Utgivning av Linux-kärnan 6.8

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds versionen av Linux-kärnan 6.8. Bland de mest framträdande förändringarna finns: Xe-drivrutinen för Intels GPU, skyddsläge för blockenheter med monterade filsystem, Deadline server schemaläggar mekanism, automatisk optimering av sammanslagning av identiska minnessidor, den första drivrutinen på Rust-språket, systemanropen listmount och statmount, borttagning av bpfilter och SLAB, guest_memfd mekanism i KVM, och profilering av datatillgång.

I den nya versionen har 15 641 korrigeringar gjorts av 2018 utvecklare, patchens storlek är 44 MB (ändringarna berörde 12 212 filer, 663 864 kodrader har lagts till, 339 094 rader har tagits bort). I den föregående utgåvan fanns 18 405 korrigeringar från 2 066 utvecklare, patchens storlek var 72 MB. Cirka 42 % av alla förändringar i 6.8 är relaterade till enhetsdrivrutiner, cirka 15 % förändringar handlar om uppdatering av kod som är specifik för hårdvaruarkitekturer, 14 % är kopplade till nätverksstacken, 6 % till filsystem och 3 % till interna subsystem i kärnan.

I Git-repositoriet för kärna 6.8 finns det 9,996 miljoner objekt, vilket indikerar att den kommande kärnan 6.9 kommer att nå den symboliska gränsen på 10 miljoner git-objekt. Tidigare har byten av grenenumren 3.x och 4.x korrelerat väl med antalet git-objekt i repositoriet - kärnan 3.0 släpptes när repositoriet hade cirka 2 miljoner objekt, och kärnan 4.0 - 4 miljoner objekt. Vidare bröts logiken i 2019 när version 5.0 släpptes, eftersom repositoriet då innehöll cirka 6,5 miljoner git-objekt.

Huvudsakliga nyheter i kärnan 6.8:

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Läget för blockering av direkt skrivning till blockenheter med monterade filsystem har lagts till (efter aktivering av läget kan inte användaren root göra ändringar i filsystemet via manipulationer på nivå av blockenheten). Som standard är läget avstängt och kräver att parametern BLK_DEV_WRITE_MOUNTED anges vid kompilering. För partitioner med Btrfs fungerar blockeringen för närvarande inte, eftersom de nödvändiga ändringarna ännu inte har antagits i Btrfs-koden.
  • Systemanropen listmount() och statmount() har lagts till, vilket möjliggör för användarrummet att få detaljerad information om monterade filsystem.
  • I XFS-filsystemet har arbetet fortsatt med implementeringen av möjligheten att använda verktyget fsck för att kontrollera och åtgärda identifierade problem i online-läge, utan att demontera filsystemet.
  • I Ext4 för block som är mindre än minnessidan används anropet dioread_nolock, vilket möjliggör bättre prestanda genom att bli av med onödiga låsningar. Vissa funktioner har översatts för att använda minnessidans folios.
  • I Btrfs har stöd för monteringsflaggan "nospace_cache" lagts till för att inaktivera cachen för lediga block. Vissa funktioner har översatts för att använda minnessidans folios.
  • I filsystemet EROFS (Extendable Read-Only File System), avsett för användning på partitioner som endast är tillgängliga i skrivskyddat läge, har stöd för komprimerade sub-sidor lagts till och prestandan har förbättrats i minnesbristsituationer.
  • I filsystemet F2FS har stödet för zonade lagringsenheter förbättrats (uppdelning i grupper av block eller sektorer där endast sekventiell tillägg av data är tillåten med en fullständig uppdatering av hela blockgruppen).
  • För SMB-filsystemet har möjligheten att skapa block- och symboliska enhetsfiler realiserats.
  • I Bcachefs har delvis stöd för kontroll och återställande av integriteten hos monterade filsystem lagts till.
  • I device-mapper-subsystemet har stöd för handhavande MD_LINEAR, MD_MULTIPATH och MD_FAULTY upphört, dessa förklarades obsoleta 2021.
• Minne och systemtjänster
  • I Zswap-subsystemet har en funktion lagts till som aktiveras vid brist på RAM, vilket tvingar ut "kalla" sidor från minnet till en riktig växlingspartition, sidor som inte har begärts och som troligtvis inte kommer att användas. Zswap cachelagrar sidor som förvisas till växlingspartitionen och lagrar dem i RAM i komprimerad form så mycket som möjligt utan att släppa dem till den verkliga, okomprimerade växlingspartitionen på disken. Ändringarna vid minnesbrist gör det möjligt att minska storleken på den lagrade Zswap-poolen i RAM och frigöra minne för systemet.
  • I Zswap har ett nytt läge föreslagits som helt inaktiverar fördröjd skrivning (writeback) till den verkliga växlingspartitionen om skrivningsförsöket misslyckas och inte släpper sidor som redan finns i Zswap-poolen till växlingspartitionen.
  • I schemaläggaren har en mekanism för SCHED_DEADLINE-servern lagts till, som löser problemet med att CPU-resurser inte tilldelas vanliga uppgifter när CPU:n domineras av högprioriterade (realtids) uppgifter. För att förhindra CPU-monopol i kärnan användes tidigare mekanismen Realtime throttling, som försökte reservera 5% för lågt prioriterade uppgifter och lämnade 95% av tiden till realtidsuppgifter. Denna mekanism var inte tillfredsställande eftersom vanliga uppgifter i många situationer inte fick tillräckligt med processortid. SCHED_DEADLINE-servern implementerar en mer effektiv resursreservationsmekanism.
  • I DAMON (Data Access MONitor) subsystemet, som möjliggör övervakning av processens åtkomst till data i RAM-minnet (till exempel kan man se vilka minnesområden som processen har åtkomst till och vilka områden som förblivit oanvända), har en mekanism för automatisk justering av minneskonsumtionsaggressivitet lagts till baserat på angivna kvoter.
  • Stödet för mångstorleks stora minnessidor (mTHP — multi-size Transparent Huge Pages) har lagts till, vilket möjliggör allokering av minne i block som är större än grundläggande sidor men mindre än traditionella THP-sidor.
  • Stödet för stora folios (page folios, sammanslagna minnessidor) för anonymt minne (icke-kopplad till filsystemet, till exempel allokerat via malloc) har lagts till. Ändringen syftar till att öka prestanda genom att allokera stora bitar minne när man hanterar oanvända minnessidor (page faults). Användningen av stora folios har till exempel möjliggjort en 5% minskning av tiden för att återkompilera kärnan (med en minskning av tiden vid kärnnivå på 40%).
  • I kärnkonfigurationsfilen har parametern TRANSPARENT_HUGEPAGE_NEVER lagts till, vilket ger möjlighet att inaktivera användningen av stora minnessidor (Transparent Huge Pages).
  • I systemanropet userfaultfd(), som möjliggör skapande av hanterare för oanvända minnessidor (page faults) i användarutrymmet, har operationen UFFDIO_MOVE lagts till, vilket tillåter flyttning av minnessidor i det virtuella adressutrymmet utan att utföra operationen för minnesallokering. I genomförda tester möjliggjorde tillämpningen av UFFDIO_MOVE en 40% minskning av tiden för minnespackning jämfört med användningen av operationen UFFDIO_COPY.
