Utgåvan av kärnan Linux 5.13

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds utgåvan av Linux-kärnan 5.13. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna finns: filsystemet EROFS, initialt stöd för Apple M1-chips, cgroup-kontrollern "misc", upphörande av stödet för /dev/kmem, stöd för nya GPU:er från Intel och AMD, möjlighet att anropa kärnfunktioner direkt från BPF-program, randomisering av kärnstacken för varje systemanrop, möjlighet att kompilera med Clang med CFI-skydd (Control Flow Integrity), LSM-modulen Landlock för ytterligare begränsning av processer, ett virtuellt ljudkort baserat på virtio och multi-shot-läget i io_uring.

I den nya versionen har 17189 korrigeringar accepterats från 2150 utvecklare (det största i historien), storleken på patchen är 60 MB (förändringarna berör 12996 filer, 794705 kodrader har lagts till, 399590 rader har tagits bort). Cirka 47% av alla förändringar som presenteras i 5.13 är relaterade till enhetsdrivrutiner, ungefär 14% av förändringarna rör uppdatering av hårdvaruspecifik kod, 13% är relaterade till nätverksstacken, 5% till filsystem och 4% till interna kärnsystem.

Huvudsakliga nyheter:

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Stöd för filsystemet EROFS (Enhanced Read-Only File System), föreslaget av Huawei för användning på partitioner tillgängliga i read-only-läge, har lagts till. Det nya filsystemet stöder lagring av data i komprimerad form och visar, jämfört med Ext4, liknande prestanda vid sekventiell läsning, men överträffar Ext4 många gånger vid slumpmässig datatillgång. Till exempel, vid en kompressionsnivå på 4 och tester på servern med hårddisken överträffade EROFS filsystemet Ext4 vid slumpmässig läsning mer än sex gånger, och vid användning av en Android-smartphone med Flash nästan tre gånger. Som i andra read-only filsystem har EROFS:s struktur förenklats avsevärt genom att vissa områden av metadata, såsom bitkartan för lediga block, har utelämnats.
  • För filsystemet SMB3 har optionen för montering "rasize" implementerats, vilket möjliggör bestämning av storleken på fönster för förhandsläsning (readahead) för att öka prestandan för vissa typer av belastningar.
  • I filsystemet ext4 har omskrivning av katalogobjekt vid borttagning av filer säkerställts. I ext4 tillåts också samtidig användning av läge utan känslighet för stora och små bokstäver och kryptering.
  • I FS exFAT har stöd lagts till för ioctl-kommandot FITRIM (discard), för att informera lagringsenheten om oanvända block i filsystemet.
  • I FS XFS har möjligheten att återta plats från den sista fördelningsgruppen lagts till, vilket blev det första steget i implementeringen av funktionen att minska storleken på befintliga partitioner med FS XFS.
  • En ny systemanrop quotactl_path har lagts till, som skiljer sig från quotactl genom att det gör det möjligt att hantera kvoteringar utan att använda en specialenhetsfil, utan genom att ange sökvägen till monteringspunkten för filsystemet.
  • Möjligheterna i fanotify-mekanismen har utvidgats för icke-privilegerade användare. Till exempel, i likhet med inotify kan man utan rättigheter SYS_CAP_ADMIN nu övervaka händelser som OPEN, ACCESS, MODIFY och CLOSE för filer och kataloger.
• Minne och systemtjänster
  • En ny cgroup-kontroller har lagts till — "Misc" (CONFIG_CGROUP_MISC), avsedd för begränsning och övervakning av skalära resurser som kan hanteras med hjälp av en enkel räknare och begränsas genom att ange maximalt tillåtna värden. Som exempel på användningen av den nya cgroup-kontroller nämns hantering av adressrumets identifierare, som används i mekanismen AMD SEV (Secure Encrypted Virtualization).
  • I gränssnittet för asynkron in- och utmatning io_uring har ett "multi-shot"-läge implementerats för POLL-förfrågningar, där POLL inte tas bort efter att en händelse har genererats, utan förblir aktivt och kan generera flera händelser.
  • Kod som säkerställer hantering av programvarugenererade avbrott i kärntrådar har överförts från realtime-grenen av kärnan, vilket gör att de kan övertrumfas av processer med högre prioritet.
  • Ett internt bibliotek, netfs, har lagts till, där typiska funktioner som används i nätverksfilsystem har flyttats.
  • För PowerPC-arkitekturen har stöd för tidsutrymmen (time namespaces) implementerats, vilket möjliggör att använda sin egen tid inom en container.
  • För RISC-V-arkitekturen har stöd för kexec, crash dump, kprobe och körning av kärnan på plats (execute-in-place) implementerats, vilket möjliggör exekvering direkt från lagringsmedia utan kopiering till RAM.
