Släpp av Linux-kärnan 5.8

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds år kärnlansering Linux 5.8. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna finns KCSAN race condition detector, en universell mekanism för att leverera meddelanden till användarutrymmet, stöd för hårdvara för inline-kryptering, utökade skyddsmekanismer för ARM64, stöd för den ryska processorn Baikal-T1, möjlighet till separat montering av procfs-exemplar, och implementering av skyddsmekanismer som Shadow Call Stack och BTI för ARM64.

Kärna 5.8 är den största i antalet förändringar av alla kärnor under hela projektets existens. Förändringarna är inte kopplade till något enskilt delsystem, utan omfattar olika delar av kärnan och är främst relaterade till interna omarbetningar och städning. De största förändringarna återfinns i drivrutinerna. Den nya versionen inkluderar 17606 rättningar från 2081 utvecklare, vilket berör ungefär 20 % av alla filer i kärnans kodförråd. Storleken på patchen är 65 MB (förändringarna påverkar 16180 filer, 1043240 kodrader har lagts till, och 489854 kodrader har tagits bort). För jämförelse gjordes 15033 rättningar i 5.7-versionen, och patchens storlek var 39 MB. Ungefär 37 % av alla förändringar i 5.8 är relaterade till enhetsdrivrutiner, ungefär 16 % hänför sig till uppdatering av kod specifik för hårdvaruarkitekturer, 11 % är relaterade till nätverksstacken, 3 % till filsystem och 4 % till interna delsystem i kärnan.

Huvud nyheter:

• Virtualisering och säkerhet
  • Laddning av kärnmoduler som har kodsektioner med både exekverings- och skrivbehörighetsbitar har blokkerats. Förändringen är genomförd inom ramen för ett större projekt för att eliminera kärnan från användningen av minnessidor som tillåter både exekvering och skrivning.
  • Det har blivit möjligt att skapa separata instanser av procfs, vilket gör det möjligt att använda flera monteringspunkter för procfs monterade med olika alternativ, men som speglar ett enda namnrum för processidentifierare (pid-namnrum). Tidigare speglade alla monteringspunkter för procfs endast en intern representation, och varje förändring av monteringsparametrar påverkade alla andra monteringspunkter kopplade till samma namnrum för processidentifierare. Områden där monteringar med olika alternativ kan vara efterfrågade inkluderar genomförandet av lättviktsisolering för inbyggda system med möjlighet att dölja vissa typer av processer och informationsnoder i procfs.
  • Stöd för mekanismen
    Shadow-Call Stack, som tillhandahålls av Clang-kompilatorn för att skydda mot överskrivning av returadress från funktionen vid stacköverflöd. Skyddets kärna är att efter överlämnande av kontrollen till funktionen spara returadressen i en separat "skugga"-stack och hämta denna adress före utgången från funktionen.
  • Stöd för instruktioner ARMv8.5-BTI (Branch Target Indicator) har lagts till för att skydda körning av instruktionsuppsättningar där det inte bör göras hopp vid förgrening. Blockering av hopp till godtyckliga kodavsnitt har genomförts för att motverka skapandet av gadgets i exploateringar som använder tekniker för returorienterad programmering (ROP – Return-Oriented Programming, där angriparen inte försöker placera sin egen kod i minnet utan arbetar med redan existerande bitar av maskininstruktioner som avslutas med en returinstruktion, från vilka en kedja av anrop konstrueras för att uppnå önskad funktionalitet).
  • Stöd för hårdvara för inline-kryptering av blockenheter har lagts till (Inline Encryption). Inline-krypteringsenheter är vanligtvis inbyggda i lagringsenheten, men logiskt placerade mellan systemminnet och disken, vilket möjliggör transparent kryptering och avkryptering av in- och utdata baserat på nycklar och krypteringsalgoritmer som anges av kärnan.
  • En kärnans kommandoradsparameter "initrdmem" har lagts till, vilket gör det möjligt att ange den fysiska adressen för placeringen av initrd i minnet vid placering av den initiala nedladdningsbilden i RAM.
