Linuxi tuuma versioon 7.0

Pärast kahte kuud arendust esitles Linus Torvalds Linuxi tuuma versiooni 7.0. Kõige märgatavamate muudatuste hulgas on AI-assistentide kasutamise reeglid, Rusti tõstmine tuuma põhifunktsioonide hulka, mälutõhususe paranemine, PREEMPT_LAZY režiimi vaikimisi lubamine, io_uring operatsioonide jaoks filtreerimise tugi, uus Nullfs failisüsteem, fserror infrastruktuur, XFS jälgimistööriistad, Btrfs-s reemapimise tugi, NFS 4.1 versiooni vaikimisi lubamine, post-kvantaalsete krüptograafiliste algoritmide ML-DSA integreerimine ja AccECN aktivatsioon võrgu alamsüsteemis, algeline WiFi 8 tugi.

Numbriks 7.0 määrati see, kuna 6.x haru on kogunud piisavalt väljalaskeid esimeses numbris muutmiseks (tollal loodi versioon 6.0 pärast 5.19). Numbrite muutmine toimub esteetilistel põhjustel ja on formaalne samm, mis vabastab peatse ebamugavuse suure arvu väljalaste olemasolust seerias.

Uude versiooni on vastu võetud 15624 parandust 2477 arendajalt, patši suurus on 56 MB (muudatused hõlmasid 18053 faili, lisati 704060 koodi rida, kustutati 278132 rida). Eelmises versioonis oli 15657 parandust 2237 arendajalt, patši suurus oli 52 MB. Umbes 51% kõikidest versioonis 7.0 esitatud muudatustest on seotud seadme draiveritega, umbes 11% muudatusi on seotud arhitektuuride spetsiifilise koodi värskendamisega, 14% on seotud võrgualbiga, 5% - failisüsteemidega ja 3% - tuuma sisemiste alamsüsteemidega.

Peamised uuendused tuumas 7.0 (1, 2, 3):

• Diskisüsteem, sisend/väljund ja failisüsteemid
  • On rakendatud fserror infrastruktuur ja lisatud API sisendi / väljundi vigade ja metaandmete kahjustuse teabe saamiseks failidega töötamisel. Pakutud infrastruktuur ühtlustab failisüsteemides veateabe edastamise kasutaja ruumi kaudu fsnotify mehhanismi.
  • XFS on saanud uusi võimalusi failisüsteemi seisundi jälgimiseks kasutaja ruumist. Pakutud on ioctl-operatsioon XFS_IOC_HEALTH_MONITOR, mis tagastab failihalduri, mille kaudu saab saada teavet tõrgete kohta, mis on seotud metaandmete kahjustamise või sisendi/väljundi vigade esinemisega, samuti jälgida failisüsteemi olekute muutumist, näiteks lahtiühendamist ja seiskamist. Täiendavalt on pakutud systemd kaudu hallatavat taustaprotsessi xfs_healer, mis töötleb failisüsteemi oleku sündmusi kasutaja ruumist ja vajadusel käivitab automaatselt taastamisprotseduure.
  • Btrfs failisüsteemi on lisatud eksperimentaalne tugi 'remap tree' struktuurile, mida tulevikus võib kasutada vahekihina sisendi-väljundi operatsioonide läbiviimisel. Lisatud funktsiooni olemus on selles, et pärast andmete liigutamist salvestusse ei uuendata kõiki seotud struktuure; lisainfo 'remap tree' struktuuris hoitakse vana ja uue aadressi andmed, mille järel andmetele pääsemisel aadresse vahetatakse. Uus lähenemine esitatakse kui usaldusväärsem ja paindlikum, samuti lihtsustades Btrfs funktsionaalsuse edasist laiendamist.
  • Btrfs toetab otsest sisendi/väljundi kasutamist olukordades, kus ploki suurus ületab süsteemis mälulehe suuruse.
