Linuxi 5.18 kerneli väljaanne

Pärast kahte kuud arendust tutvustas Linus Torvalds Linuxi 5.18 tuuma väljaande. Kõige märgatavamad muudatused: on tehtud suur puhastus aegunud funktsionaalsusest, Reiserfs-failisüsteem on kuulutatud aegunuks, kasutajate protsesside jälgimise sündmused on rakendatud, on lisatud toetus Intel IBT eksploitide blokeerimise mehhanismile, bufferi ülevoolu tuvastamise režiim on sisse lülitatud memcpy() funktsiooni kasutamisel, fprobe funktsioonikutsumise jälgimise mehhanism on lisatud, AMD Zen CPU ülesande ajastaja tulemuslikkust on parendatud, Intel CPU (SDS) funktsionaalsuse haldamiseks on lisatud draiver, on integreeritud osa päiste failide restruktureerimise plaastritest, C11 standardi rakendamine on heaks kiidetud.

Uude versiooni on lisatud 16206 parandust 2127 arendajalt (eelmistel väljaannetel oli 14203 parandust 1995 arendajalt), plaastri suurus on 108 MB (muudatused hõlmasid 14235 faili, lisatud on 1340982 koodirea ja 593836 rida on kustutatud). Umbes 44% kõigist 5.18 esitatud muudatustest on seotud seadme draiveritega, umbes 16% muudatusi puudutavad riistvaraarhitektuurile spetsiifiliste koodide uuendamist, 11% on seotud võrgustiku virna, 3% - failisüsteemide ja 3% - tuuma sisemiste alamssystemidega.

Peamised uuendused tuumas 5.18:

• Diskisüsteem, sisend/väljund ja failisüsteemid
  • Btrfs-failisüsteemis on lisatud kompresseeritud andmete edastamise toetus send ja receive operatsioonide täitmisel. Varasemalt send/receive kasutamisel lahti pakkis saatja pool andmed, mis olid salvestatud kompresseeritud kujul, ning vastuvõtja pakkis need enne salvestamist uuesti kokku. Linuxi 5.18-s on kasutajate ruumis töötavatele rakendustele, mis kasutavad send/receive kutseid, antud võimalus edastada kompresseeritud andmeid ilma uuesti pakkimata. Funktsionaalsus on rakendatud uute ioctl-operatsioonide BTRFS_IOC_ENCODED_READ ja BTRFS_IOC_ENCODED_WRITE abil, mis võimaldavad otse lugeda ja kirjutada teavet ekstensioonidesse.

    Lisaks on Btrfs-s parendatud fsync'i tulemuslikkust. On lisatud deduplikatsiooni ja reflink'i (faili metaandmete kloonimise loomine, luues viite juba olemasolevatele andmetele ilma nende tegeliku kopeerimiseta) võimalus kogu salvestusruumis, piiranguteta monteerimispunktidesse.

  • Otseseisundis (Direct I/O) on tagatud juurdepääs krüpteeritud failidele, kasutades fscrypt inline-krüpteerimist, kus krüpteerimise ja dekrüpteerimise toimingud teostatakse salvestusseadmest, mitte südamikest. Tavalise südamiku krüpteerimise korral ei ole juurdepääs krüpteeritud failidele Direct I/O kaudu endiselt võimalik, kuna failide juurde pääsemine toimub südamiku vahemälu mehhanismi kõrvale minnes.
  • NFS-serveris on vaike seadistusega sisse lülitatud NFSv3 protokolli tugi, mille jaoks ei ole nüüd vaja eraldi sisselülitamist ning see on saadaval NFS üldseadmise korral. NFSv3 peetakse põhiversiooniks ning see on alati toetatud, samas võib NFSv2 toetus tulevikus lõpetada. Kataloogide sisu lugemise efektiivsus on oluliselt paranenud.
  • Failisüsteem ReiserFS on kuulutatud vananenuks ja selle eemaldamist oodatakse 2025. aastal. ReiserFS-i vananenuks kuulutamine aitab vähendada hooldustöid, mis on seotud failisüsteemide üldiste muudatuste toetamisega, sealhulgas uue API toetamine mointimiseks, iomap ja voldikute toetamine.
