Release of Linux Kernel 5.19

After two months of development, Linus Torvalds has announced the release of Linux Kernel 5.19. Among the most notable changes are: support for the LoongArch processor architecture, integration of 'BIG TCP' patches, an 'on-demand' mode in fscache, removal of code for a.out format support, the ability to apply ZSTD for firmware compression, an interface for managing memory eviction from user space, improved reliability and performance of the random number generator, support for Intel IFS (In-Field Scan), AMD SEV-SNP (Secure Nested Paging), Intel TDX (Trusted Domain Extensions), and ARM SME (Scalable Matrix Extension).

In the announcement, Linus stated that the next kernel release will likely be assigned the number 6.0, as the 5.x branch has accumulated enough releases to change the first digit in the version number. The renumbering is done for aesthetic reasons and is a formal step to alleviate discomfort from the accumulation of a large number of releases in the series.

Linus also mentioned that he used an Apple notebook based on ARM64 architecture (Apple Silicon) with a Linux environment from the Asahi Linux distribution to form the release. This is not Linus' main workstation, but he used this platform to verify its suitability for working on the kernel and to ensure he could produce kernel releases while traveling, with a lightweight laptop in hand. Many years ago, Linus had experience using Apple hardware for development — he once used a computer based on CPU ppc970 and a MacBook Air.

The new version includes 16,401 fixes from 2,190 developers (the previous release had 16,206 fixes from 2,127 developers), with a patch size of 90 MB (the changes affected 13,847 files, added 1,149,456 lines of code, and removed 349,177 lines). About 39% of all changes in 5.19 are related to device drivers, approximately 21% pertain to updating architecture-specific code, 11% relates to the network stack, 4% to file systems, and 3% to internal kernel subsystems.

Key features in Kernel 5.19:

