAM6 добавя поддръжка за нов режим на капсулиране tunsrc за подобрена производителност.
- Подобрена производителност за обработка на IPsec контролни пакети.
- Подобрена производителност на изчистване на големи набори от правила за nftables. nfnetlink_queue има подобрена SCTP поддръжка.
- API на ethtool добави поддръжка за свързване на множество мрежови карти към един мрежов интерфейс.
Оборудование
- В драйвера AMDGPU продължава работата по внедряване на поддръжка за графични процесори AMD RDNA4 (“GFX12”). Добавена е възможност за нулиране на отделни опашки със задачи без нулиране на целия GPU.
- Продължи работата по драйвера Xe drm (Direct Rendering Manager) за графични процесори, базирани на архитектурата Intel Xe, която се използва във видеокартите от семейството на Intel Arc и интегрираната графика, като се започне с процесорите Tiger Lake. Новата версия включва поддръжка за графични процесори, базирани на микроархитектурите Battlemage и Lunar Lake. Въведена е поддръжка за CCS (Color Control Surface) Xe2 модификатори за контрол на параметрите на интегрирани и дискретни графични процесори.
- Драйверът i915 реализира възможността за извеждане на информация за скоростта на вентилатора чрез интерфейса HWMON или sysfs (атрибутът “fan1_input”). Параметърът "i915.modeset" е отхвърлен; параметърът "i915.nomodeset" трябва да се използва вместо "i0.modeset=915".
- Добавена е поддръжка за графични процесори A615, A306 и A621 към драйвера msm DRM (GPU Qualcomm Adreno).
- Водачът Nouveau е с преработени и почистени вътрешни структури.
- Драйверът intel_pstate, който контролира параметрите на консумация на енергия (P-state) на системи с процесори Intel, има добавена поддръжка за хибридни системи с асиметрични (с различни характеристики) процесори, както и поддръжка за управление на мощността на процесори, базирани на Granite Rapids и Sierra Forest микроархитектури. Добавена е поддръжка за Xeon Granite Rapids CPU към драйвера intel_idle. Драйверът intel_rapl осигурява разпознаване на семейни процеси AMD 1Ah и процесори Intel ArrowLake-U.
- Продължава включването на промени за поддръжка на ARM SoC Snapdragon X Elite, който използва собствения 12-ядрен процесор Oryon на Qualcomm и GPU Qualcomm Adreno. Чипът е предназначен за използване в лаптопи и компютри и изпреварва чиповете Apple M3 и Intel Core Ultra 155H в много тестове за производителност.
- Добавена поддръжка за ARM платки, SoC и устройства: Broadcom bcm2712 (Raspberry Pi 5), Renesas R9A09G057 (RZ/V2H), Qualcomm Snapdragon 414 (MSM8929), Lenovo ThinkPad T14s Gen 6, Lenovo A6000/A6010, Surface Laptop 7, Anbernic RG35XXSP , Firefly Core-PX30-JD4, Lunzn Fastrhino R68S, Aspeed Riser, AGX Orin, Rockchip Qnap-TS433, Huashan Pi, Meta Catalina, BeagleY-AI, NanoPi R2S Plus, ExynosAuto v920, SOPHGO SG2002, Qualcomm IPQ5332, LG G4 (h815) Готин Пи CM5 GenBook, Anbernic RG35XXSP, GameForce Ace, IBM P11, Kontron i.MX93 OSM-S, NanoPC-T6
- Добавена е поддръжка за екранни панели Anbernic RG28XX, On Tat Industrial Company KD50G21-40NT-A1, Innolux G070ACE-LH3, Melfas lmfbx101117480, Densitron DMT028VGHMCMI-1D, Microchip AC40T08A, AOU B116XTN02.3, AUO B116XAN06.1, AOU B116XAT04.1, BOE TV101WUM-LL2, BOE NV140WUM-N41, BOE NV133WUM-N63, BOE NV116WHM-A4D, BOE NE140WUM-N6G, CMN N116BCA-EA2, CMN N116BCP-EA2 , CSW MNB601LS1-4, Starry er88577.
- Аудиоподсистемата има добавена поддръжка на чипове и кодеци RME Digiface USB, AMD ACP 7.1, Mediatek MT6367, MT8365, Realtek RTL1320, C-Media CM9825. Старите звукови драйвери за Intel ASoC са обявени за остарели и се препоръчва вместо тях да се използват AVS драйвери. Направени са много подобрения в драйвера за SoundWire.