  • F2FS-i failisüsteemile on rakendatud kasutaja ID-de kaardistamise võimalus, mida kasutatakse teatud kasutaja faile samasse kaardistatud välissektori ja teise kasutaja puhul hetke süsteemis kokku viimiseks.
  • Device-mapperi statistika arvelduskoodi on ümber töötatud, mis on võimaldanud oluliselt suurendada arvelduse täpsust sellistes töötlejates nagu dm-crypt.
  • NVMe seadmetele on rakendatud 64-bitiste kontrollsummade tugi, et tagada terviklikkus.
  • ExFAT failisüsteemi jaoks on pakutud uus mountimisvalik „keep_last_dots“, mis keelab failinime lõpus olevate punktide eemaldamise (Windowsis eemaldatakse punktid lõpus vaikimisi).
  • EXT4 on parandanud fast_commit režiimi jõudlust ja suurendanud skaleeritavust. Mountimisvalik „mb_optimize_scan“, mis lubab suurendada jõudlust kõrge fragmentatsiooni tingimustes, on kohandatud töötamiseks ekstentidega failide puhul.
  • Tugi kirjutamisvoo (write stream) tugi on lõpetatud blokeeritud seadmete töötlussüsteemis. See võimalus pakuti SSD-de jaoks, kuid ei levinud ning praegu ei ole turul seadmeid, mis toetaksid seda režiimi, ja on ebatõenäoline, et need tulevikus ilmuvad.
• Mälu ja süsteemiteenused
  • Algas patšikomplekti integreerimine, mis võimaldab oluliselt vähendada tuuma uuesti kompileerimise aega, restruktureerides pealkirjade hierarhiat ja vähendades ristsõltuvuste arvu. Tuuma 5.18 koostisesse on lisatud patšid, mis optimeerivad ülesannete ajastamise pealkirjade struktuuri (kernel/sched). Eelmise väljaande võrreldes vähenes protsessori aja tarbimine kernel/sched koodi koostamisel 61% ja tegelik aeg vähenes 3,9% (2,95-lt 2,84 sekundi peale).
  • Tuuma koodis on lubatud C11 standardi kasutamine, mis avaldati 2011. aastal. Varem pidi tuumakood vastama ANSI C (C89) spetsifikatsioonile, mis loodi 1989. aastal. Tuuma 5.18 koostamis skriptides asendati valik ‘—std=gnu89’ valikuga ‘—std=gnu11 -Wno-shift-negative-value’. Uuriti võimalust kasutada C17 standardit, kuid sel juhul oleks tulnud tõsta minimaalset toetatud GCC versiooni, samas kui C11 toe lisamine jääb praeguste GCC (5.1) versiooninõuete sisse.
  • Taskujõudluse ajastamise tõhusus AMD Zeni mikroarhitektuuriga protsessorites on tõusnud, kus iga sõlme jaoks, millel on kohalikud mälu kanalid, on mitmeid viimase taseme vahemälu (LLC, Last Level Cache). Uues versioonis on eemaldatud LLC-de tasakaalustamatus NUMA sõlmede vahel, mis mõnede koormuste korral tõi kaasa olulise tulemuslikkuse tõusu.
  • Kasutaja ruumis rakenduste jälgimise vahendeid on laiendatud. Uues tuuma versioonis on lisatud võimalus kasutajaprotsesside jaoks luua jälgimise sündmusi (User events) ja salvestada andmeid jälgimisse, mida saab vaadata tuuma jälgimise tüüpiliste utiliitide kaudu nagu ftrace ja perf. Kasutaja ruumi jälgimise sündmused on tuuma jälgimise sündmustest isoleeritud. Sündmuste olekut saab vaadata faili kaudu /sys/kernel/debug/tracing/user_events_status ning sündmuste registreerimist ja andmete salvestamist faili kaudu /sys/kernel/debug/tracing/user_events_data.
  • Lisatud on funktsioonikutsede jälgimise mehhanism — fprobe. fprobe API põhineb ftrace`il, kuid on piiratud ainult callback-käsitlejate kinnitamise võimalusega funktsiooni sisend- ja väljapunktidesse. Erinevalt kprobest ja kretprobest võimaldab uus mehhanism kasutada ühte käsitlejat korraga mitmes funktsioonis.
