{"id":102933,"date":"2022-01-10T15:36:38","date_gmt":"2022-01-10T13:36:38","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/novosti-interneta\/%d1%80%d0%b5%d0%bb%d0%b8%d0%b7-%d1%8f%d0%b4%d1%80%d0%b0-linux-5-16"},"modified":"2022-01-10T15:36:38","modified_gmt":"2022-01-10T13:36:38","slug":"reliz-yadra-linux-5-16","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/novosti-interneta\/reliz-yadra-linux-5-16","title":{"rendered":"Release des Linux-Kernels 5.16","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"
Nach zwei Monaten Entwicklung stellte Linus Torvalds die Ver\u00f6ffentlichung des Linux-Kernels 5.16 vor. Zu den auff\u00e4lligsten \u00c4nderungen geh\u00f6ren: der Systemaufruf futex_waitv zur Leistungssteigerung von Windows-Spielen in Wine, die Fehlerverfolgung im Dateisystem \u00fcber fanotify, das Konzept der Folien im Speichermanagement, Unterst\u00fctzung f\u00fcr AMX-Prozessoranweisungen, die M\u00f6glichkeit der Speicherreservierung f\u00fcr Netzwerksockets, Unterst\u00fctzung in Netfilter f\u00fcr die Paketklassifizierung in der \u201eEgress\u201c-Phase, die Einbindung des DAMON-Subsystems zur proaktiven Entsorgung von ungenutzten Speicherbereichen, Verbesserungen in der Behandlung von \u00dcberlastsituationen bei hohem Schreibaufkommen und die Unterst\u00fctzung von Multi-Laufwerks-Festplatten. <\/p>\n
In die neue Version wurden 15.415 Korrekturen von 2.105 Entwicklern aufgenommen, die Patch-Gr\u00f6\u00dfe betr\u00e4gt 45 MB (die \u00c4nderungen betrafen 12.023 Dateien, 685.198 Codezeilen wurden hinzugef\u00fcgt, 263.867 Codezeilen entfernt). Etwa 44 % aller in 5.16 vorgestellten \u00c4nderungen betreffen Ger\u00e4tetreiber, rund 16 % beziehen sich auf die Aktualisierung architekturspezifischen Codes, 16 % h\u00e4ngen mit dem Netzwerk-Stack zusammen, 4 % mit Dateisystemen und 4 % mit internen Kernsublayer. <\/p>\n
Wesentliche Neuerungen im Kern 5.16: <\/p>\n
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Festplattensubsystem, Ein-\/Ausgabe und Dateisysteme<\/b>\n
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Im fanotify-Mechanismus wurden Funktionen zur \u00dcberwachung des Zustands des Dateisystems und zur Erfassung von Fehlern hinzugef\u00fcgt. Fehlermeldungen werden mittels eines neuen Ereignistyps — FAN_FS_ERROR, \u00fcbermittelt, der in Benutzerraum-\u00dcberwachungssystemen abgefangen werden kann, um Administratoren umgehend zu informieren oder Wiederherstellungsprozesse zu starten. Bei einer kaskadierenden Serie von Fehlern gew\u00e4hrleistet fanotify die \u00dcbermittlung einer Nachricht \u00fcber den ersten Fehler zusammen mit einem Gesamtschalter, um die anschlie\u00dfende Analyse der Ursachen des Ausfalls zu erleichtern. Die Unterst\u00fctzung zur \u00dcberwachung von Fehlern ist derzeit nur f\u00fcr das Ext4-Dateisystem implementiert.\n
Die Verarbeitung von Schreib\u00fcberlastungen (write congestion) wurde verbessert. Diese \u00dcberlastungen treten auf, wenn das Volumen der Schreiboperationen die Kapazit\u00e4t des Speichermediums \u00fcbersteigt und das System gezwungen ist, Schreibanfragen vor\u00fcbergehend zu blockieren, bis die bereits get\u00e4tigten Anfragen abgeschlossen sind. In der neuen Version wurde der Mechanismus des Kerns vollst\u00e4ndig \u00fcberarbeitet, der zur Erfassung von Informationen \u00fcber das Auftreten von \u00dcberlastungen und die Blockierung von Aufgaben verwendet wird, da in der alten Implementierung Probleme bei der Synchronisierung der Verarbeitung von Schreib\u00fcberlastungen mit dem Auslagern von Speicherseiten in den Swap-Bereich bei unzureichendem Arbeitsspeicher im System auftraten.\n