  • Komplekti on lisatud uus failisüsteem 'Nullfs', mida saab kasutada juurefailisüsteemi asendajana. Nullfs failisüsteem on alati tühi, ei sisaldada andmeid ja ei toeta muudatusi. Nullfsi eesmärk on kasutada seda algse failisüsteemina, et lihtsustada süsteemi käivitamise protsessi; Nullfsi peale monteeritakse seejärel teised failisüsteemid ning kasutatakse süsteemikõnet pivot_root() juurefailisüsteemi vahetamiseks, mitte initramfs sisu puhastamiseks ja sellega seotud juurefailisüsteemi kasutamiseks.
  • Rakendatud on failide muutmise aega informatsiooni värskendamine mittesümpaatilises režiimis. Varasemalt kutsus kõne file_update_time_flags() koos IOCB_NOWAIT lipuga üles tõrke „-EAGAIN”, mis ei võimaldanud kasutada otsese kirjutamise operatsioone mittesümpaatilises režiimis.
  • Faili süsteemides on eraldi lisatavate valikute hulka lisatud toetused teavitavate blokeeringute (lease) jaoks. Vaikimisi ei aktiveerita sarnast mehhanismi juhuslike failisüsteemide probleemide tõttu, mis ei olnud algselt ette nähtud selle kasutamiseks. Näiteks ei toeta seda FS 9p ja cephfs.
  • Failisüsteemis EROFS (Extendable Read-Only File System), mis on mõeldud kasutamiseks lugemiseks ainult mõeldud osades, on vaikimisi kasutusel tihendamisalgoritm LZMA. Valikuliselt on saadaval algoritmid DEFLATE ja Zstandard, mis ei ole enam eksperimentaalsete hulka kuuluvad. On rakendatud samaaegne failide jagamine lehe vahemälus (page-cache) erinevates EROFS faili süsteemides.
  • Eemaldatud on laptop_mode, mis säästis energiatarvet, edastades ja ühendades kirjutamisoperatsioonid kõvakettale, et pikendada ketta magamisseisundis viibimise aega ja vähendada ärkamiste arvu. Režiim on oma asjakohasuse kaotanud, kuna tänapäevased mobiilsed seadmed on asendanud kõvakettad tahkis- ehk SSD-tüüpi salvestusseadmetega.
  • Failisüsteem F2FS on üleminekul suurte lehtede (large folios) mälu kasutusele.
  • Taaskäivitati ntfs3 draiveri arendust, mida toetab Paragon Software. Lisatud on toe failitehingutele iomap põhjal, teostatud variantide llseek SEEK_DATA/SEEK_HOLE rakendamine, samuti uuendatud on delalloc režiimi, mis võimaldab blokeeringute edasilükkamist. Samas, veebruaris heaks kiideti arendajate e-kirja nimekirjas järgmise põhituuma versiooni uue NTFS rakenduse - ntfsplus, arendamine, mis asendab ntfs3.
  • Vaikimisi on kompileerimise ajal aktiveeritud NFS 4.1 protokolliversioon (CONFIG_NFS_V4_1). Tagatud on spetsialiseeritud vale-FS-de, nagu pidfs ja nsfs, eksportimise lukustamine NFS-i kaudu. NFSD-s on rakendatud eksperimentaalne funktsioon, mis võimaldab POSIX ACL-i kasutamist ja lisatud on dünaamilise niitide basseini (thread-pool) muutmise tugi sõltuvalt koormusest.
• Mälu ja süsteemiteenused
  • On kinnitatud ametlikud eeskirjad AI-assistentide kasutamise ja automaatselt genereeritud sisu tuumasse inteerimise kohta. Generatsiooni koodi edastamisel tuleb see märgistada, osutades kasutatud AI-assistentile kaudu sildi «Assisted-by». AI-assistentidel on keelatud lisada silti «Signed-off-by» — inimene, kes edastas patši, loetakse selle autoriks, on vastutav edastatud muudatuste eest ja tagab nende kvaliteedi. Arendajatele on ette nähtud käituda käsitsi saadud AI kaudu genereeritud koodi ülevaatamise ja kontrollimisega, et see vastaks litsentsimisnõuetele.
