Linuxi kern 5.14

Pärast kahte kuud arendust Linus Torvalds esitles kutsus välja kernel Linux 5.14. Oluliste muudatuste seas: uued süsteemi kõned quotactl_fd() ja memfd_secret(), ide ja raw draiverite eemaldamine, uus sisendi/väljundi prioriteedikontroller cgroup jaoks, graafikute plaanimisrežiim SCHED_CORE ja infrastruktuur allkirjastatud BPF-programmide laadijate loomiseks.

Uude versiooni on aktsepteeritud 15883 parandust 2002 arendajalt, plaastri suurus — 69 MB (muudatused puudutasid 12580 faili, lisati 861501 koodirida, kustutati 321654 rida). Umbes 47% kõigist 5.14 muudatustest on seotud seadme draiveritega, umbes 14% muudatustest on seotud arhitektuurispetsiifilise koodi uuendamisega, 13% on seotud võrgu kihiga, 3% — failisüsteemidega ja 3% tuuma sisemiste alamsüsteemidega.

Peamised uuendused:

• kettasüsteem, sisendi/väljundi ja failisüsteemid:
  • cgroup jaoks rakendatud uus sisendi/väljundi prioriteedikontroller — rq-qos, mis suudab hallata blokiseadmest saadud päringute töötlemise prioriteeti, mida genereerivad iga cgroup'i osalejad. Uue prioriteedi kontrolleri tugi on lisatud mq-deadline'i sisendi/väljundi plaanijasse;
  • failisüsteemis ext4 rakendatud uus ioctl-käsk EXT4_IOC_CHECKPOINT, mis sunnib kirjutama kõik ootel tehingud ketta logisse ning nendega seotud bufrid välja, samuti kirjutama ümber logimisalale eraldatud ala salvestusse. Muudatus on ette valmistatud algatuse raames, et vältida teabe leket failisüsteemidest;
  • Btrfs's tehtud toimivuse optimeerimised: eemaldades ebaolulise ajakirjanemise laiendatud atribuutide töötlemise käigus fsync, tõusis intensiivsete operatsioonide toimivus, mis hõlmab laiendatud atribuute, kuni 17%. Lisaks on pooleliolevate operatsioonide korral, mis ei hõlma ulatusi, välja lülitatud täieliku sünkroniseerimise täitmine, mis vähendas operatsiooni täitmise aega 12%. Sysfs'i on lisatud seadistus, et piirata sisendi/väljundi läbilaskevõimet FS-i kontrollimisel. Lisatud on ioctl-kõned seadmete suuruse muutmise ja eemaldamise toimingute tühistamiseks;
  • XFS-is ümberehitatud puhvri vahemälu teostus, mis on üle viidud mälulehtede grupiviisi eraldamisele. Suurenenud vahemälu tõhusus;
  • F2FS-i on lisatud võimalus töötada ainult lugemise režiimis ning rakendatud on ka kokkupressitud plokkide vahemälu režiim (compress_cache), et parandada juhuslike lugemiste sooritust. Toetatakse failide kokkupressimist, mis on kaardistatud mällu tehes mmap() operatsiooni. Failide kokkupressimise valikulise väljalülitamise võimaldamiseks pakutakse uut mount'i valikut nocompress;
  • exFAT draiveris on tehtud tööd, et parandada ühilduvust mõnede digitaalsete kaamerate salvestusseadmetega;
  • süsteemi kutsumine quotactl_fd(), mis võimaldab hallata kvotaid, kasutades mitte spetsiaalset seadme faili, vaid faili deskriptorit, mis on seotud failisüsteemiga, millele kvota kehtib;
  • Tuumast on eemaldatud vanad draiverid IDE liidese alusel olevatele plokiseadmetele, millele on juba ammu asenduseks tulnud libata koosseis. Vanade seadmete tugi on täielikult säilinud, muudatused puudutavad ainult vanade draiverite kasutamise võimalust, mille korral seadmed olid nimetatud /dev/hd*, mitte /dev/sd*;
