Release av Linux-kärnan 5.11

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds release av Linux-kärnan 5.11. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna finns: stöd för Intel SGX-enklaver, en ny mekanism för avlyssning av systemanrop, en virtuell auxiliary-buss, förbud mot att kompilera moduler utan MODULE_LICENSE(), ett snabbt filterläge för systemanrop i seccomp, avslutandet av stödet för ia64-arkitekturen, överflyttning av WiMAX-teknologin till "staging"-grenen, samt möjligheten att inkapsla SCTP i UDP.

I den nya versionen har 15480 korrigeringar godkänts av 1991 utvecklare, patchstorleken är 72 MB (ändringarna omfattade 12090 filer, 868025 kodrader lades till och 261456 kodrader togs bort). Cirkap 46 % av alla förändringar i 5.11 relaterar till enhetsdrivrutiner, ungefär 16 % av förändringarna gäller uppdatering av kod specifik för hårdvaruarkitekturer, 13 % är relaterat till nätverksstacken, 3 % till filsystem och 4 % till interna subsystem i kärnan.

Huvudsakliga nyheter:

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • I Btrfs har flera monteringsalternativ lagts till för användning vid dataräddning från skadad FS: "rescue=ignorebadroots" för montering trots skador på vissa rotträd (extent, uuid, data reloc, device, csum, free space), "rescue=ignoredatacsums" för att inaktivera kontrollsummekontroll för data och "rescue=all" för att samtidigt aktivera lägena 'ignorebadroots', 'ignoredatacsums' och 'nologreplay'. Stödet för monteringsalternativet "inode_cache" har upphört, vilket tidigare varit avskrivet. Kodförberedelse för att implementera stöd för block med metadata och data, som är mindre än en sida (PAGE_SIZE), samt stöd för zonad allokering har genomförts. Obufferade (Direct IO) förfrågningar har överförts till iomap-infrastrukturen. Prestandan hos flera operationer har optimerats, och i vissa fall kan hastigheten öka med tiotals procent.
  • I XFS har en flagga "needsrepair" implementerats, som signalerar behovet av återställning. När denna flagga sätts kan FS inte monteras förrän flaggan har återställts av verktyget xfs_repair.
  • I Ext4 har endast bugfixar och optimeringar föreslagits, samt en städning av koden har genomförts.
  • Återexport av filsystem som är monterade över NFS har godkänts (dvs. en partition monterad via NFS kan nu exporteras via NFS och användas som mellanlagring).
  • I systemanropet close_range() har en ny option CLOSE_RANGE_CLOEXEC lagts till, som möjliggör stängning av fildescriptorer i close-on-exec-läge.
  • Den nya filsystemet F2FS har fått nya ioctl()-anrop som gör det möjligt för användarutrymmet att hantera vilka filer som sparas i komprimerad form. En monteringsoption "compress_mode=" har lagts till för att välja var komprimeringshanteraren ska placeras, antingen i kärnan eller i användarutrymmet.
  • Det har blivit möjligt för icke-privilegierade processer att montera Overlayfs genom att använda ett separat användar-ID-område (user namespace). En fullständig kodgranskning har genomförts för att kontrollera att säkerhetsmodellen följs. I Overlayfs har det också lagts till stöd för att köras med kopior av filsystembilder genom en valfri avstängning av UUID-kontroll.
  • Filsystemet Ceph har fått stöd för protokollet msgr2.1, som tillåter användning av AES-GCM-algoritmen för överföring av data i krypterad form.
  • I dm-multipath-modulen har stöd för IO-affinitet lagts till vid val av vägar för in- och utdataförfrågningar.
• Minne och systemtjänster
  • En ny mekanism för att fånga systemanrop baserad på prctl() har lagts till, vilket möjliggör generering av undantag från användarutrymmet vid anrop av specifika systemanrop samt emulering av deras utförande. Den här funktionen är efterfrågad i Wine och Proton för emulering av Windows-systemanrop, vilket krävs för att säkerställa kompatibilitet med spel och program som direkt gör systemanrop som kringgår Windows API (till exempel för att skydda mot otillåten användning).
  • I systemanropet userfaultfd(), som är avsett för att hantera sidfel (access till icke allokerade minnessidor) i användarutrymmet, har möjlighet lagts till att stänga av undantagsbehandling som uppstår på kärnnivå för att komplicera utnyttjandet av vissa sårbarheter.