  • Nya kapabiliteter har lagts till: CAP_PERFMON för åtkomst till perf-subsystemet och utförande av prestandaövervakning. CAP_BPF, vilket möjliggör utförande av vissa operationer med BPF (t.ex. laddning av BPF-program) som tidigare krävde rättigheter för CAP_SYS_ADMIN (nu är rättigheterna för CAP_SYS_ADMIN uppdelade i en kombination av CAP_BPF, CAP_PERFMON och CAP_NET_ADMIN).
  • Tillägg en ny virtio-mem-enhet, som möjliggör varmkoppling och frakoppling av minne till gästsystem.
  • Möjligheten att återkalla mappingoperationer i /dev/mem har implementerats, om enheten använder överlappande minnesområden.
  • Skydd mot sårbarhet CROSSTalk/SRBDS, vilket gör det möjligt att återställa resultaten av vissa instruktioner som körs på en annan CPU-kärna.
• Minne och systemtjänster
  • I dokumentet som definierar regler för kodmodellering, antogs rekommendationer för användning av inkluderande terminologi. Utvecklare rekommenderas att undvika begreppen 'master/slave' och 'blacklist/whitelist', liksom ordet 'slave'. Rekommendationerna gäller endast ny användning av dessa termer. Redan existerande nämningar i kärnan av de angivna orden förblir oförändrade. I ny kod tillåts användning av de markerade termerna om det krävs för att stödja det som ges ut i användarutrymmet (API och ABI), samt vid koduppdateringar för att stödja befintlig hårdvara eller protokoll vars specifikationer föreskriver användning av vissa termer.
  • En debugger-verktyg har lagts till KCSAN (Kernel Concurrency Sanitizer), avsedd för dynamisk upptäckte av race conditions inom kärnan. Användning av KCSAN stöds vid kompilering med GCC och Clang, och kräver att speciella modifieringar görs under kompileringen för att spåra minåtkomst (det används brytpunkter som aktiveras vid läsning eller ändring av minne). Huvudfokus vid utvecklingen av KCSAN har varit att förhindra falska positiva resultat, skalbarhet och användarvänlighet.
  • Tillagd ett universellt mekanism leverans av meddelanden från kärnan till användarutrymmet. Mekanismen är baserad på den inbyggda pipe-drivern och möjliggör effektiv fördelning av meddelanden från kärnan över kanaler som är öppna i användarutrymmet. Mottagningspunkterna för meddelanden är pipes som öppnas i ett speciellt läge och tillåter ackumulering av de meddelanden som kommer från kärnan i en ringbuffert. Läsning utförs med hjälp av den vanliga funktionen read(). Ägaren av kanalen bestämmer vilka källor i kärnan som ska övervakas och kan ställa in ett filter för att ignorera meddelanden och händelser av viss typ. För tillfället stöds endast händelser relaterade till nycklar, såsom att lägga till/tar bort nycklar och ändra deras attribut. Dessa händelser planeras att användas i GNOME.
  • Utvecklingen av funktionen 'pidfd' har fortsatt, vilket hjälper till att hantera situationer med återanvändning av PID (pidfd kopplas till en specifik process och förändras inte, medan PID kan kopplas till en annan process efter att den aktuella processen kopplad till detta PID har avslutats). Den nya versionen har lagt till stöd för att använda pidfd för att koppla en process till namnrymder (att ange pidfd finns nu tillgängligt vid utförande av systemanropet setns). Användningen av pidfd gör att en enda anrop kan hantera kopplingen av en process till flera typer av namnrymder, vilket väsentligt minskar antalet nödvändiga systemanrop och möjliggör en atomär koppling (om det uppstår ett fel vid kopplingen till en av namnrymderna, kommer andra inte att kopplas).
  • Ett nytt systemanrop faccessat2() har lagts till, vilket skiljer sig från
    faccessat() med en extra argument med flaggor som motsvarar POSIX-rekommendationerna (tidigare emulerades dessa flaggor i C-biblioteket, men den nya faccessat2 gör det möjligt att implementera dem i kärnan).
  • I Cgroup har lagts till inställningen memory.swap.high, som kan användas för att bromsa uppgifter som tar upp för mycket utrymme på växlingspartitionen.
  • I gränssnittet för asynkron in-/utmatning io_uring har stöd för systemanropet tee() lagts till.