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Filsystemet EROFS (Enhanced Read-Only File System), avsett för användning på partitioner som är tillgängliga i skrivskyddat läge, har övergått till att använda fscache-subsystemet, vilket möjliggör datacaching. Ändringen har haft en betydande effekt på prestandan i system där ett stort antal containrar startas från en EROFS-baserad avbild.
  • I fscache-subsystemet har en begäran om läsning on-demand lagts till, som aktiveras för att optimera EROFS. Det nya läget möjliggör läsning från cache av filsystembilder som finns i det lokala systemet. Till skillnad från det ursprungligen tillgängliga arbetssättet, som fokuserade på caching av data som överfördes via nätverksfilsystem, delegerar läget on-demand funktionerna för datautvinning och skriving till cache till en separat bakgrundsprocess som körs i användarutrymme.
  • I XFS har möjligheten införts för att lagra miljarder avancerade attribut i i-noder. Det maximala antalet extent för en fil har ökat från 4 miljarder till 247. En funktion för atomär uppdatering av flera avancerade filattribut har implementerats.
  • I Btrfs-filsystemet har arbetet med låsningar optimerats, vilket har resulterat i en ökning av prestandan med cirka 7 % vid direkt skrivning utan väntan. Prestandan för operationer i NOCOW-läge (utan copy-on-write) har förbättrats med cirka 3 %. Belastningen på sidcache under kommando «send» har minskat. Den minimi storleken på under-sidor har sänkts från 64K till 4K (det är nu möjligt att använda under-sidor som är mindre än kärnans sidor). Övergången från att använda ett radix-träd till algoritmen XArrays har genomförts.
  • I NFS-servern har ett läge för att förlänga kvarhållande av en lås som ställts in av en klient, som har slutat svara på förfrågningar, lagts till. Det nya läget tillåter att rensning av låset fördröjs i upp till ett dygn om en annan klient inte begär en konkurrerande lås. I standardläge rensas låset efter 90 sekunder när klienten slutat svara.
  • I subsystemet för händelsespårning i FS fanotify har flaggan FAN_MARK_EVICTABLE implementerats, med vilken det går att inaktivera låsningen av målinoden i cache, exempelvis för att ignorera grenar utan att låsa deras delar i cache.
  • I drivrutinen för FAT32 har stöd för att hämta information om filens skapelsedatum lagts till via systemanropet statx, med en mer effektiv och funktionell version av stat() som returnerar utökad information om filen.
  • Betydande optimeringar har införts i drivrutinen för exFAT, relaterade till samtidig rensning av en grupp sektorer i aktivt 'dirsync'-läge, istället för sekventiell sektorrensning. Genom att minska antalet blockförfrågningar efter optimeringen har prestandan vid skapandet av ett stort antal kataloger på SD-kort ökat med över 73-85% beroende på klustrets storlek.
  • Det första korrigerande uppdateringen av drivrutinen ntfs3 har inkluderats i kärnan. Sedan ntfs3 infördes i kärnverson 5.15 i oktober förra året har drivrutinen inte uppdaterats, och kontakten med utvecklarna har gått förlorad, men nu har utvecklarna återupptagit publiceringen av ändringar. I de föreslagna patcharna har fel som leder till minnesläckor och krascher åtgärdats, problem med exekveringen av xfstests har lösts, oanvänd kod har rensats bort och stavfel har rättats.
  • För OverlayFS har möjligheten att mappa användaridentiteter för monterade filsystem implementerats, vilket används för att koppla filer av en viss användare på ett monterat extern partition med en annan användare i det aktuella systemet.
• Minne och systemtjänster
  • Inledande stöd för kommandosetsarkitekturen LoongArch har lagts till, som används i Loongson 3 5000-processorer och implementerar en ny RISC ISA som liknar MIPS och RISC-V. Arkitekturen LoongArch finns i tre versioner: nedskalad 32-bitars (LA32R), standard 32-bitars (LA32S) och 64-bitars (LA64).
  • Koden för att stödja formatet för körbara filer a.out har tagits bort, vilket har klassificerats som föråldrat sedan version 5.1. Formatet a.out används sällan på Linux-system, och generering av a.out-filer stöds inte av moderna verktyg i standardkonfigurationer för Linux. Laddaren för a.out-filer kan helt implementeras i användarutrymmet.
  • Stödet för boot-alternativ som är specifika för x86-arkitekturen (nosep, nosmap, nosmep, noexec och noclflush) har upphört.
  • Stödet för den föråldrade CPU-arkitekturen h8300 (Renesas H8/300), som länge har varit utan underhåll, har upphört.
  • Möjligheterna för att reagera på upptäckten av split-låsningar har utvidgats, något som uppstår vid åtkomst till ojusterade data i minnet när en atomär instruktion korsar två CPU-cachelinjer. Sådana låsningar leder till en betydande prestandaförlust. Tidigare gav kärnan som standard en varning med information om den process som orsakade låsningen, men nu kommer den problematiska processen dessutom att saktas ner för att bevara prestandan i resten av systemet.