  • I BPF-subsystemet har stöd för uppgiftslokal lagring (task-local storage) lagts till, vilket ger koppling av data till en specifik BPF-behandlare.
  • Fullständigt omarbetad minnesanvändningsrapportering för program med BPF – en cgroup-kontroller föreslås för att hantera minnesanvändningen i BPF-objekt istället för memlock rlimit.
  • I BTF (BPF Type Format) mekanismen, som tillhandahåller information för typkontroller i BPF-pseudokod, har stöd för kärnmoduler implementerats.
  • I gränssnittet för asynkron I/O io_uring har stöd för systemanropen shutdown(), renameat2() och unlinkat() lagts till. Vid anrop av io_uring_enter() har möjlighet att ange en timeout lagts till (för att kontrollera stöd för argumentet som anger timeout kan flaggan IORING_FEAT_EXT_ARG användas).
  • Arkitekturen ia64, som används i Intel Itanium-processorer, har flyttats till kategorin övergivna ('orphaned'), vilket innebär att testningen har upphört. Hewlett Packard Enterprise har slutat ta emot beställningar på ny Itanium-hårdvara, och Intel gjorde det redan förra året.
  • Stödet för system baserade på MicroBlaze-arkitekturen utan minneshanteringsenhet (MMU) har upphört. Sådana system förekommer sällan idag.
  • För MIPS-arkitekturen har stöd för täckningstestning (coverage testing) lagts till med hjälp av verktyget gcov.
  • Stöd för den virtuella bussen auxiliary har lagts till för interaktion med multifunktionella enheter som kombinerar funktionalitet som kräver olika drivrutiner (till exempel nätverkskort med stöd för Ethernet och RDMA). Bussen kan användas för att tilldela primär och sekundär drivrutin för enheten, när det är problematiskt att använda MFD (Multi-Function Devices) subsystemet.
  • För RISC-V-arkitekturen har stöd för CMA (Contiguous Memory Allocator) lagts till, vilket är optimerat för att allokera stora sammanhängande minnesområden med hjälp av teknik för sidflyttningar. För RISC-V har också metoder för att begränsa åtkomst till /dev/mem och redovisning av tid för avbrottshantering implementerats.
  • För 32-bitars ARM-system har stöd för felsökningsverktyget KASan (Kernel address sanitizer) lagts till, vilket möjliggör identifiering av minnesfel. För 64-bitars ARM har implementeringen av KASan flyttats till att använda MTE-taggar (MemTag).
  • Ett systemanrop epoll_pwait2() har lagts till, vilket möjliggör användning av timeouter med nanosekundsnoggrannhet (epoll_wait-anropet hanterar millisekunder).
  • I byggsystemet visas nu ett felmeddelande vid försök att bygga inladdade kärnmoduler där licensen inte har definierats med makrot MODULE_LICENSE(). Fel under bygget kommer också att orsakas av användning av makrot EXPORT_SYMBOL() för statiska funktioner.
  • Stöd har lagts till för att mappa GEM-objekt från minne som används för in- och utdata, vilket har ökat hastigheten på framebufferhantering på vissa arkitekturer.
  • Stödet för Qt4 har upphört i Kconfig (stöd för Qt5, GTK och Ncurses kvarstår).
• Virtualisering och säkerhet
  • Stöd för snabbresponsläge har lagts till i systemanropet seccomp(), vilket möjliggör mycket snabb bestämning av om ett visst systemanrop är tillåtet eller förbjudet baserat på en kopplad behörighetstabell (constant-action bitmap) som inte kräver körning av BPF-hanterare.
  • Kärnkomponenter har integrerats för att skapa och hantera enklaver baserade på Intel SGX-teknologin (Software Guard eXtensions), vilket gör det möjligt för applikationer att köra kod i isolerade, krypterade minnesområden, medan åtkomsten för övriga system är begränsad.
  • Inom ramen för initiativet att begränsa användarutrymmets åtkomst till MSR-register (model-specific register) har skrivning till registret MSR_IA32_ENERGY_PERF_BIAS förbjöd, vilket möjliggör ändring av processorernas energieffektivitet ("normal", "prestanda", "energibesparing").
  • Möjligheten att inaktivera migration av högprioriterade uppgifter mellan CPU:er har flyttats från kernel-rt-grenen för realtidsystem.
