Utgåvan av Linux-kärnan 5.6

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds år kärnlansering Linux 5.6. Bland de mest framträdande förändringarna: integration av VPN-gränssnittet WireGuard, stöd för USB4, namnrymder för tid, möjlighet att skapa TCP-överladdningshandläggare med hjälp av BPF, initialt stöd för MultiPath TCP, lösning av kärnproblemet 2038, mekanismen "bootconfig", filsystemet ZoneFS.

I den nya versionen har 13702 korrigeringar införts av 1810 utvecklare,
patchens storlek är 40 MB (ändringarna berörde 11577 filer, 610012 rader kod har lagts till,
294828 rader har tagits bort). Ungefär 45% av alla förändringar i 5.6
ändringar är relaterade till enhetsdrivrutiner, cirka 15% av ändringarna har
gäller koduppdateringar som är specifika för hårdvaruarkitekturer, 12%
är relaterade till nätverksstacken, 4% – till filsystemen och 3% till interna
kärnunderavdelningar.

Huvud nyheter:

• Nätverkssystemet
  • Tillagd implementering av VPN-gränssnittet WireGuard, som baseras på moderna krypteringsmetoder (ChaCha20, Poly1305, Curve25519, BLAKE2s), är lätt att använda, utan kompliceringar, har visat sig framgångsrik i flera stora tillämpningar och erbjuder mycket hög prestanda (3,9 gånger snabbare än OpenVPN med avseende på genomströmning). WireGuard använder en nyckelbaserad routning som innebär att varje nätverksgränssnitt är kopplat till en privat nyckel och öppna nycklar används för att upprätta kontakt. Utbytet av öppna nycklar för att upprätta en anslutning sker på liknande sätt som i SSH. De kryptografiska primitiva metoder som krävs för att WireGuard ska fungera funnits har överförts från biblioteket Zinc till standard Crypto API och Rust-bindningar för till kärnan 5.5.
  • Arbetet har påbörjats integrering av komponenter som behövs för att stödja MPTCP (MultiPath TCP), en utvidgning av TCP-protokollet för att möjliggöra drift av en TCP-anslutning med paketleverans över flera rutter samtidigt genom olika nätverksgränssnitt kopplade till olika IP-adresser. För nätverksapplikationer ser den här aggregerade anslutningen ut som en vanlig TCP-anslutning, och hela logiken för strömindelning hanteras av MPTCP. Multipath TCP kan användas både för att öka bandbredden och för att förbättra tillförlitligheten. Till exempel kan MPTCP användas för att organisera dataöverföring på en smartphone med både WiFi- och 4G-anslutningar samtidigt eller för att minska kostnaderna genom att koppla en server med flera billiga linjer istället för en dyr.
  • Tillagd stöd för hantering av nätverksköer sch_ets (Enhanced Transmission Selection, IEEE 802.1Qaz), som ger möjlighet att fördela bandbredd mellan olika trafikklasser. Om belastningen på en viss trafikklass är lägre än den tilldelade bandbredden, låter ETS andra trafikklasser använda den tillgängliga (oanvända) bandbredden. Qdisc sch_ets konfigureras som PRIO-disciplin och använder trafikklasser för att bestämma strikta och delade bandbreddsbegränsningar. ETS fungerar som en kombination av discipliner PRIO och DRR — när det finns hårt begränsade trafikklasser används PRIO, men om det inte finns någon trafik i kön fungerar det som DRR.
  • En ny typ av BPF-program har lagts till BPF_PROG_TYPE_STRUCT_OPS, som möjliggör implementering av kärnfunktionshanterare via BPF. För närvarande kan denna funktionalitet redan användas för att implementera TCP-överbelastningskontrollalgoritmer i form av BPF-program. Som exempel en liknande teknik för att ändra förfrågningar, som möjliggör att ändra data i cacherade proxy (Tomcat, squid, mod_proxy) eller kringgå brandväggar genom att ange flera "GET"- eller "POST"-förfrågningar inom ett och samma HTTP-session. BPF-program med implementering av algoritmen DCTCP.