  • Stöd har lagts till för den implementering av IFS (In-Field Scan) i Intel-processorer, vilket möjliggör körning av låg nivå diagnostiska tester av CPU:er som kan identifiera problem som inte upptäckts av standardmetoder baserade på felkorrigeringskoder (ECC) eller paritetsbitar. De genomförda testen presenteras i form av en laddningsbar firmware, liknande uppdateringar av mikrokod. Testresultaten är tillgängliga via sysfs.
  • Möjlighet har lagts till för att integrera bootconfig-filen i kärnan, vilket gör det möjligt att definiera kärnans driftparametrar via en inställningsfil förutom kommandoradsalternativen. Integrationen sker genom byggalternativet 'CONFIG_BOOT_CONFIG_EMBED_FILE="/PATH/TO/BOOTCONFIG/FILE"'. Tidigare definierades bootconfig genom bilaga till initrd-bilden. Integrationen i kärnan gör det möjligt att använda bootconfig i konfigurationer utan initrd.
  • Möjlighet att ladda firmware komprimerad med Zstandard-algoritmen har implementerats. En uppsättning kontrollfiler har lagts till i sysfs under /sys/class/firmware/*, vilket möjliggör initiering av firmware-laddningar från användarutrymme.
  • I gränssnittet för asynkron in- och utmatning io_uring har en ny flagga IORING_RECVSEND_POLL_FIRST föreslagits, vilket vid aktivering innebär att nätverksoperationen först kommer att vidarebefordras för behandling via polling, vilket kan spara resurser i situationer där det är acceptabelt att behandla operationen med viss fördröjning. Stöd för systemanropet socket() har också lagts till i io_uring, och nya flaggor har föreslagits för att förenkla hanteringen av filbeskrivare, samt en "multi-shot"-läge för att ta emot flera anslutningar i accept()-anropet, och operationer för att direkt vidarebefordra NVMe-kommandon till enheten.
  • För Xtensa-arkitekturen har stöd för felsökningsverktyget KCSAN (Kernel Concurrency Sanitizer) lagts till, avsett för dynamisk upptäckte av racetillstånd inom kärnan. Sömnlägesstöd och co-processorer har också lagts till.
  • För m68k-arkitekturen (Motorola 68000) har implementering genomförts. virtuell maskin (plattformssimulator) baserad på Android Goldfish-emulatorn.
  • För AArch64-arkitekturen har stöd för Armv9-A SME (Scalable Matrix Extension) implementerats.
  • I eBPF-undersystemet har typade pekare i map-strukturer gjorts möjliga, och stöd för dynamiska pekare har lagts till.
  • En ny förebyggande mekanism för minnesutdrivning har föreslagits, som stöder hantering från användarutrymmet genom filen memory.reclaim. Att skriva ett tal i den angivna filen kommer att leda till ett försök att driva ut motsvarande antal byte från den uppsättning som är kopplad till cgroup.
  • Noggrannheten i minnesanvändningens räknande vid datakomprimering i swap-partitionen har ökat genom mekanismen zswap.
  • För RISC-V-arkitekturen har stöd för körning av 32-bitars körbara filer på 64-bitars system tillhandahållits, en läge för att binda begränsande attribut till minnessidor (t.ex. för att förhindra caching) har lagts till, och funktionen kexec_file_load() har implementerats.
  • Implementeringen av stöd för 32-bitars Armv4T- och Armv5-system har anpassats för användning i universella plattformsoberoende kärnsamlingar som passar olika ARM-system.
• Virtualisering och säkerhet
  • I EFI-underdelen har möjligheten för konfidentiell överföring av hemlig information till gästsystem utan att avslöja den för värdsystemet implementerats. Data tillhandahålls genom katalogen security/coco i securityfs.
  • I Lockdown-skyddsläget, som begränsar root-användarens tillgång till kärnan och blockerar sätt att kringgå UEFI Secure Boot, har en lucka stängts som tidigare tillät kringgå skyddet genom manipulation med kärnfelsökaren.
  • Patchar som syftar till att öka pålitlighet och prestanda för slumpgeneratorn har inkluderats.
  • Vid byggnation med Clang 15 har stöd för mekanismen för slumptal i kärnstrukturer implementerats.
  • I Landlock-mekanismen, som begränsar en grupp processers interaktion med den externa miljön, har stöd för regler som möjliggör kontroll över filnamnändringsoperationer lagts till.
  • IAM (Integrity Measurement Architecture) subsystem, designed to check the integrity of operating system components through digital signatures and hashes, has been transitioned to use the fs-verity module for file verification.
  • The logic of actions has changed when disabling unprivileged access to the eBPF subsystem — previously, all commands related to the bpf() system call were disabled, but starting from version 5.19, access has been retained for commands that do not lead to object creation. With such behavior, a privileged process is required to load a BPF program, but subsequently, unprivileged processes can interact with this program.
