Издание на кернелот Linux 5.18

По два месеци развој, Линус Торвалдс го претстави објавувањето на кернелот Линукс 5.18. Меѓу најзначајните промени: беше извршено големо чистење на застарената функционалност, Reiserfs FS беше прогласен за застарен, беа имплементирани настани за следење на кориснички процеси, додадена е поддршка за механизмот за блокирање на експлоатите на Intel IBT, беше овозможен режим за откривање прелевање на баферот кога користејќи ја функцијата memcpy(), додаден е механизам за следење на повиците на функцијата fprobe, подобрена е изведбата на распоредувачот на задачи на AMD Zen процесорите, вклучен е драјвер за управување со функционалноста на процесорот Intel (SDS), интегрирани се некои закрпи за преструктуирање на датотеките за заглавија, а одобрена е и употребата на стандардот C11.

Новата верзија вклучува 16206 поправки од 2127 програмери (во последното издание имаше 14203 поправки од 1995 програмери), големината на закрпата е 108 MB (промените влијаеја на 14235 датотеки, додадени се 1340982 линии код, избришани се 593836 линии). Околу 44% од сите промени воведени во 5.18 се поврзани со двигатели на уреди, приближно 16% од промените се поврзани со ажурирање код специфичен за хардверските архитектури, 11% се поврзани со мрежниот стек, 3% се поврзани со датотечни системи и 3% се поврзани со внатрешните потсистеми на јадрото.

Главните иновации во кернелот 5.18:

• Подсистем на диск, В/И и датотечни системи
  • Датотечниот систем Btrfs додаде поддршка за препраќање на компресирани податоци при извршување на операции за испраќање и примање. Претходно, кога се користи испраќање/примање, страната што испраќа ги декомпресирала податоците зачувани во компресирана форма, а страната на примачот повторно ги компресирала пред да ги запише. Во кернелот 5.18, апликациите за кориснички простор што користат повици за испраќање/примање добија можност да пренесуваат компресирани податоци без повторно пакување. Функционалноста е имплементирана благодарение на новите операции ioctl BTRFS_IOC_ENCODED_READ и BTRFS_IOC_ENCODED_WRITE, кои ви дозволуваат директно да читате и пишувате информации до големи размери.

    Покрај тоа, Btrfs ги подобрува перформансите на fsync. Додадена е можност за дедупликација и повторно поврзување (клонирање на метаподатоци на датотека со создавање врска до постоечки податоци без всушност да се копираат) за целото складирање, не ограничено на точките за монтирање.

  • Во режимот Директен влез/излез, можно е да се пристапи до шифрирани датотеки кога fscrypt користи вградено шифрирање, во кое операциите за шифрирање и дешифрирање ги извршува контролорот на дискот наместо кернелот. Со редовно шифрирање на кернелот, пристапот до шифрирани датотеки со помош на Direct I/O е сè уште невозможен, бидејќи до датотеките се пристапува со заобиколување на механизмот за тампонирање во кернелот.
  • Серверот NFS стандардно вклучува поддршка за протоколот NFSv3, кој сега не бара посебно овозможување и е достапен кога NFS е општо овозможен. NFSv3 се смета за главна и секогаш поддржана верзија на NFS, а поддршката за NFSv2 може да биде прекината во иднина. Ефикасноста на читањето на содржините на директориумот е значително подобрена.
  • Датотечниот систем ReiserFS е застарен и се очекува да биде отстранет во 2025 година. Отстранувањето на ReiserFS ќе го намали напорот потребен за одржување на промените низ целиот систем на датотеки поврзани со поддршката за новиот API за монтирање, iomap и tomes.
  • За датотечен систем F2FS, имплементирана е можноста за мапирање на кориснички ИД на монтирани датотечни системи, што се користи за споредување на датотеките на одреден корисник на монтирана странска партиција со друг корисник на тековниот систем.
  • Кодот за пресметување на статистиката во Device-mapper handlers е преработен, што значително ја подобри точноста на сметководството кај ракувачите како што е dm-crypt.
  • Уредите NVMe сега поддржуваат 64-битни контролни суми за проверка на интегритетот.
  • За датотечен систем exfat, предложена е нова опција за монтирање „keep_last_dots“, која го оневозможува чистењето на точките на крајот од името на датотеката (во Windows, точките на крајот од името на датотеката стандардно се отстрануваат).
  • EXT4 ги подобрува перформансите на режимот fast_commit и ја зголемува приспособливоста. Опцијата за монтирање „mb_optimize_scan“, која овозможува зголемување на перформансите во услови на голема фрагментација на датотечниот систем, е прилагодена за работа со датотеки со обем.