  • En mekanism för "KSM advisor" har lagts till, vilket gör det möjligt att automatiskt optimera parametrarna för delsystemet för sammanslagning av identiska minnessidor (KSM - Kernel Samepage Merging).
  • Överföringen av ändringar från Rust-for-Linux-grenen har fortsatt, som rör användningen av språk som det andra språket för utveckling av drivrutiner och kärnmoduler (stödet för Rust är inaktiverat som standard och inkluderar inte Rust bland de obligatoriska byggberoenden för kärnan). I den nya versionen har ändringar inkluderats som lägger till en Rust-bindning ovanför abstraheringsnivån phylib och använder denna bindning drivrutinen ax88796b_rust, som ger stöd för PHY-gränssnittet för Ethernet-kontrollenheten Asix AX88772A (100MBit). När det gäller funktionalitet är Rust-drivrutinen helt ekvivalent med den gamla drivrutinen ax88796b, skriven i C, och kan användas med nätverkskort från X-Surf 100, som har AX88796B-chippet. För LoongArch-arkitekturen har möjligheten att skriva moduler med Rust lagts till. Övergången till att använda Rust-version 1.74.1 har genomförts.
  • En BPF-tokenmekanism har lagts till, vilket möjliggör selektiv delegering av hanteringen av specifika BPF-funktioner, såsom laddning av BPF-program eller skapande av BPF-kartor, till icke-privilegierade processer i användarrummet vars legitimitet bekräftas av en speciell token.
  • Funktionaliteten hos verifieraren av BPF-program har utökats.
  • Perf-verktyget har fått stöd för dataprofilering, vilket möjliggör spårning av läsning och skrivning i datastrukturer, exempelvis för att identifiera de mest aktivt modifierade fälten i strukturer. På system med processorer som stöder insamling av information om minnesoperationer (Intel, AMD, ARM), bör kommandot "perf mem record" användas för att samla statistiken, och för att generera en rapport om datakonstruktioner - "perf annotate --data-type".
  • Prestandaoptimering av systemanrop på s390-arkitekturen (IBM Z) har genomförts, vilket resulterade i en ökning av hastigheten för systemanrop på cirka 11% i tester.
  • Möjlighet att ändra storleken på spårningsbuffertarna, som används för att buffra information om spårningsevent som skickas till användarrummet, har tillhandahållits.
  • Den tidigare föråldrade SLAB-minnesallokeringsmekanismen har tagits bort, och istället används nu endast SLUB i kärnan. Orsaken till detta anges vara underhållsproblem, kodproblem och duplicering av funktionalitet med den mer avancerade SLUB-allokatorn.
  • Vid kompilering av kärnan aktiverades flaggan "-Wmissing-prototypes", som genererar varningar för anrop av globala funktioner utan prototyndefinition.
  • För RISC-V-arkitekturen har stöd för övergång till viloläge med tillståndssparande i RAM implementerats på system med stöd för SUSP SBI-tillägget. Ett systemanrop, riscv_hwprobe(), har tillhandahållits för att hämta information om de stödda tilläggen i RISC-V-kommandosatsen.
• Virtualisering och säkerhet
  • Nya systemanrop lsm_list_modules(), lsm_get_self_attr() och lsm_set_self_attr() har lagts till för att hämta en lista över laddade LSM-moduler (Linux Security Modules) och för att få/setta egenskaper hos LSM-modulen. En ny struktur lsm_ctx har lagts till för kommunikation i LSM-kontakt mellan användarrum och kärna.
  • AppArmor-subsystemet har övergått till att använda SHA-256-algoritmen för reglerverifiering istället för SHA-1-hashar.
  • Implementation av funktionen strlcpy() har tagits bort från kärnan, vilken inkluderades i C-biblioteket Glibc 3.38 i somras. Strlcpy är ett alternativ till funktionen strncpy(), som erbjuder skydd mot buffertöverskridning och alltid inkluderar en avslutande nollbyte.
  • I hypervisorn KVM har stöd för gästminneshanteringssystemet guest_memfd (guest-first memory) lagts till, vilket tillhandahåller minneshanteringsfunktioner som gör det möjligt att implementera funktioner och optimeringar som inte kan uppnås med den gemensamma minneshanteringssubsystemet. Till exempel gör guest_memfd det möjligt att allokera och spegla ett minnesområde på gästsystemet som inte är tillgängligt för värdmiljön, vilket kan användas för att organisera konfidentiella beräkningar.
  • För gästsystem som körs under KVM-hypervisorn har stöd för den Intel-baserade LAM (Linear Address Masking)-modeet lagts till. Detta gör det möjligt att använda en del av bitarna i 64-bitarspekter (från 57 till 62) för att lagra metadata som inte är relaterat till adressering.
  • I hypervisor KVM för system baserade på ARM64-arkitektur har stöd för 52-bitars (LPA2) fysiska adresser lagts till. För system med x86-arkitektur erbjuds möjligheten att bygga utan emulering av Hyper-V-hyperanrop, vilket minskar storleken på kärnan.
  • En drivrutin för iaa (IAA Compression Accelerator) har lagts till för att snabba upp komprimerings- och dekomprimeringsoperationer med DEFLATE-metoden, och använder kapaciteterna hos Intels kryptografiska acceleratorer Intel Analytics Accelerator (IAA).
  • På värd-miljösidan har stöd för Intel TDX (Trusted Domain Extensions) implementerats, vilket gör det möjligt att skapa skyddade gästmiljöer med KVM-hypervisorn, där minneskryptering används. virtuella maskiner.
  • I SELinux har SID-identifieraren "init" lagts till, vilket gör det möjligt att isolera processer som startas under initialiseringssteget före tillämpningen av SELinux-regler. Gränssnittet \/sys\/fs\/selinux för att hantera SELinux har förbättrats.