  • Har accepterats i kärnan för, som översätter verktyg ethtool från ioctl() till användning av netlink-gränssnittet. Det nya gränssnittet förenklar tillägg av utvidgningar, förbättrar felhantering, möjliggör att skicka notifieringar vid förändringar i tillstånd, underlättar interaktionen mellan kärnan och användarutrymmet och minskar antalet synkroniserade namngivna listor.
  • En implementation av algoritmen för hantering av nätverksköer FQ-PIE (Flow Queue PIE) har lagts till, inriktad på att minska den negativa påverkan av mellanspänningar av paket på gränsnätverksutrustning (bufferbloat). FQ-PIE visar hög effektivitet vid användning i system med kabelmodem.
• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • För filsystemet Btrfs har lagts till har den asynkrona implementeringen av DISCARD-operationen (markering av frigjorda block som inte längre behöver lagras fysiskt) lagts till. Ursprungligen utfördes DISCARD-operationer synkront, vilket kunde leda till prestandaförsämring på grund av väntan på att motsvarande kommandon skulle slutföras av lagringsenheterna. Den asynkrona implementeringen möjliggör att vänta inte på att DISCARD slutförs av lagringsenheten och utföra denna operation i bakgrunden.
  • I XFS genomförd rensning av kod som använde gamla 32-bitars tidsräknare (typ time_t har ersatts med time64_t), vilket ledde till problem med år 2038. Fel och minnesskador som uppstod på 32-bitars plattformar har åtgärdats. Koden har omarbetats för att fungera med utökade attribut.
  • I filsystemet ext4 har prestandaoptimeringar som rör hantering av inode-lås under läs- och skrivoperationer. Prestandan vid skrivningar i direkt I/O-läge har förbättrats. För att förenkla felsökning har de första och sista felkoderna sparats i superblocket.
  • I filsystemet F2FS har möjligheten möjligheten att lagra data i komprimerad form. För enskilda filer eller kataloger kan komprimering aktiveras med kommandot "chattr +c file" eller "chattr +c dir; touch dir/file". För att komprimera hela partitionen kan alternativet "-o compress_extension=ext" användas i mount-verktyget.
  • Den filsystemet som har antagits i kärnan ZoneFS, som förenklar lågnivåarbete med zonerade lagringsenheter. Med zonerade lagringsenheter avses anordningar på hårddiskar eller NVMe SSD:er, där lagringsutrymmet är uppdelat i zoner som utgör grupper av block eller sektorer, där endast sekventiell tillägg av data tillåts med uppdatering av hela gruppen av block. Filsystemet ZoneFS har utvecklats av Western Digital och kopplar varje zon i lagringsenheten till en separat fil som kan användas för att lagra data i raw-läge utan manipulation på sektorns och blockens nivå, det vill säga möjliggör för applikationer att använda fil-API istället för direkt åtkomst till blockenheten via ioctl.
  • I NFS är monteringen av partitioner ovanpå UDP som standard avstängd. Stöd för en funktion definierad i specifikationen NFS 4.2 för direkt kopiering av filer mellan servrar har lagts till. En ny monteringsalternativ "softreval" har lagts till, vilket vid serverfel tillåter användning av cachade attributvärden. Till exempel, om detta alternativ anges efter att servern blivit otillgänglig, kvarstår möjligheten att navigera längs vägar i NFS-partitionen och få tillgång till information som har lagrats i cachen.
  • Genomfört optimering av prestandan hos fs-verity-mekanismen, som används för integritetskontroll och autentisering av enskilda filer. Hastigheten för sekventiell läsning har ökad tack vare användning av ett Merkle-hashträd. Prestandan för FS_IOC_ENABLE_VERITY har optimerats under förutsättning av att det inte finns några data i cacheminnet (förekomsten av förhandsläsning av sidor med data tillämpas).
• Virtualisering och säkerhet
  • Möjligheten att inaktivera SELinux-modulen under drift har förklarats som föråldrad, och i framtiden kommer avlastning av redan aktiverad SELinux att förbjudas. För att stänga av SELinux krävs att parametern "selinux=0" överförs i kärnans kommandorad.