  • Поддршката за потоци за пишување во потсистемот што поддржува блок уреди е прекината. Оваа функција беше предложена за SSD-дискови, но не беше широко распространета и во моментов нема уреди кои го поддржуваат овој режим и малку е веројатно дека ќе се појават во иднина.
• Мемориски и системски услуги
  • Започна интеграцијата на збир на закрпи, овозможувајќи значително да се намали времето на обнова на кернелот со реструктуирање на хиерархијата на датотеките за заглавија и намалување на бројот на вкрстени зависности. Кернелот 5.18 вклучува закрпи кои ја оптимизираат структурата на датотеките за заглавие на распоредувачот на задачи (кернел/шед). Во споредба со претходното издание, потрошувачката на време на процесорот при составување кернел/шед/код е намалена за 61%, а вистинското време се намали за 3.9% (од 2.95 на 2.84 секунди).
  • На кодот на кернелот му е дозволено да го користи стандардот C11, објавен во 2011 година. Претходно, кодот додаден во кернелот мораше да одговара на спецификацијата ANSI C (C89), формирана уште во 1989 година. Во скриптите за изградба на кернелот 5.18, опцијата „—std=gnu89“ беше заменета со „—std=gnu11 -Wno-shift-negative-value“. Се разгледуваше можноста за користење на стандардот C17, но во овој случај ќе биде неопходно да се зголеми минималната поддржана верзија на GCC, додека вклучувањето на поддршката C11 се вклопува во тековните барања за верзијата на GCC (5.1).
  • Подобрени перформанси за закажување задачи на AMD процесори со микроархитектура Зен, кои обезбедуваат повеќекратна кеш меморија на последно ниво (LLC) за секој јазол со локални мемориски канали. Новата верзија ја елиминира нерамнотежата на LLC помеѓу NUMA јазлите, што доведе до значително зголемување на перформансите за некои видови обем на работа.
  • Алатките за следење на апликациите во корисничкиот простор се проширени. Новата верзија на кернелот додава можност за процесите на корисникот да креираат кориснички настани и да пишуваат податоци во баферот за трага, што може да се гледа преку стандардни алатки за следење на јадрото, како што се ftrace и perf. Настаните за следење на корисничкиот простор се изолирани од настаните за трага на јадрото. Статусот на настанот може да се гледа преку датотеката /sys/kernel/debug/tracing/user_events_status, а регистрацијата на настанот и снимањето на податоци преку датотеката /sys/kernel/debug/tracing/user_events_data.
  • Додаден е механизам за следење (сонда) функциски повици - fprobe. Fprobe API се заснова на ftrace, но е ограничен само со способноста да се прикачат управувачи за повратен повик на влезните точки на функциите и точките за излез на функцијата. За разлика од kprobes и kretprobes, новиот механизам ви овозможува да користите еден управувач за неколку функции одеднаш.
  • Поддршката за постари ARM процесори (ARMv4 и ARMv5) кои не се опремени со единица за управување со меморија (MMU) е прекината. Поддршката за системите ARMv7-M без MMU е задржана.
  • Поддршката за архитектурата NDS32 слична на RISC што се користи во процесорите на Andes Technologies е прекината. Кодот беше отстранет поради недостаток на одржување и недостаток на побарувачка за поддршка за NDS32 во главниот кернел на Линукс (преостанатите корисници користат специјализирани конструкции на кернел од производители на хардвер).
  • Стандардно, градењето на кернелот со поддршка за форматот на извршна датотека a.out е оневозможено за архитектурите алфа и m68k, кои продолжуваат да го користат овој формат. Веројатно е дека поддршката за наследниот формат a.out наскоро ќе биде целосно отстранета од кернелот. Плановите за отстранување на форматот a.out се дискутираат од 2019 година.
  • Архитектурата PA-RISC обезбедува минимална поддршка за механизмот vDSO (виртуелни динамични споделени објекти), кој обезбедува ограничен сет на системски повици достапни во корисничкиот простор без префрлување контекст. Поддршката за vDSO овозможи да се имплементира можноста за извршување со неизвршна стек.
  • Додадена е поддршка за механизмот Intel HFI (Hardware Feedback Interface), кој му овозможува на хардверот да пренесува информации до кернелот за тековните перформанси и енергетската ефикасност на секој процесор.
  • Додаден е драјвер за механизмот Intel SDSi (Софтвер-дефиниран силикон), кој ви овозможува да го контролирате вклучувањето на дополнителни функции во процесорот (на пример, специјализирани инструкции и дополнителна кеш меморија). Идејата е дека чиповите може да се испорачуваат по пониска цена со заклучени напредни функции, кои потоа може да се „купат“ и да се активираат дополнителни можности без хардверска замена на чипот.