• Nätverkssystemet
  • En lågnivåomorganisering av grundläggande nätverksdatastrukturer har genomförts för att öka effektiviteten av cachehantering. Tidigare var fälten i nätverksstackens strukturer som socks, netdev, netns och mibs placerade i tur och ordning, vilket begränsade användningen av processor-cache. Översynen av variablernas placering i strukturerna ledde till en märkbar ökning av TCP-prestanda genom att minimera cache-strängens användning under datatransfereringen och optimera åtkomsten till variabler. Vid hantering av många parallella TCP-anslutningar kan hastighetsökningen nå upp till 40%.
  • Bpsubsystemet för bpfilter, som använde BPF för paketfiltrering, har tagits bort. Bpfilter introducerades med version 4.18, men nådde aldrig en användbar nivå för bred användning. Under de senaste åren har koden för bpfilter i kärnan inte utvecklats, medan utvecklingen fortsatte av Facebook i ett separat repository.
• Utrustning
  • Den nya drm-drivrutinen (Direct Rendering Manager) Xe för GPU baserad på Intels Xe-arkitektur har inkluderats, och används i Intel Arc grafikkort samt i integrerad grafik från och med Tiger Lake-processorer. Xe-drivrutinen positioneras som basen för att stödja nya chips utan att vara bundna till kod som stödjer äldre plattformar. Drivrutinen är byggd med en ny arkitektur där befintliga komponenter i DRM-subsystemet används mer aktivt samt typiska komponenter från drivrutinen i915, som inte är kopplade till specifika GPU:er, exempelvis kod för interaktion med skärmar, minnesmodell och execbuf-implementation. I Mesa har arbetet med OpenGL och Vulkan ovanpå Xe-drivrutinen genomförts baserat på ändringar gjorda i de existerande Mesa-drivrutinerna Iris och ANV.
  • I i915-drivrutinen har arbetet fortsatt med att implementera stöd för Intel LunarLake-chip (Xe 2). Stödet för Intel Meteor Lake-chip har förbättrats.
  • I Nouveau-drivrutinen har en inställning genomförts för att som standard använda GSP-firmwarefunktioner för att arbeta med NVIDIA GPU:er baserade på Turing och Ampere mikroarkitekturer, där initialiserings- och styroperationer för GPU:er utförs av en separat mikrokontroller GSP (GPU System Processor). När inställningen är aktiverad kommer drivrutinen att fungera genom att anropa firmware istället för att direkt programmera hårdvaruinteraktionsoperationer.
  • I AMDGPU-drivrutinen har stöd för ACPI WBRF och VPE DPM implementerats, behandlingen av PCIe-kanalens hastighet har ändrats, 64-bitars sekvensnummer används i queues för synkronisering och det har lagts till stöd för AMD-specifika färghanteringsmekanismer, vilket löser problemet med att gå i viloläge.
  • En grundimplementering av drivrutinen för GPU Broadcom VideoCore 7.1, som används i Raspberry Pi 5-kort, har lagts till.
  • En drivrutin för PowerVR 6 GPU:er baserade på Rogue mikroarkitektur från Imagination Technologies har lagts till.
  • Stöd har lagts till för Thunderbolt/USB4-kontroller integrerade i chips baserade på Intels Lunar Lake mikrodesign.
  • Drivrutiner för kameror som används i SoC Starfive, GalaxyCore GC2145/GC0308, Chips&Media Wave och THine THP7312 har lagts till.
  • Stöd för spelkontroller NSO (Nintendo Switch Online) har lagts till — varianter av äldre kontroller från SNES (Super Nintendo), Genesis och N64 (Nintendo 64), anpassade för Nintendo Switch. En drivrutin för Adafruit Seesaw controllers har lagts till. I xpad-drivrutinen har support för Lenovo Legion Go-kontroller lagts till.
  • I drivrutinen dts har stöd lagts till för spelanordningar som Powkiddy RK2023, Powkiddy X55 och Anbernic RG351V.
  • Stöd har lagts till för ljudsystem som används i NXP i.MX8m MICFIL, Qualcomm SM8250, AMD ACP5x, Intel Arrow Lake, SM8550, SM8650 och X1E80100.
  • AMD har gjort ändringar relaterade till stödet för den kommande serien av processorer baserade på den nya mikroarkitekturen Zen 5.
  • Stöd har lagts till för ARM64 SoC: Qualcomm SM8650 (Snapdragon 8 Gen 3), Qualcomm X1E80100 (Snapdragon X Elite), Samsung Exynos Auto v920, Google GS101 (Tensor G1), MediaTek MT8188 och Unisoc UMS9620 (Tanggula 7).
  • Stöd har lagts till för ARM-plattformar och enheter: Huashan Pi, Microsoft Lumia, HTC One Mini 2, Motorola MotoG 4G, Huawei Honor 5X/GR5, Anbernic RG351V, Powkiddy RK2023, Powkiddy X55, ComXpress baserad på Marvell CN913x, Chromebook Lenovo, Asus och Acer baserad på Mediatek MT8183, Toradex Verdin AM62, kort baserade på Allwinner H616/H618.
  • Stödet för ARM11 ARMv6K SMP-processorer har upphört.

Samtidigt har den Latinamerikanska Fria programvarufonden tagit fram en version av det helt fria kärnan 6.8 — Linux-libre 6.8-gnu, rensad från komponenter och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller koden delar där användningsområdet är begränsat av tillverkaren. I utgåvan 6.8 har koden för rensning av blobar uppdaterats i olika drivrutiner och undersystem. Rensning har utförts av drivrutiner för Intel qat_420xx, Imagination PowerVR, Intel Xe, Chips&Media Wave5, Intel VSC, Aquantia PHY och Realtek rtw8922a. Genom borttagning från kärnan har rensningen av drivrutiner för atmel, hermes, orinoco_usb, libertas_cs och zd1201 upphört. Rensning av blobnamn i dts-filer (devicetree) för architektur ARM och Aarch64 har genomförts. Problem med rensning av drivrutinen i915 har åtgärdats.

Källa: opennet.ru