  • Support has been added for the AMD SEV-SNP (Secure Nested Paging) extension, which ensures safe operation with nested page tables and protects against 'undeSErVed' and 'SEVerity' attacks on AMD EPYC processors, which can bypass the AMD SEV (Secure Encrypted Virtualization) protection mechanism.
  • Support has been added for Intel TDX (Trusted Domain Extensions) mechanism, which allows blocking attempts of external access to encrypted memory. virtuella maskiner.
  • Support for input/output using polling has been added to the virtio-blk driver, used for emulating block devices, which in tests resulted in a delay reduction of approximately 10%.
• Nätverkssystemet
  • A series of BIG TCP patches have been included, allowing the maximum TCP packet size to be increased to 4GB to optimize the operation of high-speed internal data center networks. Such an increase in packet size is achieved through the implementation of 'jumbo' packets, where the size in the IP header is set to 0, and the actual size is transmitted in a separate 32-bit field in an additional attached header. Performance testing showed that setting the packet size to 185 KB allowed for a 50% increase in throughput and significantly reduced data transfer delays.
  • Arbetet med att integrera verktyg för att spåra orsakerna till paketförluster (reason-koder) i nätverksstacken har fortsatt. Anledningen till förlusten skickas vid frigöring av minnet kopplat till paketet och gör det möjligt att beakta sådana situationer som paketförlust på grund av felaktig fyllning av fält i rubriken, upptäckta spoofing genom rp_filter, ogiltig kontrollsumma, brist på minne, aktivering av IPSec XFRM-regler, ogiltigt TCP-sekvensnummer m.m.
  • Stöd för att rulla tillbaka MPTCP (MultiPath TCP) till vanlig TCP har lagts till, i situationer där vissa funktioner av MPTCP inte kan användas. MPTCP är en förlängning av TCP-protokollet som möjliggör att TCP-anslutningar kan leverera paket samtidigt över flera vägar via olika nätverksgränssnitt kopplade till olika IP-adresser. Ett API för att hantera MPTCP-strömmar från användarutrymmet har lagts till.
• Utrustning
  • Över 420 000 rader kod relaterade till amdgpu-drivrutinen har lagts till, varav cirka 400 000 rader utgörs av automatiskt genererade headerfiler med registerdata för ASIC i drivrutinen för AMD GPU, och ytterligare 22 500 rader säkerställer den initiala implementeringen av stöd för AMD SoC21. Den totala storleken på drivrutinen för AMD GPU har överstigit 4 miljoner rader kod. Förutom SoC21 inkluderar drivrutinen stöd för SMU 13.x (System Management Unit), USB-C-stöd har uppdaterats, GPUVM har förbättrats och förberedelser har gjorts för att stödja kommande generationer av plattformar RDNA3 (RX 7000) och CDNA (AMD Instinct).
  • I i915-drivrutinen (Intel) har möjligheterna relaterade till energihantering utökats. Identifierare för Intel DG2 GPU (Arc Alchemist), som används i bärbara datorer, har lagts till, den initiala stödet för Intel Raptor Lake-P (RPL-P) har implementerats, information om grafikprocessorer Arctic Sound-M har inkluderats, ABI för beräkningsmotorer har implementerats, stöd för Tile4-formatet har lagts till för DG2-kort, och stöd för DisplayPort HDR har genomförts för system baserade på Haswell-mikroarkitekturen.
  • I Nouveau-drivrutinen har övergången till användning av drm_gem_plane_helper_prepare_fb-hanteraren genomförts, och statisk minnesallokering har tillämpats för vissa strukturer och variabler. När det gäller användningen av NVIDIA:s öppna källkod för kärnmoduler i Nouveau, är arbetet för närvarande inriktat på att identifiera och åtgärda fel. I framtiden planeras den publicerade programvaran att användas för att öka prestandan hos drivrutinen.
  • En drivrutin för NVMe-kontrollern som används i Apple-datorer med M1-chip har lagts till.

Samtidigt har den latinamerikanska Stiftelsen för fri programvara skapat en helt fri version av kärnan 5.19 - Linux-libre 5.19-gnu, som är rensad från element av firmware och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt med begränsad användning av tillverkaren. I den nya utgåvan har drivrutinerna för pureLiFi X/XL/XC och TI AMx3 Wkup-M3 IPC rengjorts. Koden för att rensa blobbars i drivrutiner och subsystem från Silicon Labs WFX, AMD amdgpu, Qualcomm WCNSS Peripheral Image Loader, Realtek Bluetooth, Mellanox Spectrum, Marvell WiFi-Ex, Intel AVS, IFS, pu3-imgu drivrutiner har uppdaterats. Behandling av devicetree-filer för Qualcomm AArch64 har implementerats. Stöd för det nya namnschema för komponenter i Sound Open Firmware har lagts till. Rensningen av ATM Ambassador-drivrutinen, som tagits bort från kärnan, har upphört. Hanteringen av rensningen av blobbars i HDCP och Mellanox Core har flyttats till separata kconfig-taggar.

Källa: opennet.ru