  • Tuumast on eemaldatud "raw" draiver, mis pakkus vahemäluta juurdepääsu plokiseadmetele liidese kaudu /dev/raw. Antud funktsionaalsus on juba ammu rakendatud rakendustes O_DIRECT flagi abil;
• mälu ja süsteemiteenused:
  • ülesannete planeerijas on rakendatud uus planeerimisrežiim SCHED_CORE, mis võimaldab hallata, millised protsessid võivad töötada sama CPU tuumas koos. Iga protsessile võib määrata küpsise identifikaatori, mis määrab usaldusala protsesside vahel (näiteks kuuluvuse sama kasutaja või konteineri alla). Koodeksite täitmise korral võib planeerija tagada sama CPU tuuma jagamise ainult ainult ühe omaniku seotud protsesside vahel, mis võib aidata peatada mõningaid Spectre-tüüpi rünnakuid, takistades usaldusväärsete ja mitteusaldusväärsete ülesannete täitmist sama SMT (Hyper Threading) joone raames;
  • cgroup mehhanismile on rakendatud kill operatsiooni tugi, mis võimaldab korraga lõpetada kõik rühmale seotud protsessid (saates SIGKILL), kirjutades virtuaalsesse faili cgroup.kill "1";
  • laienevad võimekused, mis on seotud jagatud lukustuste («split lock») tuvastamisega, mis tekivad mitteühtlastesse andmetesse mälus juurdepääsu korral, kuna aatomse instruktsiooni täitmisel andmed ületavad kahte CPU vahemälu rida. Sellised lukustused põhjustavad märkimisväärset jõudluse langust, seetõttu oli varasemalt võimalik sundida lõpetama aplikatsiooni, mis põhjustas lukustuse. Uues väljaandes on lisatud kernelis käsurea parameeter «split_lock_detect=ratelimit:N», mis võimaldab määrata süsteemiülese lukustamise intensiivsuse limiidi sekundis, mille ületamisel peatatakse iga protsess, mis põhjustas jagatud lukustuse, 20 ms ajaks selle lõpetamise asemel;
  • CFS (CFS bandwidth controller) cgroup-kontrolleris, mis määrab, kui palju protsessoriaega iga cgroupile eraldatakse, on rakendatud võimalus määrata ajaliselt piiratud limiite, mis võimaldab paremini reguleerida hilinemiselt tundlikke koormusi. Näiteks cpu.cfs_quota_us väärtuse seadmine 50000 ja cpu.cfs_period_us väärtuse seadmine 100000 annab protsesside gruppidele võimaluse kulutada igal 100 ms 50 ms CPU aega;
  • lisatud algne infrastruktuur BPF-programmide laadimise loomiseks, mis tulevikus võimaldab laadida ainult usaldusväärse digitaalse võtmega allkirjastatud BPF-programme;
  • lisatud uus futex-operatsioon FUTEX_LOCK_PI2, mis kasutab monotoonset taimerit ajakulu arvutamiseks, arvestades süsteemi magamise ajal veedetud aega;
  • RISC-V arhitektuurile on rakendatud suurte mälulehtede toetamine (Transparent Huge-Pages) ja võimalus rakendada mehhanismi KFENCE mäluhalduse vigade tuvastamiseks;
  • süsteemi kõne madvise() kohta, mis pakub vahendeid protsessi mäluhalduse optimeerimiseks, on lisatud lipud MADV_POPULATE_READ ja MADV_POPULATE_WRITE, et genereerida «page fault» kõigis mälu lehtedes, mis on hõivatud lugemis- või kirjutamisoperatsioonide jaoks, ilma et tegelikku lugemist või kirjutamist teostataks (prefault). Lipu kasutamine võib olla kasulik viivituste vähendamiseks programmi töö käigus, tänu «page fault» töötleja ennetavale täitmisele kõigi eraldamata lehtede jaoks, ootamata nende tegelikku kasutamist;
  • unit-testimise süsteem kunit lisatud testide käivitamise tugi QEMU keskkonnas;