  • Toetamine vanade ARM-protsessorite (ARMv4 ja ARMv5) jaoks, millel ei ole mäluhalduse plokki (MMU), on lõpetatud. ARMv7-M süsteemide (ilma MMU-ta) toetus on säilinud.
  • Toetamine RISC-sarnase NDS32 arhitektuuri jaoks, mida kasutas Andes Technologies`i protsessor, on lõpetatud. Kood eemaldati juhtimise puudumise ja NDS32 toetuse nõudlikkuse tõttu peamises Linuxi tuumas (jäänud kasutajad kasutavad seadme tootjate eriversioone).
  • Vaikimisi on keelatud a.out täidiste vormingu toe kogumine alpha ja m68k arhitektuurides, kus seda vormingut jätkuvalt kasutatakse. Tõenäoliselt eemaldatakse vananenud a.out vormingu tugi peatselt täielikult tuumast. A.out vormingu eemaldamise plaanid on arutlusel alates 2019. aastast.
  • PA-RISC arhitektuuri jaoks on rakendatud minimaalne vDSO (virtuaalsed dünaamilised jagatud objektide) mehhanismi tugi, mis pakub piiratud hulka süsteemi kutsungeid, mis on kasutajaruumi ligipääsetavad ilma konteksti vahetamiseta. vDSO toetus on võimaldanud käivitada mitteeksekuteeritava virna.
  • Lisatud on Intel HFI (Hardware Feedback Interface) mehhanismi tugi, mis võimaldab riistvaral edastada tuumale teavet iga CPU praeguse jõudluse ja energiatõhususe kohta.
  • Lisatud on Intel SDSi (Software-Defined Silicon) mehhanismi draiver, mis võimaldab hallata protsessori lisafunktsioonide aktiveerimist (nt spetsialiseeritud käsklused ja täiendav vahemälu). Idee on see, et madalama hinnaga võivad turule tulla kiibid, millel on blokeeritud laiendatud funktsioonid, mida saab seejärel 'ostes' aktiveerida ilma riistvaralist kiibi vahetamist.
  • Lisatud amd_hsmp draiver, et toetada AMD HSMP (Host System Management Port) liidest, mis võimaldab pääseda juurde protsessori haldamise funktsioonidele spetsiaalsete registeride kaudu, mis ilmusid AMD EPYC serveriprotsessoritesse alates Fam19h põlvkonnast. Näiteks saab HSMP kaudu saada teavet energiatarbimise ja temperatuuri kohta, kehtestada sageduse piiranguid, aktiveerida erinevaid jõudluse suurendamise režiime ja hallata mälutöö parameetreid.
  • Asünkroonse sisendi/väljundi io_uring liideses on rakendatud IORING_SETUP_SUBMIT_ALL valik, et registreerida ringbufferis rida failideskirjeldajaid, samuti IORING_OP_MSG_RING tegevus, mis võimaldab saata signaali ühest ringbufferist teise.
  • DAMOS (Data Access Monitoring-based Operation Schemes) mehhanismis, mis võimaldab vabastada mälu vastavalt mälule ligipääsufrekvencyle, on laiendatud võimalusi mälutegevuste kontrollimiseks kasutaja ruumist.
  • Integreeritud on kolmas patšide seeria mälulehtede (page folios) kontseptsiooni rakendamisega, mis meenutavad ühendatud mälulehti (compound pages), kuid erinevad täiustatud semantika ja arusaadavama töökorralduse poolest. Lehtede kasutamine kiirendab mälu haldamist teatud südamiku alamprogrammides. Esitatud patšides on viidud üle sise mälu haldamise funktsioonide lehtedele, sealhulgas get_user_pages() funktsiooni variandid. Pakutud on toetust suurte lehtede loomisele andmete eeltõmbamise koodis.
  • Kogumise süsteemis on lisatud toetus keskkonnamuutujatele USERCFLAGS ja USERLDFLAGS, mille abil saab edastada täiendavaid mäluflaage kompilaatorile ja lingijale.
  • eBPF alamprogrammis BTF (BPF Type Format) on, mis annab teavet tüüpide kontrollimiseks BPF pseudokoodis, rakendatud võimalus lisada annotatsioone muutujaile, mis viitavad kasutaja ruumi mälule. Annotatsioonid aitavad BPF koodi verifitseerimis süsteemil paremini tuvastada ja kontrollida mälule pääsemisi.