  • För ARM64-system har möjligheten tillämpats för att använda MTE-taggar (MemTag, Memory Tagging Extension) för minnesadresser av signalhanterare. Användning av MTE aktiveras genom att ange alternativet SA_EXPOSE_TAGBITS i sigaction() och tillåter att kontrollera korrekt användning av pekare för att blockera exploatering av sårbarheter orsakade av åtkomst till redan frigivna minnesblock, buffertöverflöden, åtkomster innan initialisering och användning utanför den aktuella kontexten.
  • Parametern "DM_VERITY_VERIFY_ROOTHASH_SIG_SECONDARY_KEYRING" har lagts till, vilket tillåter dm-verity-subsystemet att verifiera hash-signaturer av certifikat som placeras i det sekundära nyckel-lageret (keyring). I praktiken gör inställningen det möjligt att verifiera inte bara certifikat inbyggda i kärnan utan också certifikat som laddas under drift, vilket ger möjlighet att uppdatera certifikat utan att uppdatera hela kärnan.
  • I User-mode Linux har stöd för suspend-to-idle-läget, vilket gör det möjligt att frysa miljön och använda signalen SIGUSR1 för att återgå från viloläge.
  • I mekanismen virtio-mem, som möjliggör hot-pluggning och hot-unplugging av minne till virtuella maskiner, har stöd för Big Block Mode (BBM) lagts till, vilket ger möjlighet att överföra eller ta bort minne i block som överstiger kärnans blockstorlek, något som är nödvändigt för att optimera VFIO i QEMU.
  • I kärnnivåimplementeringen av TLS har stöd för CHACHA20-POLY1305-krypteringen lagts till.
• Nätverkssystemet
  • För 802.1Q (VLAN) har ett mekanism för Connectivity Fault Management (CFM) realiserats, vilket möjliggör identifiering, verifiering och isolering av fel i nätverk med virtuella bryggor. Till exempel kan CFM användas för att lokalisera problem i nätverk som omfattar flera oberoende organisationer, vars anställda endast har åtkomst till sin egen utrustning.
  • Stöd för inkapsling av SCTP-paket i UDP-paket (RFC 6951) har lagts till, vilket gör det möjligt att använda SCTP i nätverk med gamla adresstranslatorer som inte direkt stöder SCTP, samt att implementera SCTP på system som inte ger direkt åtkomst till IP-nivån.
  • Implementeringen av WiMAX-teknologin har flyttats till staging och planeras för framtida borttagning om det inte visar sig finnas användare som behöver WiMAX. WiMAX används inte längre i offentliga nätverk och i kärnan är den enda drivrutinen för WiMAX den föråldrade Intel 2400m-drivrutinen. Stödet för WiMAX i nätverkskonfiguratorn NetworkManager avbröts 2015. För närvarande har WiMax nästan helt ersatts av teknologier som LTE, HSPA+ och Wi-Fi 802.11n.
  • Arbete har utförts för att optimera prestandan av hanteringen av inkommande TCP-trafik i zerocopy-läget, det vill säga utan extra kopiering till nya buffrar. För medelstor trafik som sträcker sig över tiotals eller flera hundra kilobyte data är användningen av zerocopy istället för recvmsg() markant mer effektivt. Till exempel har de genomförda ändringarna ökat effektiviteten i hanteringen av RPC-stiltrafik med meddelanden på 32 kB med zerocopy med 60-70 %.
  • Nya ioctl()-anrop har lagts till för att skapa nätverksbryggor som täcker flera PPP-kanaler. Den föreslagna funktionen gör att ramar kan flyttas från en kanal till en annan, till exempel från PPPoE till en PPPoL2TP-session.
  • Integrationen med MPTCP (MultiPath TCP) har fortsatt, en utvidgning av TCP-protokollet för att organisera TCP-anslutningen med leverans av paket samtidigt via flera vägar genom olika nätverksgränssnitt som är kopplade till olika IP-adresser. I den nya utgåvan har stöd för ADD_ADDR-alternativet implementerats för att annonsera tillgängliga IP-adresser som kan anslutas vid tillägg av nya strömmar till en befintlig MPTCP-anslutning.
  • Möjligheten att konfigurera åtgärder vid överträdelse av budgeten för anslutningspolling (busy-polling) har lagts till. Det tidigare tillgängliga läget SO_BUSY_POLL innebar övergång till softirq när budgeten var slut. För applikationer som behöver fortsätta använda polling föreslås ett nytt alternativ SO_PREFER_BUSY_POLL.
  • I IPv6 har stöd för SRv6-lägena End.DT4 och End.DT6 implementerats, som används för att skapa fleranvändar-IP-åtkomst på IPv4 L3 VPN och VRF-enheter (Virtual Routing and Forwarding).