  • Rust'i toetus on viidud sookohtudest peamistesse tuumafunktsioonidesse. Rust'i toetus ei ole vaikimisi aktiivne ja ei too Rust'i tuuma kohustuslikuks koostisosa järjekorda.
  • On lõpetatud «Swap Table» mehhanismi integreerimine tuuma, mis võimaldab suurendada vahetuse jõudlust. Kiirus saavutatakse vahetusmälu jaotuse konkurentsi vähendamise, efektiivsema otsingu ja fraktsioneerimise vähendamise kaudu. Swap Table-i baasil töötav tagaplaan on rakendatud vahetuse mälukaustamiseks ja asendab XArray baasi, mis aitas testi redis-benchmark BGSAVE käigus suurendada töödeldud päringute arvu 22%.
  • On lisatud tugi Clang 22-s esilekerkinud laiendusele Thread Safety Analysis, mis võimaldab kompileerimise ajal tuvastada potentsiaalseid rikkumisi ja vigu, mis on põhjustatud valesti seadistatud lukustustest. Laiendus pakub rida atribuute, nagu GUARDED_BY(…), REQUIRES(…), RELEASE(…) ja ACQUIRE(…), mis võimaldavad märkida lukustatud funktsioone ja eristada lukustuste ulatust (määrata konteksti). Kompileerimise etapil toimub sünkroneerimise primitivi, nagu muteksid, õiguse kontrollimine, tuginedes nendele seotud konteksti tegevusele või mitteolekule.
  • Süsteemikõne open_tree on lisatud lipp OPEN_TREE_NAMESPACE, et lihtsustada isoleeritud konteinerite seadistamist ja kiirendada konteinerite käivitamist süsteemides, kus on palju mount-punkte. Nagu OPEN_TREE_CLONE, uus lipp kopeerib ainult määratud mount-puu, kuid tagastab faili deskriptorit uues mount-punktide nimetes, kus kopeeritud puu monteeritakse üle tegeliku juurkatalooge koopia. Lipp OPEN_TREE_NAMESPACE on vajalik, et vältida eraldi unshare(CLONE_NEWNS) ja pivot_root() toimingute täitmisest konteinerite loomisel.
  • Süsteemikõne rseq on lisatud ajakvotide (time slice) laiendusmehhanism, mis võimaldab saada täiendavat protsessori aega kriitilise sektsiooni katkematuks täitmiseks. Idee on vältida ajakava planeerimise katkestamist, mis viib juhtimise edastamiseni teistele lõime, kasutades ressurssi, millel jääb lukustus kinnitatud. Ajakvoti laiendamine toimub täiendavate kuludeta, kuid ilma rangete garantiideta, mida pakuvad täieliku prioriteedi reguleerimise korral.
  • Arhitektuuride arm64, loongarch, powerpc, riscv, s390 ja x86 puhul on ülesannete eemaldamise (preemption) režiim planeerijas vaikeväärtusena muudetud PREEMPT_NONE-lt PREEMPT_LAZY-le. Võimalike režiimide arv on vähendatud neljast kahte — PREEMPT_FULL ja PREEMPT_LAZY (režiimid PREEMPT_NONE ja PREEMPT_VOLUNTARY on jäetud ainult arhitektuuridele, mis ei toeta PREEMPT_FULL ja PREEMPT_LAZY). Režiim PREEMPT_LAZY rakendab täieliku eemaldamise mudelit (PREEMPT_FULL) reaalajas ülesannetele (RR/FIFO/DEADLINE), kuid lükkab tavaliste ülesannete (SCHED_NORMAL) eemaldamise tiksi piirini. Loodud viivitus vähendab lukustuste hoidjate eemaldamisjuhtumeid, mis võimaldab jõudlust läheneda vabatahtliku eemaldamise mudelitele (voluntary preemption), st PREEMPT_LAZY võimaldab säilitada täieliku eemaldamise võimalused reaalajas ülesannete jaoks, kuid minimeerib jõudluse langemist tavaliste ülesannete jaoks.