  • En mekanism för 'BPF iterator', avsedd för att skriva ut innehållet i kärnans strukturer till användarutrymmet.
  • Tillhandahållet möjlighet att använda ringbuffert för datakommunikation mellan BPF-program.
  • I mekanismen padata, avsedd för att möjliggöra parallell exekvering av uppgifter i kärnan, har stöd för flertrådiga uppgifter med belastningsbalansering lagts till.
  • Till mekanismen pstore, som gör det möjligt att spara felsökningsinformation om kraschanledningen i minnesområdet, utan förlust mellan omstarter, tillagd en backend för lagring av information på blockenheter.
  • Från kärnans PREEMPT_RT-gren har flyttats implementering av lokala lås.
  • Tillagd en ny API för bufferallokering (AF_XDP), avsedd att förenkla skrivandet av nätverksdrivrutiner med stöd för XDP (eXpress Data Path).
  • För RISC-V-arkitektur har stöd för felsökning av kärnkomponenter implementerats med hjälp av KGDB.
  • Innan version 4.8 har kraven på versionen av GCC, som kan användas för att bygga kärnan, höjts. I en av nästa utgåvan planeras det att höja nivåerna till GCC 4.9.
• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • I Device Mapper tillagd har en ny dm-ebs-hanterare (emulate block size) införts, som kan användas för att emulera en mindre logisk blockstorlek (till exempel för att emulera 512-byte-sektorer på 4K-sector-diskar).
  • I filsystemet F2FS har stöd för komprimering med LZO-RLE-algoritmen lagts till.
  • I dm-crypt har lagts till stöd för krypterade nycklar.
  • I Btrfs har hanteringen av läsoperationer i direkt I/O-läge förbättrats. Vid montering har påskyndats kontrollen av borttagna underavdelningar och kataloger som saknar förälder.
  • I CIFS har parametern 'nodelete' lagts till, vilket tillåter normala behörighetskontroller på servern, men förhindrar klienten att ta bort filer eller kataloger.
  • I Ext4 har hanteringen av felet ENOSPC vid användning av flertrådning förbättrats. I xattr har stöd för namnrymd gnu.*, som används i GNU Hurd, lagts till.
  • För Ext4 och XFS har stöd för DAX-operationer (direkt åtkomst till FS utan att använda sidcache-nivån) kopplats till specifika filer och kataloger.
  • I systemanropet statx() har en flagga lagts till STATX_ATTR_DAX, vilken när den anges hämtar information med hjälp av DAX-mekanismen.
  • I EXFAT har lagts till stöd för verifiering av startområdet.
  • I FAT har förbättrats förladdning av FS-element. Test av en långsam 2TB USB-enhet visade en minskning av testtiden från 383 till 51 sekunder.
• Nätverkssystemet
  • I kodhanteringen av nätverksbryggor har lagts till stöd för protokollet MRP (Media Redundancy Protocol), som möjliggör redundans och cirkulation av flera Ethernet-switchar.
  • I trafikhanteringssystemet (Tc) har lagts till ny åtgärd "gate" som möjliggör att definiera tidsintervall för bearbetning och avvisning av vissa paket.
  • Stöd för testfunktioner av ansluten nätverkskabel och självdiagnos av nätverksenheter har lagts till i kärnan och verktyget ethtool.
  • Stöd för MPLS-algoritmen (Multiprotocol Label Switching) för paketrouting med hjälp av multiprotokollkommutering via etiketter har lagts till i IPv6-stacken (MPLS för IPv4 har tidigare haft stöd).
  • Stöd för överföring av paket IKE (Internet Key Exchange) och IPSec över TCPRFC 8229för att kringgå möjliga blockeringar av UDP.
  • Tillägg nätverksblockenhet rnbd som möjliggör fjärråtkomst till blockenheten via RDMA (InfiniBand, RoCE, iWARP) och protokollet RTRS.
  • I TCP-stack har lagts till stöd för komprimering av intervall i svar på selektiv bekräftelse (selective acknowledgment, SACK).
  • För IPv6 har möjligheten stöd för TCP-LD (RFC 6069, Long Connectivity Disruptions).