  • I Netfilter har implementeringen av uttryck för set-enheter enhetliggjorts, vilket möjliggör att ange flera uttryck för varje element i set-listor.
  • I det trådlösa 802.11-stacket har API:er för att konfigurera SAR-effektbegränsningar, samt parametrarna AE PWE och HE MCS lagts till. I Intel iwlwifi-drivrutinen har stöd för 6GHz-bandet (Ultra High Band) lagts till. I Qualcomm Ath11k-drivrutinen har stöd för snabbt initialt länkupprättande (FILS, Fast Initial Link Setup, standardiserat som IEEE 802.11ai) lagts till, vilket eliminerar fördröjningar vid roaming vid migration från en åtkomstpunkt till en annan.
• Utrustning
  • I amdgpu-drivrutinen har stöd för AMD APU "Green Sardine" (Ryzen 5000) och GPU "Dimgrey Cavefish" (Navi 2) implementerats, liksom grundläggande stöd för AMD Van Gogh APU med Zen 2-kärna och RDNA 2 GPU (Navi 2). Stöd för nya identifierare för APU Renoir (baserat på CPU Zen 2 och GPU Vega) har lagts till.
  • I drivrutinen i915 för Intel-grafikkort har stöd för teknologin IS (Integer scaling) implementerats med en filterlösning för att öka skalan med beaktande av närliggande pixlar (Nearest-neighbor-interpolering) för att bestämma färgen på saknade pixlar. Stödet för de diskreta Intel DG1-korten har utökats. Stödet för teknologin "Big Joiner" har implementerats, som har funnits sedan Ice Lake / Gen11-kretsarna och möjliggör användning av en transkoder för att bearbeta två strömmar, exempelvis för utmatning till en 8K-skärm via en DisplayPort. En asynkron växlingsläge mellan två buffertar i videominne (async flip) har lagts till.
  • I drivrutinen nouveau har grundläggande stöd för NVIDIA GPU:er baserade på mikroarkitekturen "Ampere" (GA100, GeForce RTX 30xx) lagts till, som för närvarande är begränsat till funktioner för att hantera videolägen.
  • Stöd för protokollet 3WIRE, som används i LCD-paneler, har lagts till. Stöd har lagts till för paneler novatek nt36672a, TDO tl070wsh30, Innolux N125HCE-GN1 och ABT Y030XX067A 3.0. Särskilt kan nämnas stödet för panelerna till smartphones OnePlus 6 och 6T, vilket möjliggjorde laddning av enheter med ett oförändrat kärna.
  • Stöd för den första diskreta USB4-hostkontrollern Intel Maple Ridge har lagts till.
  • Stöd för ljudcodecs Allwinner H6 I2S, Analog Devices ADAU1372, Intel Alderlake-S, GMediatek MT8192, NXP i.MX HDMI och XCVR, Realtek RT715 och Qualcomm SM8250 har lagts till.
  • Stöd har lagts till för ARM-plattformar, enheter och plattformar: Galaxy Note 10.1, Microsoft Lumia 950 XL, NanoPi R1, FriendlyArm ZeroPi, Elimo Initium SBC, Broadcom BCM4908, Mediatek MT8192/MT6779/MT8167, MStar Infinity2M, Nuvoton NPCM730, Marvell Armada 382, Mikrotik baserade på Marvell Prestera 98DX3236, servrar med Nuvoton NPCM750 BMC, Kontron i.MX8M Mini, Espressobin Ultra, "Trogdor" Chromebook, Kobol Helios64, Engicam PX30.Core.
  • Inbyggt stöd för spelkonsolen Ouya baserad på NVIDIA Tegra 3.

Samtidigt har den Latinamerikanska stiftelsen för fri programvara skapat en helt fri variant av kärna 5.11 – Linux-libre 5.11-gnu, som är rensad från element i firmware och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vars användning är begränsad av tillverkaren. I den nya utgåvan har drivrutiner för qat_4xxx (crypto), lt9611uxcm (dsi/hdmi-brygga), ccs/smia++ (sensor), ath11k_pci, nxp ljudöverföring och mhi pci-kontroller rensats. Koden för att rensa bort blobbar i drivrutinerna och subsystemen amdgpu, btqca, btrtl, btusb, i915 csr har uppdaterats. Nya blobbar i m3 rproc, idt82p33 ptp-klocka och qualcomm arm64 har stängts av.

Källa: opennet.ru