  • Двигателот amd_hsmp е додаден за поддршка на интерфејсот AMD HSMP (Host System Management Port), кој обезбедува пристап до функциите за управување со процесорот преку збир на специјални регистри кои се појавија во процесорите на серверот AMD EPYC почнувајќи од генерацијата Fam19h. На пример, преку HSMP можете да добивате податоци за потрошувачката на енергија и температурата, да поставите ограничувања на фреквенцијата, да активирате различни режими за подобрување на перформансите и да управувате со параметрите на меморијата.
  • Асинхрониот I/O интерфејс io_uring ја имплементира опцијата IORING_SETUP_SUBMIT_ALL за регистрирање на множество дескриптори на датотеки во прстенести тампон, и операцијата IORING_OP_MSG_RING за испраќање сигнал од еден прстенест тампон до друг прстенест бафер.
  • Механизмот DAMOS (Data Access Monitoring-based Operation Schemes), кој овозможува ослободување на меморијата земајќи ја предвид фреквенцијата на пристап до меморијата, има проширени можности за следење на операциите на меморијата од корисничкиот простор.
  • Третата серија на закрпи е интегрирана со имплементацијата на концептот на листови на страници, кои личат на сложени страници, но имаат подобрена семантика и појасна организација на работата. Користењето tomes ви овозможува да го забрзате управувањето со меморијата во некои потсистеми на јадрото. Во предложените закрпи, функциите за управување со внатрешната меморија беа преведени во фолија, вклучувајќи варијации на функцијата get_user_pages(). Обезбедена поддршка за создавање големи количини во кодот за читање однапред.
  • Системот за склопување сега поддржува USERCFLAGS и USERLDFLAGS променливи на околината, со кои можете да пренесувате дополнителни знаменца на компајлерот и поврзувачот.
  • Во потсистемот eBPF, механизмот BTF (BPF Type Format), кој обезбедува информации за проверка на типот во псевдокодот BPF, обезбедува можност за додавање прибелешки на променливите кои се однесуваат на мемориските области во корисничкиот простор. Прибелешките му помагаат на системот за верификација на кодот BPF подобро да ги идентификува и проверува пристапите до меморијата.
  • Предложен е нов управувач за распределба на меморија за складирање на вчитани BPF програми, кој овозможува поефикасно користење на меморијата во ситуации кога се вчитани голем број BPF програми.
  • Знамето MADV_DONTNEED_LOCKED е додадено на системскиот повик madvise(), кој обезбедува алатки за оптимизирање на управувањето со процесната меморија, што го надополнува постоечкото знаменце MADV_DONTNEED, преку кое кернелот може однапред да се информира за претстојното ослободување на мемориски блок, т.е. дека овој блок повеќе не е потребен и може да се користи од кернелот. За разлика од MADV_DONTNEED, употребата на знамето MADV_DONTNEED_LOCKED е дозволена за мемориските страници закачени во RAM меморија, кои, кога се повикува madvise, се исфрлаат без промена на нивниот статус на закачени и, во случај на последователен пристап до блокот и генерирање на „страница вина“, се враќаат со зачувано врзувањето. Дополнително, додадена е промена за да се дозволи ознаката MADV_DONTNEED да се користи со страници со голема меморија во HugeTLB.
• Виртуелизација и безбедност
  • За архитектурата x86, додадена е поддршка за механизмот за заштита на протокот на командата Intel IBT (Indirect Branch Tracking), кој ја спречува употребата на техники за изградба на експлоат користејќи техники за програмирање ориентирани кон враќање (ROP, програмирање ориентирано кон враќање), во кои експлоатираат се формира во форма на синџир на повици што веќе постојат во меморијата на делови од машински инструкции што завршуваат со инструкција за контролно враќање (по правило, тоа се краевите на функциите). Суштината на имплементираниот метод на заштита е да ги блокира индиректните транзиции кон телото на функцијата со додавање специјална ENDBR инструкција на почетокот на функцијата и дозволување извршување на индиректна транзиција само во случај на транзиција кон оваа инструкција (индиректна повик преку JMP и CALL секогаш мора да падне на инструкцијата ENDBR, која е поставена на самиот почеток на функциите).
  • Овозможена е построга проверка на границите на баферот во функциите memcpy(), memmove() и memset(), извршена во времето на компајлирање кога е овозможен режимот CONFIG_FORTIFY_SOURCE. Додадената промена се сведува на проверка дали елементите на структурите чија големина е позната ги надминуваат границите. Забележано е дека имплементираната карактеристика ќе овозможи блокирање на сите прелевања на баферот на кернелот поврзани со memcpy() идентификувани најмалку во последните три години.