    PREEMPT_LAZY sissundamine tõi kaasa tõsise regressiooni, vähendades PostgreSQL-i jõudlust ARM64 süsteemides kahekordselt. Jõudluse languse kõrvaldamiseks on PostgreSQL-i arendajatele soovitatud kasutada PR_RSEQ_SLICE_EXTENSION valikut, et vähendada lukustuse omaniku eemaldamise tõenäosust.

  • Jätkub muudatuste edastamine Rust-for-Linux harust, mis on seotud Rusti keele kasutamisega teise keelena draiverite ja tuumamoodulite arendamisel. A varem integreeritud 'syn' teegi tõttu, mis lihtsustab keeruliste makrode kirjutamist, on suudetud vähendada tuuma Rusti koode tänu olemasolevate protseduursete makrode määratlemise lihtsustamisele. Suurendatud on kernel, makrode ja pin-init teegide võimalusi.
  • Asynchronously I/O süsteemi io_uring on lisatud valik mitte-ringi järjekordade (non-circular submission queue) kasutamiseks, mis on tõhusamad vahemälus, kui päringu täitmine lõpeb enne süsteemi kutsest tagastamist.
  • eBPF alamsüsteemis, BTF (BPF Type Format) mehhanismis, mis pakub teavet tüübi kontrollimiseks BPF pseudokoodis, on silumisinfo leidmise hõlbustamiseks rakendatud binaarset otsingut, mis on suurendanud BPF programmide laadimise efektiivsust. eBPF-sse on lisatud toetust varjatud argumentide kasutamiseks kfunc (tuuma funktsioonid, mida saab kasutada BPF programmides), mis on määratletud KF_IMPLICIT_ARGS märgiga.
  • Kood algse RAM-diski (initrd) toetamiseks, mis põhineb linuxrc-l, on eemaldatud, kuna see on juba pikka aega vananenud. Järelejäänud initrd rakendused plaanitakse eemaldada 2027. aastaks. Initrd asemel tuleks kasutada initramfs-i (vahe on selles, et initrd paigutab algse laadimiskeskkonna diskipildile, samas kui initramfs – failisüsteemi).
  • Zram bloki seadmes, mida kasutatakse mälu jaosurve kompressimiseks, on muudetud loogikat kompressitud mälulehtede käsitlemiseks, kui andmete liikumine alalisesse salvestusse on valikuline, kui vaba mälu on täitunud. Varem lahtipakitud mälulehed kirjutatakse füüsilisele kandjale, nüüd salvestatakse need kompressitud kujul, mis vähendab CPU koormust ja säästab energiat, kui töötate ilma vooluta.
  • Timerlat utiliidi, mis on mõeldud ülesannete ajakava viivituste mõõtmiseks, on lisatud valik „—bpf-action“ BPF-programmide käivitamiseks, kui määratud lävi ületatakse.
  • Ftrace jälgimisse on lisatud seadistus „bitmask-list“, et väljastada bitimaskid loetaval kujul (bitide loendina, mitte kuusandlikuna). Tracefs-ile on lisatud auditifunktsioonid filtritele ja päästikutele. Lisatud käsk „perf sched stats“ ülesannete ajakava statistika kogumiseks ja kuvamiseks.
  • Lisatud ehitusvalikud LOGO_LINUX_MONO_FILE, LOGO_LINUX_VGA16_FILE ja LOGO_LINUX_CLUT224_FILE pildi määramiseks, mida kuvatakse tuumalaadimise ajal, asendades vaikimisi Tuxi pingviinilogi.
• Virtualiseerimine ja turvalisus
  • Asünkroonse sisendi/väljundi io_uring süsteemisse on rakendatud võimalus kinnitada BPF-programme, mille filtrid kontrollivad, mida võivad teha konkreetsed SQE (Submission Queue Entry) operatsioonid (sarnased süsteemi kõnedele io_uring-is). Lisatud võimalus on süsteemi kõnede filtrite analoog. Filtreid saab seostada konkreetsete ülesannetega ja need pärandatakse uute protsesside loomisel pärast fork() kutsumist. Aktiivsete filtrite olemasolu korral võivad lisatud filtrid ainult kehtestada täiendavaid piiranguid, kuid mitte keelduda olemasolevatest. Rakendatud võimalus võimaldab blokeerida meetodeid süsteemi kõnede filtreerimise ületamiseks sandbox-keskkondades, tuginedes sarnaste toimingute täitmisele süsteemi kõnede asemel, mis on kergesti kergendavad io_uring-is.