  • Tillagd stöd för tidsnamn (time namespaces) som gör det möjligt att binda systemklockans tillstånd (CLOCK_REALTIME,
    CLOCK_MONOTONIC, CLOCK_BOOTTIME) till containern, använda sin egen tid i containern och se till att värdena för CLOCK_MONOTONIC och CLOCK_BOOTTIME förblir oförändrade vid migration av containern till en annan värd (ta hänsyn till tiden efter uppstart, med eller utan sömnläge).
  • Den blockerade poolen /dev/random har tagits bort. Beteendet hos /dev/random har närmat sig /dev/urandom när det gäller att förhindra blockering av entropi efter initialisering av poolen.
  • En drivrutin har lagts till kärnans huvudkomponent som gör det möjligt för gästsysten som körs på VirtualBox att montera kataloger som exporteras av värdmiljön (VirtualBox Shared Folder).
  • En uppsättning patchar har lagts till BPF-subsystemet (BPF-dispatcher), i förhållande till tillämpningen av Retpoline-mekanismen för skydd mot Spectre V2-attacker, vilket möjliggör ökad effektivitet vid anrop av BPF-program vid händelser kopplade till dem (till exempel ger möjlighet att påskynda anropet av XDP-behandlare vid mottagande av nätverkspaket).
  • En drivrutin har lagts till för att stödja TEE (Trusted Execution Environment) miljöer inbyggda i AMD:s APU.
• Minne och systemtjänster
  • Stöd för globala funktioner har lagts till BPF. Utvecklingen sker inom ramen för initiativet att lägga till stöd för funktionsbibliotek som kan integreras i BPF-program. Nästa steg kommer att vara att stödja dynamiska tillägg som möjliggör laddning av globala funktioner, inklusive möjligheten att ersätta befintliga globala funktioner under användning. Stöd för en variant av operationen map (som används för att spara permanenta data) har också lagts till BPF, vilket stöder körning i batchläge.
  • Tillägg Enheten «cpu_cooling» som möjliggör kylning av en överhettad CPU genom att sätta den i ett viloläge (idle) under korta intervaller.
  • Ett systemanrop har lagts till openat2(), vilket erbjuder en uppsättning ytterligare flaggor för att begränsa behörigheten för filvägar (förbjuder korsning av monteringspunkter, symboliska länkar, magiska länkar (/proc/PID/fd), komponenter «..»).
  • För heterogena system baserade på big.LITTLE-arkitekturen, som kombinerar kraftfulla och mindre effektiva energisparande CPU-kärnor på samma chip, ges parametern uclamp_min vid realtidsuppgifter (som introducerades i kärnan 5.3 för att låsa belastningen). Den angivna parametern garanterar att en uppgift kommer att placeras av schemaläggaren på en CPU-kärna som har tillräcklig prestanda.
  • Kärnan har blivit av med 2038-problemet. De sista kvarvarande hanterarna där en 32-bitars (signed int) typ av time_t användes för tidsräknaren, som med hänsyn till rapporten från 1970, måste överfyllas år 2038.
  • Fortsatt förbättring av gränssnittet för asynkron in- och utmatning io_uring, där är stöd för nya operationer: IORING_OP_FALLOCATE (reserv av tomma områden), IORING_OP_OPENAT,
    IORING_OP_OPENAT2,
    IORING_OP_CLOSE (öppna och stänga filer),
    IORING_OP_FILES_UPDATE (lägga till och ta bort filer från snabbåtkomstlistan),
    IORING_OP_STATX (begära information om en fil),
    IORING_OP_READ,
    IORING_OP_WRITE (förenklade versioner av IORING_OP_READV och IORING_OP_WRITEV),
    IORING_OP_FADVISE,
    IORING_OP_MADVISE (asynkrona varianter av posix_fadvise och madvise-anrop), IORING_OP_SEND,
    IORING_OP_RECV (skicka och ta emot nätverksdata),
    IORING_OP_EPOLL_CTL (utföra operationer på epoll-fildeskriptorer).
