Release av Linux-kärnan 7.2

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds lanseringen av Linux-kärnan 7.2. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna finns en mekanism för USB4STREAM datastreaming, prestandaoptimeringar för btrfs, xfs och ext4, fortsättning på borttagningen av stöd för CPU i486, möjlighet till skapande av inbäddade schemaläggare SCHED_EXT, minskad minnesanvändning i bytesystemet, snabbare unnamed pipes, stöd för Intel MBEC och AMD GMET-utvidgningar i KVM samt borttagning av AppleTalk-protokollet. Inledande stöd för HDMI 2.1 FRL i AMDGPU-drivrutinen.

De viktigaste nyheterna i kärna 7.2 (1, 2, 3):

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • I iomap-mekanismen har onödiga anrop till funktionen memset för redan avslutade iterationer i funktionen iomap_iter() tagits bort, vilket vid hög intensitet av in- och utdata på snabba NVMe-lagringar har ökat antalet in- och utdataoperationer per sekund (IOPS) med 5 % i genomförda tester vid användning av filsystemen ext4 och xfs.
  • I XFS har stabilt stöd för zonerade lagringsenheter (avdelning i zoner av blockgrupp eller sektorer, där endast sekventiell tillägg av data tillåts, vilket uppdaterar hela blockgruppen) utannonserats.
  • I Btrfs har stöd för stora minnessidor (large folios) aktiverats som standard, vilket minskar overhead och ökar prestanda vid intensiv sekventiell in- och utdata. Experimentellt stöd för enorma sidor (‘huge folios’) upp till 2 MB har lagts till. En ny ioctl GET_CSUMS har lagts till för att hämta information om kontrollsummor i användarutrymmet, till exempel för verktyget mkfs och optimering av deduplicering. Prestanda för sekventiell skrivning av data har ökat med 15 % och direkt in- och utdata med 59 %.
  • I filsystemet Ext4 har implementeringen av mekanismen 'fast commit' omarbetats avsevärt för att förhindra konkurrerande och ömsesidiga blockeringar. Statistik över inode-snapshots har lagts till via /proc/fs/ext4/*/fc_info. Prestandan för beräkning av hash för kataloger har optimerats (för namn som är 255 tecken lång har hastigheten nästan ökat dubbelt, 64 tecken med 27 %, 32 tecken – 11 %).
  • I F2FS har stöd för att returnera fserror-fel lagts till, vilket gör det möjligt att från användarutrymmet övervaka problem med filsystemet. Tiden som spenderas i samband med hantering av avbrott har minskats.
  • I Device Mapper (DM) har en ny handler dm-inlinecrypt lagts till för att möjliggöra transparent kryptering och dekryptering av blockenheter med hjälp av hårdvaruenheter med inline-krypteringsfunktion.
  • Dokumentation för att lägga till nya filsystem i kärnan har föreslagits.
  • I NFS har standardblockstorleken ökat till 4 MB på system med minst 16 GB RAM (för manuell justering av blockstorleken kan /proc/fs/nfsd/max_block_size användas). Stöd för delegatkontroll av katalogen (directory delegation) har lagts till, vilket gör det möjligt att utföra operationer med denna katalog under en viss tid utan att kontrollera förändringar av tillståndet. servern.
  • I SMB-servern har stöd för filer som lagras komprimerat lagts till, liksom komprimering av data vid överföring över nätverket.
  • I den nya NTFS-implementeringen (ntfsplus) har stöd för symboliska länkar i Windows lagts till, och korrekt hantering av många typer av metadatafel har säkerställts.
  • Backend fscache för cachelagring av data från EROFS (Enhanced Read-Only File System) har tagits bort, vilken för två år sedan förklarades som föråldrad.
  • I Ceph-filsystemet har stöd för manuell återställning av klientsessioner lagts till.
  • I 9P-filsystemet har optimeringar genomförts som har ökat hastigheten i scenarier som projektkompilering.