  • SELinuxisse on lisatud võimalus hallata juurdepääsu BPF-tokenitele, mis võimaldavad mitterežiimide protsessidel teatud privileegide teostamise toimingute sooritamist BPF kaudu, näiteks BPF-programmide koormamine tuuma ja map-struktuuride loomine.
  • Lisatud toetus ML-DSA (CRYSTALS-Dilithium) digitaalsete allkirjade vormimise algoritmile, mis põhineb võrkpõhiste teooriatele ja on kvantarvutitele vastupidav. Pakutud on võimalus kasutada ML-DSA tuumamoodulite autentimiseks.
  • Eemaldatud on SHA-1 algoritmi digitaalsete allkirjade vormimise skeemide kasutamise võimalus tuumamoodulite allkirjastamiseks (allkirjastatud moodulite laadimise tugi on säilinud).
  • NETFILTER_PKT auditikirjele on lisatud väljad ‘sport’ ja ‘dport’ võrguportide number seiramiseks, mitte ainult. IP-aadresse.
  • RISC-V arhitektuuriga süsteemides on rakendatud Zicfiss ja Zicfilp laienduste toetust, mis pakuvad riistvara võimalusi CFI (Control Flow Integrity) kaitse rakendamiseks. See blokeerib mõjutusi, mis rikuvad normaalset käskude täitmise järjekorda (control flow) ekspoitide tõttu, mis muudavad mälu salvestatud funktsioonide näidikuid.
  • Hüperviisorisse KVM On rakendatud võimalus edastada külgmistes süsteemides teavet protsessori ERAPS (Enhanced Return Address Predictor Security) laienduse toe kohta. See võimaldab vältida teatud CPU oleku taastamise toimingute tegemist, kui külgprogramm juhib tagasi hosti. Lisaks on lisatud toetust külgsüsteemide jaoks, et jälgida varustuse tootlikkust (PMU, Performance Monitoring Unit), mis suurendab täpsust professionaalses jälgimises võrreldes emuleeritud PMU-de kasutamisega.
  • Hyper-V hüperviisori draiverisse on lisatud debugfs liidese tugi hüperviisori tööstatistika vaatamiseks.
• Võrgusüsteem
  • Vaikimisi on lubatud AccECN (Accurate Explicit Congestion Notification) laiendamine, mis rakendab täiustatud varianti ECN laiendusest. See võimaldab hostidel koormuse korral IP-pakette märgistada nende mahaviskamise asemel, andes võimaluse tuvastada varajane ummikute tekkimine sideteedes ilma pakettide kaotuseta. Algne ECN laiendus peab piirangud, mis lubavad signaali koormusest edastada vaid ühe korra ühe TCP edastus-vastuvõtu tsükli (RTT, Round-Trip Time, päringu saatmine ja vastuse saamine) raames. AccECN kõrvaldab selle piirangu, võimaldades vastuvõtjal edastada saatjale rohkem kui üks koormuse märge TCP-paketi päises. Koormuse juhtimise algoritmid saavad saadud teavet kasutada täpsemaks reageerimiseks koormusele, vältides järsku pakettide saatmise intensiivsuse vähendamist kerge koormuse korral.
  • Cake-i võrguread haldamise algoritmi on lisatud mitu järjekorra töötlemise võimalust, et jaotada koormust mitme CPU tuuma vahel. CAKE algoritmi kasutatakse pakettide vahebufferimise negatiivsete mõjude vähendamiseks piiritehnika seadmetes ning selle eesmärk on saavutada maksimaalne võimalik läbilaskevõime ja minimaalne latentsus isegi aeglastes sidekanalites.
  • Virtuaalmasinate interaktsiooniks kasutatavates VSOCK-soketites on lisatud toetus võrgunimede ruumidele (network namespace).