In Btrfs wird die Unterst\u00fctzung f\u00fcr die Zonierungstechnologie (Zoned Namespace) implementiert, die in Festplatten oder NVMe SSDs verwendet wird, um den Speicherplatz in Zonen zu unterteilen, die aus Gruppen von Bl\u00f6cken oder Sektoren bestehen, in die Daten nur sequenziell hinzugef\u00fcgt werden d\u00fcrfen, wobei die gesamte Blockgruppe aktualisiert wird. Dar\u00fcber hinaus wurden geringf\u00fcgige Optimierungen bei der Protokollierung von Inodes vorgenommen, die eine Verbesserung der Durchsatzrate im dbench-Test um 3 % und eine Reduktion der Latenz um 11 % erm\u00f6glichten. Der Mechanismus zur Protokollierung von Verzeichnissen wurde \u00fcberarbeitet, um die Effizienz zu steigern, indem die Anzahl der Suchvorg\u00e4nge und Sperren im Baum reduziert wurde. Die Einf\u00fcgung von Elementen in die B\u00e4ume im Batch-Modus wurde beschleunigt (die Zeit f\u00fcr Massenverf\u00fcgungen verringerte sich um 4 %, die f\u00fcr L\u00f6schungen um 12 %). Eine eingeschr\u00e4nkte Unterst\u00fctzung f\u00fcr die Verwendung von Kompression beim Schreiben unvollst\u00e4ndiger Seiten wurde hinzugef\u00fcgt, sowie die M\u00f6glichkeit zur Defragmentierung von Unterseiten (subpage). Vorbereitungen f\u00fcr die Unterst\u00fctzung der zweiten Version des Protokolls f\u00fcr den Befehl «send» wurden getroffen.\n
Im XFS-Dateisystem wurde der Speicherbedarf durch die Verwendung separater Slab-Caches f\u00fcr h\u00e4ufig verwendete Elemente und die Reduzierung bestimmter Datenstrukturen verringert.\n
Im Ext4-Dateisystem wurden lediglich Fehlerkorrekturen und eine genauere Berechnung der Parameter f\u00fcr die verz\u00f6gerte Initialisierung der Inode-Tabelle vorgenommen.\n
Auf der Ebene der Blockger\u00e4te wurden Optimierungen implementiert, die die Effizienz der Zuordnung von Operationen zu CPU-Kernen erheblich steigern.\n
Es wurde eine erste Unterst\u00fctzung f\u00fcr Festplatten mit mehreren unabh\u00e4ngigen Antrieben (Multi-Actuator) hinzugef\u00fcgt, die es erm\u00f6glichen, gleichzeitig auf mehrere Sektoren in verschiedenen Bereichen der magnetischen Platte zuzugreifen.\n
Ein neuer ioctl-Befehl CDROM_TIMED_MEDIA_CHANGE wurde hinzugef\u00fcgt, um Ereignisse des Medienwechsels im optischen Laufwerk zu erkennen.\n
Im EROFS-Dateisystem (Enhanced Read-Only File System) wurde die M\u00f6glichkeit hinzugef\u00fcgt, \u00fcber mehrere Speichereinheiten zu arbeiten. Verschiedene Ger\u00e4te k\u00f6nnen in einem 32-Bit-Adressraum von Bl\u00f6cken abgebildet werden. Au\u00dferdem wurde die Unterst\u00fctzung f\u00fcr die Kompression mit dem LZMA-Algorithmus hinzugef\u00fcgt.\n
Im F2FS wurden Mount-Optionen hinzugef\u00fcgt, um die Fragmentierung von Dateien beim Speichern im Speicher zu steuern (z. B. zur Fehlersuche bei den Optimierungen f\u00fcr fragmentierte Speicher).\n
In CEPH sind standardm\u00e4\u00dfig die Operationen zum Erstellen und L\u00f6schen von Verzeichnissen im asynchronen Modus enthalten (um das fr\u00fchere Verhalten wiederherzustellen, sollte beim Einbinden das Flag '-o wsync' verwendet werden). Es wurde eine Metrik hinzugef\u00fcgt, die Operationen zum Kopieren externer Objekte verfolgt.\n
CIFS hat den Mount-Parameter tcpnodelay hinzugef\u00fcgt, bei dem f\u00fcr den Netzwerksocket der Modus tcp_sock_set_nodelay aktiviert wird, der das Warten auf das F\u00fcllen der Warteschlange im TCP-Stack deaktiviert. Unterst\u00fctzung f\u00fcr verschachtelte DFS-Links (Distributed File System) beim Remounting wurde hinzugef\u00fcgt.\n