  • I systemanropet file_getattr() har flaggor lagts till för att få information om skiljeteckenens betydelse i filsystemet. Flaggan FS_XFLAG_CASEFOLD indikerar att kontrollen av filnamn sker utan att ta hänsyn till skiljetecken, medan flaggan FS_XFLAG_CASENONPRESERVING indikerar att information om skiljetecken inte bevaras vid skapandet av nya filnamn. De angivna flaggorna kan tillämpas i NFS-klienter som fungerar utan att ta hänsyn till skiljetecken.
  • I systemanropet openat2() har flaggan O_EMPTYPATH lagts till, vilket tillåter överföring av en tom filväg. I detta fall bestäms vägen till den öppnade filen baserat på den överförda filbeskrivaren.
  • I systemanropet openat2() har flaggan OPENAT2_REGULAR lagts till, vilket tillåter öppning av endast vanliga filer (vid försök att öppna en specialfil, till exempel en socket, kanal eller enhet, kommer felet EFTYPE att returneras).
• Minne och systemtjänster
  • En USB4STREAM-mekanism har implementerats för att strömma data mellan datorer kopplade med en USB4-kabel. Enheten /dev/tbstreamX har lagts till, vilket möjliggör läsning och skrivning av data med hjälp av standardfunktionerna read() och write(), på liknande sätt som läsning och skrivning i filer. Till exempel kan information skickas på en värd med kommandot "echo hello > /dev/tbstream0", medan den andra värden kan läsa med kommandot "cat /dev/tbstream0". USB4STREAM-mekanismen kan kombineras med möjligheten att skapa ett nätverkskoppling via USB4-kabel (thunderbolt_net) eller användas separat vid behov av datatransfer mellan applikationer som inte stöder nätverks-sockets.
  • Den andra serien av ändringar för att upphöra med stödet för i486-processorer har aktiverats. Över 13 rader kod relaterade till emulering av block för flyttalsberäkningar för processorer utan FPU har tagits bort. Stödet för i486-processorer utan hårdvaruoperationer CX8 (jämför och byt 8 byte) och TSC (CPU-cykelräknaren som används i schemaläggaren), koden för att emulera dem har också tagits bort.
  • Stödet för AMD Geode-processorer, som används i OLPC XO-1-datorn, har förklarats som övergivet (orphaned).
  • Stödet för uppdatering av implementationen av Intel TDX (Trusted Domain Extensions) har lagts till, vilket används för att kryptera minnet i gästsysten. TDX implementeras i form av en speciell programmatisk runtime-modul som under initialiseringen överförs av BIOS från flashminnet till RAM. Möjligheter för att hantera denna modul har lagts till i kärnan och för att byta till en nyare version på det fungerande systemet utan behov av omstart.
  • En ny GPU-resursplanerare (Fair GPU scheduler) har implementerats för att bestämma ordningen för exekvering av GPU-uppgifter som skickas av processer som använder GPU. Istället för att använda en traditionell FIDO-kö för GPU-förfrågningar, använder den nya planerarens mekanismer för rättvis resursfördelning, inspirerad av CFS (Completely Fair Scheduler) som tillämpar en schemaläggning med tidsövergång till nästa process. Den mest märkbara effekten av att använda den nya planeraren ses vid samtidig exekvering av interaktiva uppgifter som aktivt arbetar med GPU. I sista stund före släppet av kärna 7.2 avbröts aktiveringen av Fair GPU scheduler och den gamla FIFO-planeraren återställdes på grund av behovet av debug av regressioner som ledde till minskad prestanda och 100% belastning på GPU vid körning av vissa spel i Proton.
  • Ändringar i eBPF-under-systemet: Möjligheten att koppla en BPF-program till flera spårningspunkter (tracepoints) har lagts till. BPF-program kopplade till spårningspunkter har fått möjlighet till åtkomst till minnet hos komponenter som körs i användarutrymmet, med korrekt bearbetning av åtkomst till icke allokerade minnessidor (page fault). Systemanropet bpf() har fått stöd för typiska attribut (log_buf, log_size, log_level och log_true_size), vilket möjliggör en enhetlig överföring av metadata i alla BPF-kommandon, utan begränsning till kommandon BPF_PROG_LOAD, BPF_BTF_LOAD och BPF_MAP_CREATE. Begränsningen av att överföra mer än 5 parametrar i BPF-funktioner har tagits bort. Säker åtkomst till den delade minnet bpf_arena har möjliggjorts utan rädsla för att få åtkomst till icke allokerade minnessidor (page fault). En ny variant av BPF hash map-strukturen har implementerats, som tillåter dynamisk storleksändring.