  • Pakutud on uus mälu eraldamise töötleja BPF programmide salvestamiseks, mis võimaldab kasutada mälu tõhusamalt suurte BPF programmide laadimise olukordades.
  • Süsteemikutsesse madvise() on lisatud lipp MADV_DONTNEED_LOCKED, mis täiendab juba olemasolevat lippu MADV_DONTNEED, mille kaudu saab tuuma eelnevalt teavitada ettevalmistatavast mälubloki vabastamisest, st et see bloki ei ole enam vajalik ja võib tuuma poolt kasutada. Erinevalt MADV_DONTNEED'ist on lippu MADV_DONTNEED_LOCKED lubatud kasutada kinnitatud RAM-i mälulehtede puhul, mis kukuvad madvise'i kutsumise korral välja ilma kinnitatud staatuse muutmiseta ja tulevaste ligipääsude korral, kui tekib „page fault”, naasevad nad oma seotuse säilitades. Lisaks on lisatud muudatus, mis võimaldab kasutada lippu MADV_DONTNEED suurte mälulehtede puhul HugeTLB-s.
• Virtualiseerimine ja turvalisus
  • Arhitektuurile x86 on lisatud tuge käskude täitmise kaitsemehhanismi Intel IBT (Indirektne Haru Jälgimine), mis takistab ROP-i (Return-Oriented Programming) ja muude sarnaste tehnikate kasutamist, mille korral eksploit moodustatakse juba mälus olevate masiinijuhiste jaotustega, mis lõppevad juhtimise tagastamise käsuga (tavaliselt funktsioonide lõpus). Rakendatud kaitsemeetodi olemus seisneb selles, et blokeeritakse kaudsed üleminekud funktsiooni kehasse, lisades funktsiooni algusesse spetsiaalse käsu ENDBR ja lubades kaudse ülemineku täitmise ainult juhul, kui üleminek on selle käsu peale (kaudne kutse läbi JMP ja CALL peab alati jõudma käsule ENDBR, mis asub funktsiooni alguses).
  • Funktsioonides memcpy(), memmove() ja memset() on sisse lülitatud rangem piiride kontroll, mis toimub kompileerimisprotsessi ajal, kui on lubatud CONFIG_FORTIFY_SOURCE režiim. Lisatud muudatus seisneb struktuuri elementide piiride ületamise kontrollimises, mille suurus on teada. Täheldatakse, et rakendatud funktsioon võiks blokeerida kõik memcpy()-ga seotud puhverülevused tuumas, mis on tuvastatud vähemalt viimase kolme aasta jooksul.
  • Teise osa koodist on lisatud uuendatud RDRAND pseudojuhuslike arvu generaatori teostusele, mis vastutab seadmete /dev/random ja /dev/urandom toimimise eest. Uus teostus on tähelepanuväärne nende seadmete töö ühtlustamise, juhuslike arvu voos dubleeringute tekkimise kaitse lisamise ja käivitamisel toimingute läbiviimise poolest. virtuaalmasinate ja ülemineku tõttu BLAKE2s hash-funktsiooni kasutamisele SHA1 asemel entropia segamise operatsioonide jaoks. Muudatus tõi kaasa pseudojuhuslike arvu generaatori turvalisuse paranemise, kuna SHA1 probleemse algoritmi eemaldamine ja RNG initsialiseerimise vektori ümberkirjutamise vältimine. Kuna BLAKE2s algoritm ületab SHA1 efektiivsuses, mõjutas selle rakendamine ka positiivselt jõudlust.
  • ARM64 arhitektuurile on lisatud uus pointerite autentimise algoritmi tugi - "QARMA3", mis on kiirem kui QARMA, säilitades samal ajal nõutava kaitse taseme. Tehnoloogia võimaldab kasutada spetsialiseeritud ARM64 käske tagastusaadresside kontrollimiseks digitaalsete allkirjade abil, mis on salvestatud kasutamata ülemistes bittides ise näitajast.
  • ARM64 arhitektuurile on rakendatud toetust GCC 12 kompilaatori režiimi, mis kaitseb tagastusaadressi kirjutamist funktsioonist, kui toimub mälupuhvri ülevool. Kaitse põhimõte seisneb tagastusaadressi salvestamises eraldi "varjatud" mällu ja selle aadressi allestamisel enne funktsioonist väljumist.