  • I BPF-program för spårning har möjligheten att använda uppgiftslokal lagring (task-local storage) lagts till, vilket ger högre prestanda genom att binda data till en specifik BPF-handler.
  • En ny mekanism har implementerats för direkt anrop av kärnfunktioner från BPF-program, vilket redan har använts i implementeringen av TCP-overloading-algoritmer. För att säkerställa säkerheten måste de anropade funktionerna uttryckligen definieras i en vit lista.
  • Funktionen ftrace har fått en ny alternativ parameter func-no-repeats, som gör det möjligt att visa återkommande sekventiella funktionsanrop i form av en räknare.
  • Den systemanropade userfaultfd(), avsedd för att hantera page faults (åtkomst till icke-allokerade minnessidor) i användarens utrymme, har fått möjligheten att hantera delvisa faults, där den minnessidan är närvarande men det inte finns någon post i sidtabellen.
  • Stödet för den speciella filen /dev/kmem, som medger åtkomst till hela kärnans adressutrymme, har upphört. Denna fil har bedömts vara föråldrad och orsakar säkerhetsproblem.
  • En ny drivrutin för att hantera kylning har implementerats för Intel-chip, vilket möjliggör sänkning av processorfrekvensen vid risk för överhettning. Till skillnad från den befintliga mekanismen för TCC (Thermal Control Circuit) aktiverar den nya drivrutinen relativt värden, dvs. kan sänka frekvensen vid en tidig ökning av temperaturen utan att vänta på att ett kritiskt tröskelvärde överskrids.
• Virtualisering och säkerhet
  • LSM-modulen för applikationsisolering Landlock ingår, vilket gör det möjligt att begränsa interaktionen med den externa miljön för en grupp processer. Den är utvecklad med hänsyn till isoleringsmekanismer som XNU Sandbox, FreeBSD Capsicum och OpenBSD Pledge/Unveil. Åtkomstlogiken fastställs med hjälp av ett BPF-program, men i motsats till seccomp-bpf filtrerar Landlock inte systemanrop och deras argument, utan tillåter begränsningar av användningen av kärnobjekt, såsom filhierarkier. Genom att använda Landlock kan vilken process som helst, inklusive oprivilegierade, effektivt isolera sig själv och förhindra att isoleringen bryts vid upptäckta sårbarheter eller skadliga förändringar i applikationen. Landlock möjliggör att processer skapar skyddade isolerade miljöer, implementerade som ett extra lager ovanpå befintliga systemkontrollmekanismer. Till exempel kan ett program förbjuda åtkomst till filer utanför arbetskatalogen.
  • Möjligheten att randomisera förskjutningar i kärnstacken vid hantering av systemanrop har lagts till för att försvåra stackattacker. Kärnan i det föreslagna skyddet är valet av en slumpmässig stackförskjutning vid varje systemanrop, vilket försvårar bestämningen av stacklayouten i minnet även om information om adresser erhålls, eftersom den grundläggande stackadressen ändras vid nästa systemanrop. För att aktivera randomisering föreslås kärnkommandoradsparametern "randomize_kstack_offset=on/off" och inställningen CONFIG_RANDOMIZE_KSTACK_OFFSET_DEFAULT. Överhettningen uppskattas till cirka 1% prestationsförlust.
  • Stödet för att bygga kärnan med CFI (Control Flow Integrity) skyddsmekanism i Clang-kompilatorn har lagts till. CFI lägger till en kontroll före varje indirekt funktionsanrop för att identifiera vissa former av osäker beteende som potentiellt kan leda till att det normala utförandeordningen (control flow) störs som ett resultat av exploateringar som ändrar de minneslagrade funktionspekare. För att aktivera CFI föreslås inställningen CONFIG_CFI_CLANG.
  • I den tillhandahållna kärnservicen för lagring av krypteringsnycklar (key ring) omfattar mekanismen för betrodda nycklar (Trusted Keys) nu inte bara nycklar från TPM-moduler utan också från TEE-miljöer (Trusted Execution Environment). För att hantera källan till de betrodda nycklarna har en bootparameter "trusted.source" föreslagits. Dessutom har möjligheten att hantera betrodda nycklar i ASN.1-format lagts till.
  • En parameter har lagts till för förhandsladdning av listan över återkallade certifikat vid kärnstart. Problemet (CVE-2020-26541) med att ignorera certifikat i UEFI Secure Boot:s svartlista, som levererades i formatet EFI_CERT_X509_GUID, har åtgärdats, vilket gjorde att systemet kunde startas med ett återkallat certifikat.
  • Stödet för verifiering av ECDSA-digitala signaturer baserade på elliptiska kurvor har lagts till i kärnans kryptosystem.
  • Möjligheten att verifiera SELinux-policyer med hjälp av IMA (Integrity Measurement Architecture) har implementerats, vilket säkerställer att en hashtabell upprätthålls för att kontrollera dataintegriteten.
• Nätverkssystemet