  • Utdataformatet för «/proc/interrups» med statistik om avbrott har optimerats, strukturerna för lagring av avbrottsräknare har moderniserats och caching har lagts till.
  • Genereringen av filen «/proc/filesystems», som används i libselinux, har påskyndats.
  • I schemaläggaren har stöd för belastningsbalansering mellan CPU-kärnor, vilket tar hänsyn till tillståndet i processorns interna cache. Schemaläggaren försöker nu gruppera processer som använder gemensamma resurser, till exempel trådar från samma process, för att de ska använda samma nivå 1-cache, vilket ökar effektiviteten vid datatillgång genom att öka sannolikheten att de nödvändiga data finns i cachen.
  • I mekanismen SCHED_EXT, som möjliggör användning av BPF för att skapa CPU-schemaläggare, har genomförandet av möjligheten att skapa inbäddade schemaläggare (sub-scheduler) fortsatt, via vilka varje cgroup kan inkludera sin egen schemaläggare.
  • Arbetet med att överföra ändringar från Rust-for-Linux-grenen, relaterade till användningen av Rust som det andra språket för utveckling av drivrutiner och kärnmoduler, har fortsatt (stöd för Rust är inte aktiverat som standard och ingår inte i de obligatoriska byggberoendena för kärnan). Möjligheten att använda Rust i kärnan har realiserats för arkitektur s390. Paketet "zerocopy" har inkluderats med snabba primitiva metoder för minneshantering för kod i "unsafe"-läge.
  • Den minimi version av LLVM-verktygen som krävs för att bygga kärnan har höjts till 17.0.1.
  • I den minimalistiska C-biblioteket nolibc, som följer med Linux-kärnans källkod och tillhandahåller ett gränssnitt över grundläggande systemanrop, har stöd för arkitekturerna OpenRISC och 32-bit PA-RISC realiserats.
  • I byte-systemet har optimeringar genomförts för att öka prestandan och minska minnesförbrukningen inom systemet genom att eliminera overhead vid lagring av statiska metadata och enhetliggöra hanteringen av anonym och delad minne vid användning av swap. Minskningen av minnesförbrukningen är ganska markant, till exempel när en swap-partition på 1 TB monteras, observeras en minskning av minnesförbrukningen med cirka 512 MB.
  • Effektiviteten hos mekanismen för minnesutskjutning, som tar bort eller flyttar minnesområden till bytesystemet för att frigöra minne vid brist på minne i systemet, har ökat. Vid vissa belastningsformer, till exempel vid testning av MongoDB med YCSB (Yahoo! Cloud Serving Benchmark), observeras en prestandaökning på upp till 30%.
  • Ett kommando "make sbom" har lagts till i byggsystemet för att generera SBOM-listor (Software Bill Of Materials) som återspeglar komponenter, bibliotek och beroenden som används i den aktuella kärnbyggnaden, samt information om deras licenser, erhållen från SPDX-rubriker i kodfiler.
  • I implementeringen av namnlösa rör (pipe) har optimering av låsningarna genomförts (minnesallokeringsoperationer har flyttats utanför låsningsområdet), vilket har ökat genomströmningen av namnlösa rör med 21-48% och minskat fördröjningarna med 17-33%.
• Virtualisering och säkerhet
  • I slab-minnesfördelningsmekanismen (slab allocator) har möjligheten att använda minnesallokeringstoken (Allocation Token), implementerade i Clang 22, lagts till. Token gör det möjligt att märka minnesallokeringsoperationer med unika identifierare och organisera separat placering av olika typer av objekt för att komplicera utnyttjandet av sårbarheter orsakade av buffertöverskridningar (vid uppdelning är det svårt att använda buffertöverskridningen i en typ av objekt för att skada andra typer).