Unterst\u00fctzung f\u00fcr das Beenden von Anfragen an Blockger\u00e4te im Batch-Modus wurde hinzugef\u00fcgt. Tests der \u00c4nderung zeigten eine Steigerung der Intensit\u00e4t von zuf\u00e4lligen Lesevorg\u00e4ngen von Optane-Speichermedien von 6,1 auf 6,6 Millionen IOPS auf einem CPU-Kern. <\/ul>\n
Speicher und Systemdienste<\/b>\n
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Ein neuer Systemaufruf futex_waitv wurde hinzugef\u00fcgt, der es erm\u00f6glicht, den Zustand mehrerer Futexes mit einem einzigen Systemaufruf zu \u00fcberwachen. Diese Funktionalit\u00e4t erinnert an die in Windows verf\u00fcgbare Funktion WaitForMultipleObjects, deren Emulation \u00fcber futex_waitv n\u00fctzlich sein kann, um die Leistung von unter Wine oder Proton ausgef\u00fchrten Windows-Spielen zu verbessern. Dar\u00fcber hinaus kann das gleichzeitige Warten auf Futexe auch zur Optimierung der Leistung nativer Linux-Spiele verwendet werden.\n
Das Konzept der Seitenfolianten (page folios) wurde implementiert, dessen Verwendung in bestimmten Subsystemen des Kernels eine schnellere Speicherverwaltung unter typischen Lasten erm\u00f6glichen wird. Der Hauptspeicherverwaltungssubsystem im Kernel und die Implementierung des Seiten-Cache sind bereits auf Folien umgestellt, und in Zukunft ist eine \u00dcbertragung der Dateisysteme geplant. Zuk\u00fcnftig wird auch die Unterst\u00fctzung von mehrseitigen Folien im Kernel hinzugef\u00fcgt.\n
Folianten \u00e4hneln zusammengefassten Speicherseiten (compound pages), zeichnen sich jedoch durch eine verbesserte Semantik und eine klarere Arbeitsorganisation aus. F\u00fcr das Management des Systemspeichers wird der verf\u00fcgbare RAM in Speicherseiten unterteilt, deren Gr\u00f6\u00dfe von der Architektur abh\u00e4ngt, aber auf x86-Systemen in Kilobytes gemessen wird (gew\u00f6hnlich 4096 Bytes). Moderne Systeme verf\u00fcgen \u00fcber Dutzende von Gigabyte RAM, was die Speicherverwaltung aufgrund der Notwendigkeit, eine riesige Anzahl von Speicherseiten zu bearbeiten, erschwert. Um die Anzahl der Seiten zu reduzieren, wurde im Kernel zuvor das Konzept der zusammengefassten Seiten (compound pages) umgesetzt, mit Strukturen, die mehr als eine physische Speicherseite umfassen. Allerdings lie\u00df die API zur Manipulation von zusammengefassten Seiten zu w\u00fcnschen \u00fcbrig und f\u00fchrte zu zus\u00e4tzlichen Overheadkosten. <\/p>\n
Der Task-Planer hat einen Handler erhalten, der die Cache-Klusterung in der CPU ber\u00fccksichtigt. In einigen Prozessoren, wie dem Kunpeng 920 (ARM) und dem Intel Jacobsville (x86), kann eine bestimmte Anzahl von CPU-Kernen, typischerweise 4, den L3 oder L2 Cache kombinieren. Die Ber\u00fccksichtigung solcher Topologien kann die Effizienz der Aufgabenverteilung auf die CPU-Kerne im Task-Planer erheblich steigern, da das Verschieben von Aufgaben innerhalb eines CPU-Clusters die Speicherzugriffsbandbreite erh\u00f6ht und die Cache-Konkurenz verringert.\n
Die Unterst\u00fctzung f\u00fcr AMX-Befehle (Advanced Matrix Extensions), die in den kommenden Intel Xeon Scalable Server-Prozessoren unter dem Codenamen Sapphire Rapids implementiert werden, wurde hinzugef\u00fcgt. AMX bietet neue anpassbare Register TMM 'TILE' und Befehle zur Datenmanipulation in diesen Registern, wie TMUL (Tile matrix MULtiply) zur Multiplikation von Matrizen.\n