  • Ett systemanrop har lagts till pidfd_getfd(), som ger en process möjlighet att extrahera en öppen filbeskrivare från en annan process.
  • Implementerad Mekanismen «bootconfig», som förutom kommandoradsalternativ kan definiera kärninställningar via en konfigurationsfil. För att lägga till sådana filer i initramfs-bilden har verktyget bootconfig föreslagits. Den angivna möjligheten kan till exempel användas för att konfigurera kprobes under uppstart.
  • Omarbetad En mekanism för väntan på skriv- och läsoperationer i namnlösa kanaler (pipe). Ändringen har möjliggjort en snabbare genomförande av uppgifter som parallell byggen av stora projekt. Samtidigt kan optimeringen leda till en race condition i GNU make på grund av ett fel i version 4.2.1, vilket har åtgärdats i version 4.3.
  • I prctl() har flaggan PR_SET_IO_FLUSHER lagts till, som kan användas för att märka processer som hanterar minnesfrisättning, för vilka begränsningar inte ska tillämpas i situationer med minnesbrist i systemet.
  • Baserat på det minneshanteringssystem som används i Android, har en subsystems dma-buf heaps, implementerats för att hantera tilldelningen av DMA-buffertar för delning av minnesområden mellan drivrutiner, program och olika subsystems.
• Hårdvaruarkitekturer
  • Stödet för E0PD-tillägget, som förekom i ARMv8.5, har lagts till, vilket möjliggör skydd mot attacker relaterade till spekulativ exekvering av instruktioner i CPU:n. Skydd baserat på E0PD innebär lägre overhead än skyddet KPTI (Kernel Page Table Isolation).
  • För system baserade på ARMv8.5-arkitekturen har stöd för instruktionen RNG lagts till, vilket ger tillgång till en hårdvaru baserad pseudorandom generator. I kärnan används instruktionen RNG för att generera entropi vid initialiseringen av den pseudorandom generator som tillhandahålls av kärnan.
  • Stödet för MPX (Memory Protection Extensions), som lades till i kärnan, har tagits bort 3.19 och möjliggjorde verifiering av pekare för att säkerställa att de följer gränserna för minnesområdena. Denna teknologi fick inget genomslag i kompilatorer och har tagits bort från GCC.
  • För RISC-V-arkitekturen har stöd för verktyget KASan (Kernel address sanitizer) implementerats, vilket möjliggör identifiering av minnesfel.
• Utrustning
  • Stödet för specifikationen USB 4.0, som baseras på Thunderbolt 3-protokollet och erbjuder en bandbredd på upp till 40 Gbit/s, vilket behåller bakåtkompatibilitet med USB 2.0 och USB 3.2. På samma sätt som Thunderbolt låter USB 4.0-gränssnittet tunnla olika protokoll över en enda kabel med en Type-C, inklusive PCIe, Display Port och USB 3.x, samt programimplementeringar av protokoll, till exempel för att skapa nätverkslänkar mellan värdar. Implementeringen baseras på den befintliga Thunderbolt-drivrutinen i Linux-kärnan och anpassar den för att fungera med värdar och enheter som är kompatibla med USB4. Förändringarna lägger också till stöd för Thunderbolt 3-enheter i programimplementeringen av anslutningshanteraren (Connection Manager), som ansvarar för att skapa tunnlar för att ansluta flera enheter via en enda port.
  • I amdgpu-drivrutinen har lagts till finns initialt stöd för HDCP 2.x-teknologin (High-bandwidth Digital Content Protection). Stöd för AMD Pollock ASIC-chipet, baserat på Raven 2, har lagts till. Funktionen för att återställa GPU:er har implementerats för Renoir- och Navi-familjerna.
  • I DRM-drivrutinen för Intel-grafikkort har lagts till läggs stöd för DSI VDSC till för chip baserade på mikroarkitekturen Ice Lake och Tiger Lake, LMEM mmap (enhetslokal minne) har implementerats, VBT (Video BIOS Table) parsing har förbättrats, och HDCP 2.2-stöd har lagts till för Coffee Lake-chip.