  • Stödet för WiMAX-teknologi har tagits bort, eftersom den inte längre används i offentliga nätverk, och den enda drivrutin som fortfarande kan använda WiMAX i kärnan är den föråldrade drivrutinen Intel 2400m. Stödet för WiMAX i nätverkskonfiguratorn NetworkManager upphörde 2015. För närvarande har WiMAX nästan helt ersatts av teknologier såsom LTE, HSPA+ och Wi-Fi 802.11n.
  • En drivrutin för nätverksadaptern MANA (Microsoft Azure Network Adapter) har lagts till.
  • Stödet för Qualcomm QCN9074 trådlösa moduler med stöd för 802.11ax har lagts till i drivrutinen ath11k.
  • I drivrutinen iwlwifi har möjligheten för passiv skanning av kanaler i 6GHz-banden implementerats. För Ukraina har stöd för att aktivera/inaktivera IEEE 802.11ax baserat på BIOS-inställningar lagts till.
  • Optimering av XDP (eXpress Data Path) har genomförts, vilket möjliggör manipulation av nätverkspaket i steget före deras bearbetning av Linux-kärnans nätverksstack. Genomförda tester visar en prestandaförbättring av XDP på 4-8%. För virtio-enheter kan prestandaförbättringen av programvaruimplementeringen av AF_XDP nå 33%.
  • Stödet för utökade PROBE-meddelanden definierade i RFC 8335 har implementerats i ICMP.
  • Integrationen i MPTCP (MultiPath TCP) har fortsatt, ett protokolltillägg för TCP som möjliggör att TCP-anslutningar levererar paket samtidigt över flera rutter via olika nätverksgränssnitt som är kopplade till olika IP-adresser. I den nya versionen har stöd för sockopt lagts till för att ange typiska TCP-alternativ. Möjlighet att återställa enskilda subflöden har implementerats.
  • I netfilter har stöd för resurskontroll lagts till genom en enhetlig hierarki av cgroups v2.
  • I ethtool har ett gränssnitt implementerats för att läsa statistik från IEEE MIB med stöd för mlx5 och bnxt. Nätverksdrivrutiner får lov att extrahera godtyckliga data från SFP EEPROM genom att manipulera sidor i minnet istället för att använda en koppling av offset+storlek.
• Utrustning
  • Inledande stöd för Apples ARM-chip M1 har implementerats och omfattar avbrottskontroll, timer, UART, SMP, funktioner för in- och utdata samt MMIO. Omvänd ingenjörskonst av GPU:n är fortfarande inte färdig, för att möjliggöra utdata finns stöd för framebuffer och konsol via en serieport.
  • Rensningen av kärnan från gamla drivrutiner har fortsatt, drivrutinerna "gasket" (Google ASIC), "sysace", "umem" samt flera gamla drivrutiner för seriekontakter har tagits bort.
  • Efter 13 år i staging-grenen har drivrutinen "comedi" stabiliserats och flyttats till huvuduppsättningen för att stödja datauppsamlingsenheter.
  • En drivrutin för GUD (Generic USB Display) har lagts till med implementation av en grundläggande drivrutin för skärmar och TV-adaptrar anslutna via USB-gränssnittet. Drivrutinen tillhandahåller DRM-egenskaper (Direct Rendering Manager) för bildrotationshantering, ljusstyrning, åtkomst till EDID, inställning av videolägen och anslutning av TV som kan användas som grund för att skapa drivrutiner för specifika enheter.
  • En ljuddrivrutin "virtio" har lagts till med implementation av en virtuell ljudenhet som kan användas i gästsystem för ljudutgång och inspelning utan att kräva åtkomst till ljudkortet och utan emulering.
  • I drivrutinen amdgpu har stöd för GPU Aldebaran (gfx90a) lagts till. Inledande stöd för teknik för adaptiv synkronisering FreeSync för HDMI har aktiverats (tidigare tillgänglig för DisplayPort), vilket möjliggör justering av bildskärmsuppdateringsfrekvensen. Stöd för ASSR (Alternate Scrambler Seed Reset) har lagts till. En ioctl har lagts till för att begära funktioner relaterade till videokodning och avkodning. En CONFIG_DRM_AMD_SECURE_DISPLAY-mod har lagts till för att upptäcka förändringar i skärmar som visar kritisk information. Stöd för energibesparingsmekanismen ASPM har lagts till.
  • I drivrutinen i915 för Intel-grafikkort har stöd för Intel Alderlake-S-chips lagts till. Stöd för eDP MSO (Embedded DisplayPort Multi-SST Operation) har lagts till.
  • Stöd för spelskontrollen Luna (Amazon) samt pekskärmarna Hycon HY46XX, ILITEK Lego Series och MStar MSG2638 har lagts till.

Samtidigt har den latinamerikanska stiftelsen för fri programvara skapat en helt fri version av kärna 5.11 — Linux-libre 5.11-gnu, rensad från element av firmware och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vars tillämpning är begränsad av tillverkaren. I den nya utgåvan har drivrutinen comedi städats. Städningen av drivrutinerna cyclades, isicom tty och i2400m wimax har upphört, och dessa har tagits bort från kärnan. Koden för städning av blobbar i drivrutiner och subsystem som amdgpu, i915 csr, r8152 usb, mhi bus, x86 pekskärm och qualcomm arm64 har uppdaterats.

Källa: opennet.ru