  • uus jälgijad: „osnoise“ rakenduste viivituste jälgimiseks, mida põhjustab katkestuste käsitlemine, ja „timerlat”, mis näitab üksikasjalikku teavet viivituste kohta, mis tekivad signaalidel, millega taimer äratab;
• virtualiseerimine ja turvalisus:
  • on lisatud süsteemikõne memfd_secret(), mis võimaldab luua privaatse mälupiiri isoleeritud aadressiruumis, nähtav ainult omanikprotsessile, mitte peegeldatav teistesse protsessidesse ning otse mittejuurdepääsetav tuumale;
  • süsteemikõnede filtreerimissüsteemis seccomp, kui lukustuse töötlejad viidakse kasutajaruumi, on antud võimalus kasutada ühte aatomset toimingut failideskirjeldaja loomiseks isoleeritavaks ülesandeks ja selle tagastamiseks, kui töötlus toimub süsteemikõnes. Pakutav toiming lahendab probleem katkestuse töötlejaga kasutajaruumi, kui signaal jõuab;
  • on lisatud uue mehhanismi ressursside piirangute haldamiseks kasutaja-ID ruumi, mis seondub eraldi rlimit loenduritega kasutajale „user namespace”. Muutus lahendab probleemi, mis tekib ühiste ressursside loendurite rakendamisel ühe kasutaja käivitamisel erinevates konteinerites;
  • KVM hüperviisoris ARM64 süsteemide jaoks on lisatud tugi külalisüsteemide MTE (MemTag, Mälu sildimise täiendamise) kasutamiseks, mis võimaldab igale mälukasutuse tehingule seondada sildid ja korraldada pointeride õiguse kontrollimise, et blokeerida haavatavusi, mis tulenevad juba vabastatud mälupindadele, puhvrivigadele, varajastele juurdepääsudele ja konteksti ületamisele;
  • ARM64 platvormi pakutavad pointerite autentimise vahendid võivad nüüd olla eraldi seadistatud tuuma ja kasutajaruumiga. Tehnoloogia võimaldab kasutada spetsialiseeritud ARM64 käske tagastusadresste kontrollimiseks digitaalse allkirjade abil, mis on salvestatud kasutamata ülemmägedesse ise aadressi;
  • User-mode Linuxis lisatud toetatakse PCI-seadmete draiverite kasutamist virtuaalses PCI-bussis, mida rakendab PCI-over-virtio draiver;
  • x86 süsteemide jaoks on lisatud virtio-iommu parajituletatud seadme tugi, mis võimaldab edastada IOMMU-päringuid, nagu ATTACH, DETACH, MAP ja UNMAP, virtio transportimise kaudu ilma mälulehtede tabelite emuleerimiseta;
  • Intel CPU-dele, alates Skylake'i perekonnast kuni Coffee Lake'ini, on vaikimisi keelatud Intel TSX (Transactional Synchronization Extensions) laiendite kasutamine, mis pakuvad vahendeid mitme keermega rakenduste jõudluse suurendamiseks dünaamilise liigsete sünkroniseerimisoperatsioonide kõrvaldamise kaudu. Laiendid on keelatud rünnakute võimaluse tõttu, Zombieload, mis manipuleerivad teabe lekkeid kõrvaliste kanalite kaudu, mis tekivad asünkroonsete katkestuste töömehhanismide (TAA, TSX Asynchronous Abort) korral;
• võrgusüsteem:
  • MPTCP (MultiPath TCP) tuuma integreerimine on jätkunud, see on TCP protokolli laiendus, mis võimaldab TCP-ühenduse toimimist, edastades pakette samaaegselt mitmete marsruutide kaudu erinevate võrgu liideste kaudu, mis on seotud erinevate IP-aadressidega. Uues väljaandes on lisatud on rakendatud mehhanism, mis määratleb omaenda liikluse räsimis poliitika IPv4 ja IPv6 jaoks (multipath hash policy), mis võimaldab kasutajaruumi määrata, milliseid välju pakettides, sealhulgas kapseldatud, kasutatakse räsimiste määramiseks, et valida paketi marsruut;