  • Додаден е вториот дел од кодот за ажурирана имплементација на генераторот на псевдо-случајни броеви RDRAND, кој е одговорен за работата на уредите /dev/random и /dev/urandom. Новата имплементација е значајна за обединување на работата на /dev/random и /dev/urandom, додавање заштита од појавата на дупликати во протокот на случајни броеви при стартување виртуелни машини и префрлување на користење на хаш функцијата BLAKE2s наместо SHA1 за операции за мешање на ентропија. Промената ја подобри безбедноста на генераторот на псевдо-случајни броеви со елиминирање на проблематичниот алгоритам SHA1 и елиминирање на препишувањето на векторот за иницијализација на RNG. Бидејќи алгоритмот BLAKE2s е супериорен во однос на SHA1 во перформансите, неговата употреба исто така имаше позитивен ефект врз перформансите.
  • За архитектурата ARM64, додадена е поддршка за нов алгоритам за автентикација на покажувачот - „QARMA3“, кој е побрз од алгоритмот QARMA додека го одржува соодветното ниво на безбедност. Технологијата ви овозможува да користите специјализирани ARM64 инструкции за да ги потврдите повратните адреси користејќи дигитални потписи кои се складирани во неискористените горни битови на самиот покажувач.
  • За архитектурата ARM64, имплементирана е поддршка за склопување со вклучување во GCC 12 на режим на заштита од препишување на повратната адреса од функција во случај на прелевање на баферот на оџакот. Суштината на заштитата е да се зачува повратната адреса во посебен стек „сенка“ по пренесувањето на контролата на функцијата и преземањето на оваа адреса пред да излезете од функцијата.
  • Додаден е нов приклучок - „машина“, што ги содржи клучевите на сопственикот на системот (МОК, клучеви за сопственик на машина), поддржан во подигнувачот на шим. Овие клучеви може да се користат за дигитално потпишување на компонентите на јадрото вчитани во фаза по подигање (на пример, модули на јадрото).
  • Отстранетата поддршка за асиметрични приватни клучеви за TPM, кои беа понудени во стара верзија на TPM, имаа познати безбедносни проблеми и не беа широко прифатени во пракса.
  • Додадена е заштита на податоци со тип size_t од прелевање на цели броеви. Кодот вклучува ракувачи size_mul(), size_add() и size_sub(), кои ви дозволуваат безбедно да множите, додавате и одземате големини со тип size_t.
  • При градење на кернелот, овозможени се знаменцата „-Warray-bounds“ и „-Wzero-length-bounds“, кои прикажуваат предупредувања кога индексот оди подалеку од границата на низата и кога се користат низи со нулта должина.
  • Виртио-крипто уредот додаде поддршка за шифрирање со помош на алгоритмот RSA.
• Мрежен потсистем
  • Во имплементацијата на мрежни мостови, додадена е поддршка за режимот за врзување на порти (заклучен режим), во кој корисникот може да испраќа сообраќај низ портот само од овластена MAC адреса. Додадена е и можноста да се користат неколку структури за да се оцени состојбата на протоколот STP (Spanning Tree Protocol). Претходно, VLAN-овите можеа да се мапираат само директно на STP (1:1), со секој VLAN управуван независно. Новата верзија го додава параметарот mst_enable, кога е овозможено, состојбата на VLAN се контролира од модулот MST (Multiple Spanning Trees) и врзувањето на VLAN може да одговара на моделот M:N.
  • Работата продолжи на интегрирање на алатките во мрежниот оџак за следење на причините за фрлање пакети (шифри за причина). Кодот за причината се испраќа кога меморијата поврзана со пакетот е ослободена и дозволува ситуации како што се отфрлање на пакетот поради грешки во заглавието, откривање на лажирање на rp_filter, неважечка контролна сума, без меморија, активирани правила IPSec XFRM, неважечки секвенциски број TCP итн.
  • Можно е да се префрлат мрежни пакети од програмите BPF лансирани од корисничкиот простор во режимот BPF_PROG_RUN, во кој BPF програмите се извршуваат во кернелот, но резултатот се враќа во корисничкиот простор. Пакетите се пренесуваат со помош на потсистемот XDP (eXpress Data Path). Поддржан е режим на обработка на пакети во живо, во кој XDP процесорот може да ги пренасочува мрежните пакети во лет до мрежниот оџак или кон други уреди. Исто така, можно е да се создадат софтверски генератори на надворешен сообраќај или да се заменат мрежните рамки во мрежниот оџак.