• Utrustning
  • I DRM-drivrutinen i915 för Intel-grafikkort aktiverades stöd för Intel Tiger Lake (GEN12) chips som standard, för vilka det också har möjligheten möjliggör användning av SAGV-systemet (System Agent Geyserville) för dynamisk anpassning av frekvens och spänning beroende på krav på energiförbrukning eller prestanda.
  • I drivrutinen amdgpu lagts stöd för pixelformatet FP16 till, och möjligheten att arbeta med krypterade buffertar i videominnet (TMZ, Trusted Memory Zone) har implementerats.
  • Stöd för energiförbrukningssensorer för AMD Zen och Zen2-processorer, samt temperaturgivare för AMD Ryzen 4000 Renoir har lagts till. För AMD Zen och Zen2 säkerställs stöd för att extrahera energiförbrukningsinformation genom gränssnittet RAPL (Running Average Power Limit).
  • I drivrutinen Nouveau har stöd för NVIDIA:s modifieringsformat lagts till. För gv100 har möjligheten att använda växelvis skanning lagts till. Identifiering av vGPU har lagts till.
  • I MSM-drivrutinen (Qualcomm) har stöd för GPU Adreno A405, A640 och A650 lagts till.
  • Tillagd inre ramverk för hantering av resurser i DRM (Direct Rendering Manager).
  • Stöd för smartphones Xiaomi Redmi Note 7 och Samsung Galaxy S2, samt bärbara datorer Elm/Hana Chromebook har lagts till.
  • Drivrutiner för LCD-paneler har lagts till: ASUS TM5P5 NT35596, Starry KR070PE2T, Leadtek LTK050H3146W, Visionox rm69299, Boe tv105wum-nw0.
  • Stöd för ARM-plattformar och Renesas-plattformar "RZ/G1H", Realtek RTD1195, Realtek RTD1395/RTD1619, Rockchips RK3326, AMLogic S905D, S905X3, S922XH, Olimex A20-OLinuXino-LIME-eMMC, Check Point L-50,
    , Beacon i.MX8m-Mini, Qualcomm SDM660/SDM630, Xnano X5 TV Box, Stinger96, Beaglebone-AI.
  • Stödet för MIPS-processorn Loongson-2K (kortad Loongson64) har lagts till. Stöd för virtualisering med hjälp av hypervisorn KVM har lagts till för CPU Loongson 3.
  • Tillagd
    stöd för den ryska processorn Baikal-T1 och det system som är baserat på den BE-T1000. Processorn Baikal-T1 innehåller två superskalära kärnor P5600 MIPS 32 r5 som arbetar vid en frekvens på 1,2 GHz. Chippet innehåller L2-cache (1 MB), DDR3-1600 ECC-minneskontroller, 1 port 10Gb Ethernet, 2 portar 1Gb Ethernet, PCIe Gen.3 x4-kontroller, 2 portar SATA 3.0, USB 2.0, GPIO, UART, SPI och I2C. Processorn ger hårdvarustöd för virtualisering, SIMD-instruktioner och en integrerad hårdvaruaccelerator för kryptografiska operationer som stöder GOST 28147-89. Chippet har utvecklats med en licensierad processoravdelning från Imagination Technologies, MIPS32 P5600 Warrior.

Samtidigt har den Latinamerikanska stiftelsen för fri programvara skapat
en variant ett helt fritt kärna 5.8 — Linux-libre 5.8-gnu, som har rensats från firmware- och drivrutinskomponenter som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vars användningsområde är begränsat av tillverkaren. I den nya utgåvan har laddningen av blobbar i drivrutinerna för Atom ISP Video, MediaTek 7663 USB/7915 PCIe, Realtek 8723DE WiFi, Renesas PCI xHCI, HabanaLabs Gaudi, Enhanced Asynchronous Sample Rate Converter, Maxim Integrated MAX98390 Speaker Amplifier, Microsemi ZL38060 Connected Home Audio Processor och I2C EEPROM Slave stängts av. Koden för rengöring av blobbar i drivrutiner och delsystem för Adreno GPU, HabanaLabs Goya, x86 pekskärm, vt6656 och btbcm har uppdaterats.

Källa: opennet.ru