Es wurden mehrere neue Funktionen implementiert, die auf dem im letzten Release eingef\u00fchrten DAMON (Data Access MONitor) basieren. Dieser erm\u00f6glicht das Tracking des Zugriffs auf Daten im Arbeitsspeicher in Bezug auf den ausgew\u00e4hlten Prozess im Benutzerspace. Beispielsweise kann das Subsystem analysieren, auf welche spezifischen Speicherbereiche der Prozess w\u00e4hrend seiner gesamten Laufzeit zugegriffen hat und welche Bereiche ungenutzt geblieben sind.\n
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DAMON_RECLAIM zur Identifizierung und Auslagerung von Speicherbereichen, auf die nicht zugegriffen wurde. Der Mechanismus kann verwendet werden, um proaktiv weich Seiten im Speicher auszulagern, wenn sich der freie Speicher dem Ende zuneigt.\n
DAMOS (Data Access Monitoring-based Operation Schemes) zur Anwendung vorgegebener Operationen wie madvise(), um zus\u00e4tzlichen freien Speicher in den Speicherbereichen eines Prozesses freizugeben, f\u00fcr die eine bestimmte Zugriffsfrequenz auf den Speicher aufgezeichnet wird. Die Parameter von DAMOS k\u00f6nnen \u00fcber debugfs konfiguriert werden.\n
M\u00f6glichkeit zur \u00dcberwachung des physischen Adressraums im Speicher (zuvor konnten nur virtuelle Adressen verfolgt werden). <\/ul>\n
Die Implementierung des zstd-Komprimierungsalgorithmus wurde auf Version 1.4.10 aktualisiert, was zu einer deutlichen Leistungssteigerung in verschiedenen Kernunterst\u00fctzungssystemen gef\u00fchrt hat, in denen Komprimierung eingesetzt wird (zum Beispiel wurde die Entpackung des Kernabbildes um 35 % beschleunigt, und die Entpackungsleistung komprimierter Daten in Btrfs und SquashFS stieg um 15 %, w\u00e4hrend sie in ZRAM um 30 % verbessert wurde). Zuvor wurde im Kern eine separate Implementierung von zstd verwendet, die auf der Version 1.3.1 basierte, die vor \u00fcber drei Jahren ver\u00f6ffentlicht wurde und viele wichtige Optimierungen nicht beinhaltete. Neben dem Wechsel zur aktuellen Version vereinfacht der hinzugef\u00fcgte Patch auch die Synchronisation mit dem Upstream-Zweig von zstd, was es erm\u00f6glicht, Code zur direkten Integration in den Kern aus dem Hauptrepository von zstd zu generieren. In Zukunft plant man, den zstd-Code im Kern bei der Ver\u00f6ffentlichung neuer Versionen der zstd-Bibliothek zu aktualisieren.\n
Eine umfassende Reihe von Verbesserungen wurde im eBPF-Unterst\u00fctzungssystem eingef\u00fchrt. Es wurde die M\u00f6glichkeit hinzugef\u00fcgt, Funktionen von Kernelmodulen aus BPF-Programmen aufzurufen. Zudem wurde die Funktion bpf_trace_vprintk() implementiert, die im Gegensatz zu bpf_trace_printk() eine Ausgabe von mehr als drei Argumenten auf einmal erm\u00f6glicht. Eine neue Datenspeicherstruktur (BPF-Map) namens Bloom-Filter wurde hinzugef\u00fcgt, die eine probabilistische Datenstruktur bietet, um die Existenz eines Elements in einer Menge festzustellen. Ein neuer Attributtyp BTF_KIND_TAG wurde eingef\u00fchrt, der in BPF-Programmen verwendet werden kann, um Tags mit Funktionsparametern zu verkn\u00fcpfen, was die Fehlersuche in Benutzerprogrammen vereinfacht. In libbpf wurde die Erstellung eigener Sektionen .rodata.* und .data.* erm\u00f6glicht, die Unterst\u00fctzung f\u00fcr Uprobe- und Kprobe-Tracing-Ereignisse implementiert und eine API zum Kopieren aller BTF-Typen von einem Objekt zu einem anderen bereitgestellt. Die Unterst\u00fctzung von AF_XDP wurde aus libbpf in die separate Bibliothek libxdp \u00fcbertragen. F\u00fcr die MIPS-Architektur wurde ein JIT-Compiler f\u00fcr die BPF-virtuelle Maschine realisiert.\n