  • За BPF програмите прикачени на мрежните cгрупи, предложени се помошни функции за експлицитно поставување на повратната вредност на системските повици, што овозможува да се пренесат поцелосни информации за причините за блокирање на системскиот повик.
  • Потсистемот XDP (eXpress Data Path) додаде поддршка за фрагментирани пакети сместени во повеќе бафери, што ви овозможува да обработувате Jumbo рамки во XDP и да користите TSO/GRO (TCP Segmentation Offload/Generic Receive Offload) за XDP_REDIRECT.
  • Значително е забрзан процесот на бришење мрежни простори со имиња, што беше барано кај некои големи системи со голем обем на сообраќај.
• Оборудование
  • Двигателот amdgpu стандардно вклучува технологија за адаптивна синхронизација FreeSync, која ви овозможува да ја прилагодите стапката на освежување на информациите на екранот, обезбедувајќи мазни и без кинење слики додека играте игри и гледате видеа. Поддршката за графичкиот процесор Aldebaran е најавена како стабилна.
  • Драјверот i915 додава поддршка за Intel Alderlake N чипови и Intel DG2-G12 дискретни графички картички (Arc Alchemist).
  • Двигателот nouveau обезбедува поддршка за повисоки брзини на битови за DP/eDP интерфејси и поддршка за lttprs (Link-Training Tunable PHY Repeaters) продолжувачи на кабли.
  • Во потсистемот drm (Direct Rendering Manager) во драјвери armada, exynos, gma500, hyperv, imx, ingenic, mcde, mediatek, msm, omap, rcar-du, rockchip, sprd, sti, tegra, tilcdc, xen и vc4 поддршка за параметри е додаден nomodeset, кој ви овозможува да го оневозможите префрлувањето на режимите на видео на ниво на јадрото и употребата на алатки за забрзување на рендерирање на хардверот, оставајќи ја само функционалноста поврзана со системскиот бафер на рамката.
  • Додадена е поддршка за ARM SoС Qualcomm Snapdragon 625/632 (се користи во паметните телефони LG Nexus 5X и Fairphone FP3), Samsung Exynos 850, Samsung Exynos 7885 (се користи во Samsung Galaxy A8), Airoha (Mediatek/EcoNet) EN7523, MEDIATEK 6582 таблет 5008G), Microchip Lan3, Renesas RZ/G966LC, RZ/V2L, Tesla FSD, TI K2/AM3 и i.MXRTxxxx.
  • Додадена е поддршка за ARM уреди и табли од Broadcom (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 таблет), Allwinner (A20-Marsboard), Amlogic (Amediatek X96-AIR, CYX A95XF3-AIR, Haochuangy H96-Max, Amlogic AQ222 и OSMC Vero 4K+), Aspeed (Quanta SHRock M6QOMll), / Armada (Ctera C8 V3 и V200 NAS), Mstar (DongShanPiOne, Miyoo Mini), NXP i.MX (Protonic PRT1MM, emCON-MX2M Mini, Toradex Verdin, Gateworks GW8).
  • Додадена е поддршка за звучни системи и кодеци AMD PDM, Atmel PDMC, Awinic AW8738, i.MX TLV320AIC31xx, Intel CS35L41, ESSX8336, Mediatek MT8181, nVidia Tegra234, Qualcomm. Додадена е почетна имплементација на драјвер за звук за Intel AVS DSP чип. Ажурирана поддршка за драјвери за Intel ADL и Tegra7280 и направи промени за подобрување на аудио поддршката на уредите Dell, HP, Lenovo, ASUS, Samsung и Clevo.

  Во исто време, Латиноамериканската Фондација за слободен софтвер формираше верзија на целосно слободното јадро 5.18 - Linux-libre 5.18-gnu, исчистено од елементи на фирмверот и драјвери кои содржат неслободни компоненти или делови од код, чиј опсег е ограничен од страна на производителот. Новото издание ги чисти драјверите за MIPI DBI панелите, VPU Amphion, WiFi MediaTek MT7986 WMAC, Mediatek MT7921U (USB) и Realtek 8852a/8852c, Intel AVS и Texas Instruments TAS5805M звучните чипови. Датотеките DTS беа исчистени и за различни Qualcomm SoC со процесори базирани на архитектурата AArch64. Ажуриран код за чистење на дамки во драјвери и потсистеми на AMD GPU, MediaTek MT7915, Silicon Labs WF200+ WiFi, Mellanox Spectru Ethernet, Realtek rtw8852c, Qualcomm Q6V5, Wolfson ADSP, MediaTek HCI UART.

Извор: opennet.ru