  • Lisatud on uus võtmehoidja - "machine", mis sisaldab süsteemi omaniku võtmeid (MOK, Machine Owner Keys), mida toetatakse shim-käivitajas. Need võtmed saavad olla kasutusel tuumakomponentide digitaalsete allkirjade tõendamiseks, mis laaditakse pärast esmast käivitamist (nt tuumamooduleid).
  • Eemaldatud on asümmeetriliste privaatvõtmete tugi TPM-ile, mis oli ette nähtud vananenud TPM versioonis, omas tuntud turvaprobleeme ja ei leidnud praktilist kasutust.
  • Andmete kaitse size_t tüübi eest on lisatud tervete arvude ülevoolu vastu. Koodis on kasutusel size_mul(), size_add() ja size_sub() käitlejad, mis võimaldavad ohutult teostada size_t tüüpide korrutamist, liitmist ja lahutamist.
  • Kernit ehitamisel on sisse lülitatud lipud „-Warray-bounds” ja „-Wzero-length-bounds”, mis annavad hoiatusi massiivi indeksist väljumise ja nullpikkuse massiivide kasutamise korral.
  • Virtio-crypto seadmesse on lisatud tugi krüpteerimiseks RSA algoritmi abil.
• Võrgusüsteem
  • Võrkköidete rakendusse on lisatud sadamate lukustamise režiimi (locked mode) tugi, kus kasutaja saab suunata liiklust sadama kaudu ainult lubatud MAC-aadressiga. Samuti on lisatud võimalus kasutada mitmeid struktuure STP (Spanning Tree Protocol) protokolli oleku hindamiseks. Varem võis VLAN-ide puhul toimuda ainult otsene sidumine STP-ga (1:1), kus iga VLAN-i hallati iseseisvalt. Uues versioonis on lisatud parameeter mst_enable, mille lubamisel jälgib VLAN-ide olekut MST (Multiple Spanning Trees) moodul ja VLAN-ide sidumine võib vastata M:N mudelile.
  • Tööd pakettide viskamise põhjuste jälgimise vahendite integreerimiseks võrgu ärakonnas on jätkatud (reason koodid). Põhjuse kood edastatakse mälu vabastamise ajal, mis on seotud paketiga, ja võimaldab arvesse võtta selliseid olukordi nagu pakettide viskamine valede väljade täitmise tõttu, spufimise tuvastamine rp_filteri poolt, vale kontrollsummade, mälupuudus, IPSec XFRM reeglite aktiveerumine, vale TCP järjestuse number jne.
  • BPF-programmide, mis on käivitatud kasutajaruumi BPF_PROG_RUN režiimis, kaudu on antud võimalus edastada võrgu pakette, kus BPF-programmid täidetakse tuumas, kuid tagastavad tulemuse kasutajaruumi. Pakette edastatakse XDP (eXpress Data Path) alamsüsteemi kaudu. Toetatakse pakettide live-töötluse režiimi, kus XDP-käsitleja saab kohapeal suunata võrgu pakette võrgu äärde või teistele seadmetele. Samuti on võimalik luua tarkvarapõhiseid välise liikluse generaatori või võrgu kaadrite sisestamise rakendusse.
  • Võrgugruppidele kinnitatud BPF-programmidele on pakutud abifunktsioone süsteemi nõuete tagastatavate väärtuste selge seadistamise jaoks, mis võimaldab edastada täielikku teavet süsteemi nõude blokeerimise põhjuste kohta.
  • XDP (eXpress Data Path) süsteemi on lisatud tugi fraktsioonitud pakettide jaoks, mis asetatakse mitmesse pubufferisse, võimaldades XDP-s töödelda Jumbo-raamide ning rakendada TSO/GRO (TCP Segmentation Offload/Generic Receive Offload) XDP_REDIRECT jaoks.
  • Võrgu nime ruumide kustutamise protsess on oluliselt kiirem, mis oli nõutud mõnes suurtes süsteemides, kus on suur liiklusmaht.
• Varustus
  • Amdgpu draiveris on vaikimisi sisse lülitatud FreeSync adaptatiivse sünkroonimise tehnoloogia, mis võimaldab kohandada ekraanipäivitys sagedust, tagades sujuva kuvamise ja pildikatkestuste puudumise mängude ja video vaatamise ajal. GPU Aldebarani stabiilne tugi on kuulutatud.