  • Lisatud on algne rakendus tulevasele WiFi 8 standardile (802.11bn, Ultra High Reliability WiFi).
  • Lisatud on optimeerimised, mis on võimaldanud suurendada sisenevate UDP-pakettide töötlemise jõudlust 12% võrra 100-gigabitises võrgu stressitestimise käigus.
• Varustus
  • AMDGPU draiveris on rakendatud toetus uutes GPU-del, nagu SMUIO 15.x, PSP 15.x, IH 6.1.1/7.1, MMHUB 3.4/4.2, GC 11.5.4/12.1, SDMA 6.1.4/7.1/7.11.4 ja JPEG 5.3, kasutatavatele IP-blokidele.
  • Nouveau draiveris on parandatud sageduse juhtimist Tegra 186+ süsteemides.
  • i915 draiverisse on lisatud algne toetus Xe3p_LPD kuvade IP-blokile, mida kasutatakse Intel Nova Lake-P protsessorites.
  • Jätkub Intel Xe arhitektuuril põhineva Xe DRM-draiveri (Direct Rendering Manager) arendamine, mida kasutatakse Intel Arc seeria graafikakaartides ja integreeritud graafikas, alates Tiger Lake protsessoritest. Lisatud on Multi Queue režiim. Lisatud on komponendid GPU hangumise diagnostikaks Mesas. Lisatud on MERT mehhanismi tugi GPU mälule ligipääsu juhtimiseks.
  • Jätkub Nova draiveri komponentide integreerimine NVIDIA GPU-dele, millel on alates NVIDIA GeForce RTX 2000 seeriast Turingi mikroarhitektuuriga GSP-firmavärskendused. Draiver on kirjutatud keeles Rust. Uues versioonis on valmistatud ette tugi Turingi mikroarhitektuuriga GPU-dele ning tehtud on erinevaid sisemisi muudatusi.
  • Lisatud on tugi mitmikanalsete SPI (Serial Peripheral Interface) juhtide ja perifeersete seadmete jaoks, mis võimaldavad andmete edastamist mitmes paralleelses voos.
  • Lisatud on draiver Apple Siliconi kiipidele mõeldud kombineeritud Type-C konnektorite jaoks, mis ühendavad USB3, DP-AltMode ja Thunderbolt/USB4 liidesed.
  • Toetatud on Tegra238, Minisforum V3 SE, iBasso DC04U, Intel Nova Lake, Nova Lake S ja Focusrite Forte helisüsteemide toimetamine.
  • Toetatud on ARM-plaatide, SoC-de ja seadmete: Arduino UnoQ, OrangePi 6 Plus, OrangePi CM5, Anbernic RG-DS, Realtek Kent, Qualcomm Kaanapali, Mediatek Ezurio, Facebook Anacapa, Microchip LAN9668, Khadas VIM1S, QNAP TS133, i.MX952, i.MX93, i.MX94, VHIP4 EvalBoard, TQ-Systems MBLS1028A, Agilex5, Radxa CM3J, Glymur.
  • Toetatud on nutitelefonid ja tahvelarvutid: Fairphone Gen 6 (SoC Qualcomm Milos/Snapdragon 7s Gen 3), Pixel 3/3 xl, Microsoft Surface Pro 11.

Samaaegselt lõi Ladina-Ameerika Tasuta Tarkvara Sihtasutus täielikult vabade kernelite 7.0 variandi – Linux-libre 7.0-gnu, mis on puhastatud mitte-vabadest komponentidest või koodidest, mille kasutusvõimalused on tootja poolt piiratud. Väljaandes 7.0 on puhastatud iwlwifi draiveriblobid. Uuendatud on puhastuskoodid amdgpu, adreno, TI PRUeth, air_en8811h, ath12k, TI VPE, rtw8852b, rt1320, rt5575 SPI, tas2783 ja Intel catpt draiverites. Tehtud on puhastus blobide nimedest dts-failides (devicetree) ARM-kiipide jaoks.

Allikas: opennet.ru