  • AF_ALG-mekanismen, som utnyttjades i Copy Fail-sårbarheten för att modifiera data i sidcache, har förklarats föråldrad och planeras att tas bort i en av de kommande utgåvorna. AF_ALG möjliggör utnyttjande av hårdvaruacceleratorer för kryptografiska beräkningar i kärnans Crypto API, men används i ganska specifika situationer. I kärnan 7.2 har stöd för asynkron in-/utmatning, äldre drivrutiner och zero-copy-mekanismen i implementeringen av skcipher och aead tagits bort från AF_ALG. Endast programvaruimplementeringar av kryptografiska algoritmer har kvarblivit, och stödet för hårdvaru-kryptoacceleratorer i kärnans crypto API har tagits bort, eftersom AF_ALG avsevärt ökar angriparens yta utan att erbjuda prestandavinster jämfört med kryptografi i användarutrymmet. AF_ALG användes i Cryptsetup-verktyget, men dess stöd har tagits bort i den senaste versionen 2.8.7.
  • I IMA-mekanismen (Integrity Measurement Architecture), som gör det möjligt för externa tjänster att verifiera kärnsystemets läge för att säkerställa deras äkthet, har stöd för att exportera interna tabeller med mätresultat till användarutrymmet lagts till med rensning från kärnbuffrar för att spara minne.
  • I modulen Landlock, som ger oprivilegerade program möjligheter att begränsa användningen av Linux-kärnobjekt (filhierarkier, nätverks-sockets, ioctl, osv.), har stöd för att hantera åtkomst till UDP-sockets lagts till, samt möjligheten att selektivt stänga av loggningen av information om blockering av objekt för att förhindra att loggen fylls med irrelevant information.
  • Kärnan har tagits bort från användningen av funktionen strncpy(), som kopierar ett angivet antal byte från en ingångssträng. Användningen av strncpy() medförde risk för fel på grund av att nolltecknet i slutet av strängen kunde missas eller fyllas på med nollor. Istället rekommenderas det att använda funktionerna strscpy() och strscpy_pad() för att kopiera strängar som avslutas med nolltecken, samt strtomem_pad(), memcpy_and_pad() och memcpy() för att kopiera strängar av känd, fast storlek. Arbetet med att ta bort strncpy() från kärnan påbörjades 2020 och krävde att 362 förändringar gjordes av 70 utvecklare.
  • I hypervisorn KVM Stödet för Intel MBEC (Mode-Based Execution Control) och AMD GMET (Guest-Mode Execution Trap) har lagts till, vilket gör det möjligt att separat hantera åtkomsträttigheterna för kodexekvering för kärnan och användarutrymmet i gästsystemen i minnesöversättnings-tabellerna. Tidigare tillät Intel- och AMD:s hårdvaruvirtualiseringsutvidgningar att markera minnessidor som endast exekverbara med en bit i programvaruseparation av rättigheter för kärnan och användarutrymmet på hypervisor-nivå. Användningen av MBEC och GMET gör det möjligt att utesluta verifieringar på hypervisor-sidan och betydligt minska den resurskrävande intensiteten av kontrollöverföringar från gästsystemet till hypervisorn (VMexit).
• Nätverkssystemet
  • Implementeringen av TCP-AO (TCP Authentication Option, RFC 5925) har övergått till att använda det nya kryptografiska biblioteket libcrypto, vilket har förenklat koden och ökat effektiviteten. TCP-AO gör det möjligt att verifiera TCP-rubriker med MAC-koder (Message Authentication Code), och använder mer moderna algoritmer HMAC-SHA-1-96 och AES-128-CMAC-96 istället för den tidigare tillgängliga alternativet TCP-MD5 baserat på den föråldrade MD5-algoritmen.
  • Antalet undermappar som stöds för Multipath TCP (MPTCP) har ökat från 8 till 64.
  • Arbetet med att minska användningen av den globala låsningen rtnl_lock i nätverksstacken hos kärnan har fortsatt.