  • I915 draiverisse on lisatud Intel Alderlake N kiipide ja Intel DG2-G12 (Arc Alchemist) diskreetsete graafikakaartide tugi.
  • Nouveau draiveris on tagatud kõrgemate bitikiirusete tugi DP/eDP liideste jaoks ja pikkade kaablite lttprs (Link-Training Tunable PHY Repeaters) tugi.
  • Drm (Direct Rendering Manager) süsteemis on armada, exynos, gma500, hyperv, imx, ingenic, mcde, mediatek, msm, omap, rcar-du, rockchip, sprd, sti, tegra, tilcdc, xen ja vc4 draiverites lisatud parameetri nomodeset tugi, mis võimaldab keelata videorežiimide vahetamise tuuma tasandil ja kasutada ainult süsteemset raamibufferi funktsionaalsust, jättes välja riistvara kiirendamise meetodid.
  • Lisatud tugi ARM SoC Qualcomm Snapdragon 625/632 (kasutatakse LG Nexus 5X ja Fairphone FP3 nutitelefonides), Samsung Exynos 850, Samsung Exynos 7885 (kasutatakse Samsung Galaxy A8-s), Airoha (Mediatek/EcoNet) EN7523, Mediatek mt6582 (Prestigio PMT5008 3G tahvelarvuti), Microchip Lan966, Renesas RZ/G2LC, RZ/V2L, Tesla FSD, TI K3/AM62 ja i.MXRTxxxx.
  • Lisatud tugi ARM-seadmetele ja Broadcomi plaatidele (Raspberry Pi Zero 2 W), Qualcomm (Google Herobrine R1 Chromebook, SHIFT6mq, Samsung Galaxy Book2), Rockchip (Pine64 PineNote, Bananapi-R2-Pro, STM32 Emtrion emSBS, Samsung Galaxy Tab S, Prestigio PMT5008 3G tahvelarvuti), Allwinner (A20-Marsboard), Amlogic (Amediatek X96-AIR, CYX A95XF3-AIR, Haochuangy H96-Max, Amlogic AQ222 ja OSMC Vero 4K+), Aspeed (Quanta S6Q, ASRock ROMED8HM3), Marvell MVEBU/Armada (Ctera C200 V1 ja V2 NAS), Mstar (DongShanPiOne, Miyoo Mini), NXP i.MX (Protonic PRT8MM, emCON-MX8M Mini, Toradex Verdin, Gateworks GW7903).
  • Lisatud toetus helisüsteemidele ja kodeerijatele nagu AMD PDM, Atmel PDMC, Awinic AW8738, i.MX TLV320AIC31xx, Intel CS35L41, ESSX8336, Mediatek MT8181, nVidia Tegra234, Qualcomm SC7280, Renesas RZ/V2L, Texas Instruments TAS585M. Lisatud esialgne helidraiveri teostus Intel AVS DSP-kiibile. Uuendatud Intel ADL ja Tegra234 draiverite tuge ning tehtud muudatused helitugi parandamiseks Dell, HP, Lenovo, ASUS, Samsung ja Clevo seadmetes.

  Samal ajal lõi Ladina-Ameerika vabavara fond täieliku avatud Linuxi tuuma versioon 5.18 — Linux-libre 5.18-gnu, mis on puhastatud tootja poolt piiratud kasutusega sulgedest ja draiveritest, mis sisaldavad vabavaraga kooskõlas olevaid komponente või koodilõike. Uues väljaandes on puhastatud draivereid MIPI DBI paneelide, VPU Amphioni, WiFi MediaTek MT7986 WMAC, Mediatek MT7921U (USB) ja Realtek 8852a/8852c, Intel AVS helichippide ja Texas Instruments TAS5805M jaoks. Samuti on puhastatud DTS-faile erinevate Qualcommi SoC-de jaoks, mis kasutavad AArch64 arhitektuuri. Draiverite ja AMD GPU, MediaTek MT7915, Silicon Labs WF200+ WiFi, Mellanox Spectru Ethernet, Realtek rtw8852c, Qualcomm Q6V5, Wolfson ADSP, MediaTek HCI UART alamsüsteemide blobide puhastamise kood on viidud ajakohaseks.

Allikas: opennet.ru