  • virtio transpordisse on lisatud soklite tugi SOCK_SEQPACKET (järjekindel ja usaldusväärne datagrammide edastamine);
  • sokli mehhanismi SO_REUSEPORT võimalusi on laiendatud, mis võimaldab mitmel kuulaval sokkil ühineda ühele pordile, et vastu võtta ühendusi, jaotades sissetulevaid päringud samaaegselt kõikide SO_REUSEPORT soklite vahel, mis lihtsustab mitme keermega serveri rakenduste loomist. Uues versioonis on lisatud on rakendatud vahendid juhtimise edastamiseks teisele soklile, kui algne sokkel ei suuda päringut töödelda (lahendab probleemi üksikute ühenduste kadumisega teenuste taaskäivitamisel);
• riistvara:
  • amdgpu draiveris rakendatud toetatakse uusi AMD Radeon RX 6000 GPU seeriaid, mis arenevad koodnimede «Beige Goby» (Navi 24) ja «Yellow Carp» all, ning on paranenud GPU Aldebarani (gfx90a) ja APU Van Gosti tugi. Lisatud on võimalus töötada samaaegselt mitme eDP paneeliga. APU Renoir jaoks on realiseeritud toimetulek tugiga krüpteeritud puhverdate kasutamiseks videomälus (TMZ, Trusted Memory Zone). Lisatud on sooja eemaldamise toetus graafikakaartide jaoks (hot-unplug). Radeon RX 6000 GPU-de (Navi 2x) ja vanemate AMD GPU-de jaoks on vaikimisi sisse lülitatud energiasäästumehhanismi ASPM (Active State Power Management) toetus, mis varem oli aktiveeritud ainult Navi 1x, Vega ja Polaris GPU-de jaoks;
  • AMD kiipide jaoks on lisatud jagatud virtuaalse mälu (SVM, shared virtual memory) tugi HMM (Heterogeneous memory management) alusel, mis võimaldab kasutada seadmeid omaette mälu haldamise asjadega (MMU, memory management unit), millel on juurdepääs peamisele mälule. HMM abil saab samuti korraldada ühist aadressiruumi GPU ja CPU vahel, kus GPU saab juurde pääseda protsessi põhiraamatule;
  • lisatud algne tugi tehnoloogiale AMD Smart Shift, mis dünaamiliselt muudab CPU ja GPU energiatarbimise parameetreid AMD kiibistiku ja graafika kaardiga sülearvutites, et tagada jõudlus mängude, videote redigeerimise ja 3D-renderdamise ajal;
  • intel i915 draiveris on aktiveeritud toetatakse Intel Alderlake P kiipe;
  • lisatud drm/hyperv draiver Hyper-V virtuaalse graafika adapteri jaoks;
  • on lisatud grafikadraiver simpledrm, mis kasutab EFI-GOP või VESA raami, mida pakub UEFI firmware või BIOS. Draiveri peamine eesmärk on võimaldada graafilise väljundi kasutamist käivitamise algstaadiumis, enne kui on võimalik täielikult kasutada DRM-draiverit. Draiverit saab kasutada ka ajutise lahendusena seadmetele, mille jaoks pole veel kohandatud DRM-draivereid;
  • lisatud toetatakse All-in-One arvutit Raspberry Pi 400;
  • lisatud dell-wmi-privacy draiver toele Dell sülearvutites tarnitud kaamera ja mikrofonide riistvaraliste lülitite toetamine;
  • Lenovo sülearvutite jaoks on lisatud WMI liides BIOS-i seadete muutmiseks sysfs /sys/class/firmware-attributes/ kaudu;
  • laiendatud toetatakse USB4 liidese seadmeid;
  • lisatud toetab kaartide ja kodeerijate AmLogic SM1 TOACODEC, Intel AlderLake-M, NXP i.MX8, NXP TFA1, TDF9897, Rockchip RK817, Qualcomm Quinary MI2 ja Texas Instruments TAS2505. Parandatud helitugi HP ja ASUS sülearvutites. Lisatud karkassid helide esitamise viivituse vähendamiseks USB-liidestega seadmetel.

Allikas – opennet.ru.

Allikas: linux.org.ru