  • Från kärnan har genomförandet av AppleTalk-protokollstacken tagits bort, vilket användes i Apple-datorer sedan 1985 och under 1990-talet ersattes av TCP/IP. Dessutom har komponenter från ATM-datatjänstteknologin, som inte är relaterade till PPPoATM, samt nätverksgränssnitt för ARCnet baserade på ISA- och PCMCIA-bussar, Bluetooth-adaptrar med PCMCIA-gränssnitt, Chelsea TLS-acceleratorer, kod för integrering av TLS med sockmap och stöd för frekvensområdena 5/10 MHz i den trådlösa stacken cfg80211/mac80211 tagits bort. På grund av olösliga problem med blockering och avsaknad av underhåll har en specifik implementering för acceleration av TLS-bearbetning baserad på TCP Offload Engine tagits bort (den mer omfattande implementeringen av TLS offload har bevarats). Koden för kompatibilitet med 32-bitars x_tables på 64-bitars system har inaktiverats och planeras att tas bort.
  • I drivrutinen pppoe har stöd för mekanismerna GRO (Generic Receive Offload) och GSO (Generic Segmentation Offload) lagts till för hårdvaruaccelerering av ombyggnad och segmentering av paket. Användning av GRO och GSO kan avsevärt öka genomströmningen för inkommande trafik; till exempel har den maximala genomströmningen på MediaTek MT7621-enheter i konfiguration med adressöversättning ökat från 130 Mbit/s till 630 Mbit/s.
• Utrustning
  • I AMDGPU-drivrutinen har grundläggande stöd för HDMI 2.1 FRL (Fixed Rate Link) implementerats, vilket möjliggör överföring av okomprimerad video med kvalitet 4K/120Hz och 8K/60Hz. Tidigare har stödet för HDMI 2.1 inte kunnat realiseras i öppna drivrutiner på grund av licenskrav från HDMI Forum, men nu har AMD lyckats nå en överenskommelse om en sådan implementering.
  • I i915-drivrutinen har stöd för att ställa in bakgrundsfärg av displaykontrollern lagts till. Parametern pin_params.needs_low_address har implementerats.
  • Arbetet med drm-drivrutinen (Direct Rendering Manager) Xe för GPU baserad på Intel Xe-arkitekturen, som används i Intel Arc grafikkort och integrerad grafik, har fortsatt sedan Tiger Lake-processorerna. Grundläggande stöd för CRI-plattformen (Crescent Island) har lagts till. För dGPU-plattformar har Xe3p implementerat en systemkontroller.
  • I Nouveau-drivrutinen har problem med NVIDIA GA100 GPU lösts.
  • I v3d-drivrutinen har möjligheten att hantera energiförbrukningen för v3D GPU på Raspberry Pi-kort lagts till.
  • Integrationen av Nova-drivrutinskomponenter för NVIDIA GPU:er med GSP-firmware har fortsatt, och används från NVIDIA GeForce RTX 2000-serien baserad på Turing-mikroarkitektur. Drivrutinen är skriven i Rust. Unterstützung für NVIDIA GPU GA100 samt Hopper- och Blackwell-serierna har lagts till.
  • Stöd för ARM-plattformar, SoC och enheter har lagts till: Apple t8122 (M3), Motorola Edge 30, Nothing Phone 3a, Google Pixel 3a XL, Qualcomm Dragonwing IPQ9650, Huawei Hawi, ZTE zx297520v3, Renesas R-Car M3Le, ASPEED AST27xx, Cortina Gemini, NXP i.MX6/8/9, NXP LX2160A, TI K3 AM62x.

Samtidigt har den latinamerikanska Stiftelsen för fri programvara skapat en version av det helt fria kärnet 7.2 – Linux-libre 7.2-gnu, som är rensad från firmware och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vars användningsområde begränsas av tillverkaren. I version 7.2 har nya drivrutiner som rt722-sdca och tac5xx2 rensats från blobs. Kodrengöringen i drivrutiner för amdgpu, nova core, qcom iris, q6v5, iwlwifi, amdxnda, adreno, r8152 och mt792x har uppdaterats. Justeringar har gjorts av gränssnitten för laddning av firmware. Namnen på blobs i dts-filer (devicetree) för ARM-chips har rensats.

Källa: opennet.ru