F\u00fcr die ARM64-Architektur wurde die Unterst\u00fctzung f\u00fcr ARMv8.6-Erweiterungen f\u00fcr Timer implementiert, die unter anderem die Selbstsynchronisation der systemregistrierten Ansichten ohne Verwendung von ISB-Instruktionen erm\u00f6glichen.\n
F\u00fcr die PA-RISC-Architektur wurde die M\u00f6glichkeit implementiert, den KFENCE-Mechanismus zur Erkennung von Speicherkorrekturfehlern zu verwenden, und die Unterst\u00fctzung f\u00fcr den KCSAN-Race-Condition-Detektor wurde hinzugef\u00fcgt.\n
Es wurde die M\u00f6glichkeit geschaffen, Berechtigungen f\u00fcr tracefs auf Benutzerebene und Gruppenebene anzupassen. Beispielsweise kann der Zugriff auf die Trace-Tools nun ausschlie\u00dflich bestimmten Gruppenmitgliedern gestattet werden. <\/ul>\n
Virtualisierung und Sicherheit<\/b>\n
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In den Subsystemen io_uring und Device-Mapper wurde die Unterst\u00fctzung f\u00fcr die Generierung von Audit-Ereignissen implementiert. In io_uring kann der Zugriff nun \u00fcber LSM-Module gesteuert werden. Zudem wurde die M\u00f6glichkeit f\u00fcr das Auditing des Systemaufrufs openat2() hinzugef\u00fcgt.\n
Der Kernel-Code wurde vollst\u00e4ndig von durchg\u00e4ngigen 'case'-Ausdr\u00fccken in 'switch' (ohne 'return' oder 'break' nach jedem 'case'-Block) befreit. Beim Kompilieren des Kernels kann nun der Modus \u00ab-Wimplicit-fallthrough\u00bb angewendet werden.\n
\u00c4nderungen zur Versch\u00e4rfung der Grenzkontrollen bei der Ausf\u00fchrung der memcpy()-Funktion wurden eingef\u00fchrt.\n
Im Interface f\u00fcr asynchrone Ein-\/Ausgabe io_uring wurde die M\u00f6glichkeit implementiert, Sicherheitsrichtlinien, die durch SELinux- und Smack-Module definiert sind, auf Ein-\/Ausgabeoperationen anzuwenden.\n
Im IMA (Integrity Measurement Architecture)-Subsystem, das es externen Diensten erm\u00f6glicht, den Zustand der Kernel-Subsysteme zu \u00fcberpr\u00fcfen, um deren Authentizit\u00e4t sicherzustellen, wurde die M\u00f6glichkeit implementiert, Regeln basierend auf der Gruppen-ID (GID) anzuwenden, zu der die Datei geh\u00f6rt oder in die der Benutzer, der auf die Datei zugreift, geh\u00f6rt.\n
Einige erweiterte Schutzmechanismen des seccomp() gegen Spectre-Klassent attacks sind standardm\u00e4\u00dfig deaktiviert, da sie als \u00fcberfl\u00fcssig erachtet wurden und die Sicherheit nicht wesentlich erh\u00f6hten, w\u00e4hrend sie die Leistung negativ beeinflussten. Die Anwendung von Retpoline-Schutz wurde \u00fcberpr\u00fcft.\n
Die Implementierung des cryptoloop-Mechanismus wurde entfernt, da dm-crypt, das 2004 eingef\u00fchrt wurde, diese Funktion ersetzt hat und bei Bedarf dieselben Algorithmen unterst\u00fctzt.\n
Standardm\u00e4\u00dfig ist der unprivilegierte Zugriff auf das eBPF-Subsystem verboten. Diese \u00c4nderung wurde vorgenommen, um zu verhindern, dass BPF-Programme zum Umgehen von Schutzma\u00dfnahmen gegen Kanalangriffe verwendet werden. Bei Bedarf kann der Administrator die Verwendung von eBPF durch unprivilegierte Benutzer erneut aktivieren.\n
Der Hypervisor ACRN, der f\u00fcr Echtzeitanwendungen und den Einsatz in kritischen Systemen entwickelt wurde, unterst\u00fctzt nun die Erstellung\/L\u00f6schung virtueller Ger\u00e4te und die Durchleitung von MMIO-Ger\u00e4ten.\n
Der Krypto-Engine wurde die Unterst\u00fctzung f\u00fcr KPP (Key-agreement Protocol Primitives) hinzugef\u00fcgt, die die Logik f\u00fcr die Entwicklung von Treibern f\u00fcr Kryptosysteme vereinfachen.\n