  • Arbetet med att enhetliggöra amdkfd-drivrutinskoden (för diskreta GPU:er som Fiji, Tonga, Polaris) med amdgpu-drivrutinen har fortsatt.
  • K10temp-drivrutinen har omarbetats och erbjuder nu stöd för att visa spännings- och strömparametrar för AMD Zen CPU:er, samt utökad information från temperaturgivare som används i Zen och Zen 2 CPU:er.
  • I nouveau-drivrutinen har lagts till läggs stöd för pålitlig uppstart av firmware för NVIDIA GPU:er baserade på mikroarkitekturen Turing (GeForce RTX 2000), vilket möjliggör 3D-accelerering för dessa kort (kräver att officiella firmware laddas ner med digitalt signatur från NVIDIA). Stöd för grafisk motor TU10x har lagts till. Problem med HD Audio har lösts.
  • Stöd för datakomprimering vid överföring över DisplayPort MST (Multi-Stream Transport) har lagts till.
  • En ny drivrutin "ath11k" för Qualcomm trådlösa chip med stöd för 802.11ax har lagts till.
    Drivrutinen baseras på mac80211-stacken och stöder lägen för åtkomstpunkt, arbetsstation och Mesh-noder.
  • Genom sysfs tillhandahålls åtkomst till läsbara temperaturavläsningar från sensorer som används i moderna hårddiskar och SSD:er.
  • Ändringar har gjorts betydande förändringar i ljudsystemet ALSA, riktade mot att befriade koden från 2038-problemet (övergång från användningen av 32-bits time_t-typ i gränssnitten snd_pcm_mmap_status och snd_pcm_mmap_control). Stöd för nya ljudkodekar har lagts till
    Qualcomm WCD9340/WCD9341, Realtek RT700, RT711, RT715, RT1308, Ingenic JZ4770.
  • Tillagda drivrutiner för LCD-paneler Logic PD 28, Jimax8729d MIPI-DSI, igenic JZ4770, Sony acx424AKP, Leadtek LTK500HD1829, Xinpeng XPP055C272, AUO B116XAK01, GiantPlus GPM940B0,
    BOE NV140FHM-N49,
    Satoz SAT050AT40H12R2,
    Sharp LS020B1DD01D.
  • Tillagd stöd för ARM-plattformar och plattformar Gen1 Amazon Echo (OMAP3630-baserad), Samsung Galaxy S III mini (GT-I8190), Allwinner Emlid Neutis, Libre Computer ALL-H3-IT, PineH64 Model B, Aibretech Amlogic GX PC,
    Armada SolidRun Clearfog GTR, NXPGateworks GW59xx,
    Tolino Shine 3 e-boksläsare,
    Embedded Artists COM (i.MX7ULP), SolidRun Clearfog CX/ITX och HoneyComb (LX2160A), Google Coral Edge TPU (i.MX8MQ),
    Rockchip Radxa Dalang Carrier, Radxa Rock Pi N10, VMARC RK3399Pro SOM
    ST Ericsson HREF520, Inforce 6640, SC7180 IDP, Atmel/Microchip AM9X60 (ARM926 SoC, Kizboxmini), ST stm32mp15, AM3703/AM3715/DM3725, ST Ericsson ab8505, Unisoc SC9863A, Qualcomm SC7180. Stöd för PCIe-kontroller har lagts till, som används i Raspberry Pi 4.

Samtidigt har den Latinamerikanska stiftelsen för fri programvara skapat
en variant helt fri kärna 5.6 — Linux-libre 5.6-gnu, frigjord från firmware- och drivrutinskomponenter som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vilkas användningsområde är begränsat av tillverkaren. I den nya utgåvan har laddningen av blobbar inaktiverats i drivrutiner för AMD TEE, ATH11K och Mediatek SCP. Koden för rensning av blobbar i drivrutiner och AMD PSP, amdgpu och nouveau delsystem har uppdaterats.

Källa: opennet.ru