Uppdatering av Linux-kärna 5.9

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds år kärnlansering Linux 5.9. Bland de mest anmärkningsvärda ändringarna finns: begränsning av import av symboler från proprietära moduler till GPL-moduler, snabbare kontextväxling med hjälp av CPU-instruktionen FSGSBASE, stöd för komprimering av kärnbilder med Zstd, omarbetning av prioriteringsscheman för trådar i kärnan, stöd för PRP (Parallel Redundancy Protocol), kapacitetsbaserad schemaläggning i deadline-schemaläggaren, förhandskomprimering av minnessidor, capability-flaggan CAP_CHECKPOINT_RESTOR, systemanropet close_range(), prestandaförbättringar för dm-crypt, borttagning av kod för 32-bitars gästsystem i Xen PV, en ny slab-minneshanteringsmekanism, alternativet 'rescue' i Btrfs och stöd för inline-kryptering i ext4 och F2FS.

I den nya versionen har 16074 korrigeringar från 2011 utvecklare accepterats,
patchens storlek är 62 MB (ändringarna berör 14548 filer, 782155 rader kod har lagts till, 314792 rader har tagits bort). Cirka 45% av allt som presenterades i 5.9
ändringar är relaterade till enhetsdrivrutiner, cirka 15% av ändringarna har
att göra med uppdatering av arkitekturanpassad kod, 13%
är relaterade till nätverksstacken, 3% till filsystem och 3% till interna
kärnunderavdelningar.

Huvud nyheter:

• Minne och systemtjänster
  • Skärpt skydd mot användning av GPL-lager för att binda proprietära drivrutiner till kärnkomponenter som endast exporteras för moduler under GPL-licensen. Flaggan TAINT_PROPRIETARY_MODULE är nuftverkat i alla moduler som importerar symboler från moduler med denna flagga. Om en GPL-modul försöker importera symboler från en icke-GPL-modul kommer denna GPL-modul att ärva etiketten TAINT_PROPRIETARY_MODULE och kommer inte att kunna komma åt kärnkomponenter som endast är tillgängliga för moduler under GPL-licensen, även om modulen tidigare har importerat symboler från kategorin 'gplonly'. Den bakåtriktade blockeringen (export endast EXPORT_SYMBOL_GPL i moduler som importerat EXPORT_SYMBOL_GPL), vilket kunde störa proprietära drivrutiner, har inte implementerats (endast den proprietära modulens flagg ärvs, men inte GPL-bindningen).
  • Tillagd stöd för mekanismen kcompactd för förhandskomprimering av minnessidor i bakgrunden, som möjliggör en ökning av antalet stora minnessidor som är tillgängliga för kärnan. En preliminär uppskattning visar att bakgrundspaketering med minimal overhead kan minska latensen vid tilldelning av stora minnessidor (huge-page) med 70-80 gånger jämfört med den tidigare använda paketeringsmekanismen som aktiverades efter behov (on-demand). För att sätta gränser för den externa fragmenteringen som kommer att säkerställas av kcompactd har sysctl vm.compaction_proactiveness lagts till.
  • Tillagd stöd för komprimering av kärnavbilder med hjälp av algoritmen Zstandard (zstd).
  • Stöd för processorinstruktionen FSGSBASE, som gör det möjligt att läsa och ändra innehållet i registren FS/GS från användarutrymmet. I kärnan används FSGSBASE för att påskynda kontextbyten genom att utesluta onödiga MSR-skrivningar för GSBASE, och i användarutrymmet gör det möjligt att undvika onödiga systemanrop för att ändra FS/GS.
  • Tillagd parametern "allow_writes", som tillåter att ändringar av MSR-register i processorn förbjuds från användarutrymmet och begränsar åtkomsten till innehållet i dessa register till läsoperationer, eftersom ändringar av MSR kan leda till problem. Som standard är skrivning fortfarande tillåten, och ändringar av MSR återspeglas i loggen, men i framtiden planeras det att byta till standardåtkomst i skrivskyddat läge.
  • I gränssnittet för asynkron in-/utmatning io_uring fullständigt stöd för asynkrona operationer för buffrad läsning har lagts till, vilket inte kräver att kärntrådar aktiveras. Stöd för skrivning förväntas i nästa version.
  • I deadline I/O-schemaläggaren har genomförts schemaläggning med hänsyn till bandbredden, implementerats, vilket möjliggör att fatta korrekta beslut på asymmetriska system, såsom ARM-baserade system DynamIQ och big.LITTLE, som kombinerar kraftfulla och mindre prestandakraftiga energieffektiva CPU-kärnor på en och samma chip. Specifikt gör det nya läget det möjligt att undvika osynkroniseringar i schemaläggningen när en långsam CPU-kärna inte har tillräckliga resurser för att slutföra en uppgift inom deadline.
  • Energimodellen i kärnan (Energy Model) omfattar nu beskriver inte bara CPU:ns energibeteende utan också periferienheter.
  • Systemanropet close_range() har implementerats, vilket tillåter en process att stänga hela intervallet av öppna filbeskrivare på en gång.
  • Från implementeringen av textkonsolen och drivrutinen fbcon har koden tagits bort, vilket möjliggör programmatisk rullning av text bakåt (CONFIG_VGACON_SOFT_SCROLLBACK) mer än mängden videominne i VGA-textläge.
  • Omarbetad algoritmen för prioritering av trådar inom kärnan. Den nya versionen säkerställer en bättre konsistens i alla subsystem i kärnan när det kommer till prioritering av realtidsuppgifter.
  • Sysctl har lagts till sched_uclamp_util_min_rt_default för att hantera parametrarna för tvingning av CPU-frekvensen för realtidsuppgifter (till exempel kan beteendet vid utförande av realtidsuppgifter ändras på plats för att spara energi efter att man har växlat till batteriförsörjning eller på mobila system).
  • Förberedelser har gjorts för att implementera stödet för teknologin Transparent Huge Pages i sidcache.
  • I fanotify-mekanismen har nya flaggor FAN_REPORT_NAME och FAN_REPORT_DIR_FID införts för att överföra information om det överordnade namnet och det unika FID-ID:t vid skapande-, borttagnings- eller flyttningshändelser av katalogelement och objekt som inte är relaterade till kataloger.
  • För cgroups genomförd har en ny slab-minnescontroller introducerats, som kännetecknas av att slab-registrering flyttats från sidnivå till kärnobjektsnivå, vilket möjliggör delning av slab-sidor mellan olika cgroup istället för att tilldela separata slab-cache för varje cgroup. Den föreslagna metoden ökar effektiviteten i användningen av slab, minskar storleken på det reserverade slab-minnet med 30-45%, minskar den totala minnesanvändningen av kärnan och minskar fragmenteringen av minnet.
  • I ljudsystemet ALSA och USB-stacken, i enlighet med nyligen antagna rekommendationerna för användning av inkluderande terminologi i Linux-kärnan, har olämpliga termer rensats bort. Koden har rensats från användningen av orden 'slave', 'master', 'blacklist' och 'whitelist'.
• Virtualisering och säkerhet
  • När kärnan byggs med kompilatorn Clang har det tillkommit möjligheten att konfigurera (CONFIG_INIT_STACK_ALL_ZERO) automatisk initiering till noll av alla variabler som lagras på stacken (vid byggnad anges '-ftrivial-auto-var-init=zero').
  • I seccomp-systemet, när processtyrningsläget används i användarrummet, har lagts till att ersättning i den övervakade processen för filbeskrivare för fullständig emulering av systemanrop som leder till skapande av filbeskrivare. Funktionaliteten är efterfrågad i isolerade containrar och implementation av sandbox för Chrome.
  • För arkitekturerna xtensa och csky har stöd för begränsning av systemanrop lagts till med hjälp av seccomp-undersystemet. För xtensa har dessutom stöd för revisionsmekanismen implementerats.
  • Tillagd ny capability-flagga CAP_CHECKPOINT_RESTORE som gör det möjligt att ge åtkomst till funktioner relaterade till frysa och återställa processers tillstånd utan att överföra ytterligare privilegier.
  • I GCC 11 har alla funktioner som behövs för
    debuggingverktyget KCSAN (Kernel Concurrency Sanitizer) implementerats, avsett för dynamisk upptäckte av racevillkor inuti kärnan. Därmed kan KCSAN nu användas med kärnor byggda i GCC.
  • För AMD Zen och nyare CPU:er har lagts till stöd för P2PDMA-teknologi, vilket möjliggör användning av DMA för direkt dataöverföring mellan minnet av två enheter som är kopplade till PCI-bussen.
  • I dm-crypt har ett läge lagts till för att minska latens genom att utföra kryptografisk bearbetning av data utan att använda arbet queues. Detta läge är också nödvändigt för korrekt funktion med zonerade blockenheter (enheter med områden som måste skrivas sekventiellt med komplett uppdatering av hela gruppen av block). Arbetet har utförts för att öka kapaciteten och minska latensen i dm-crypt.
  • Koden för att stödja 32-bitars gästsystem som arbetar i para-virtualiseringsläge under Xen hypervisor har tagits bort. Användare av sådana system uppmanas att övergå till att använda 64-bitars kärnor i gästmiljöer eller att använda full (HVM) eller kombinerad (PVH) virtualisering istället för para-virtualisering (PV).
• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • I filsystemet Btrfs har möjligheten monteringsalternativet "rescue", som enhetliggör åtkomsten till alla andra alternativ för återställning. Stödet för alternativen "alloc_start" och "subvolrootid" har tagits bort, medan alternativet "inode_cache" har avbrutits. Prestanda har optimerats, vilket märkbart har ökat hastigheten på fsync()-operationer. Tillagd möjlighet att använda alternativa typer av kontrollsummor, andra än CRC32c.
  • Tillagd möjlighet att använda inline-kryptering (Inline Encryption) i filsystemen ext4 och F2FS, där en monteringsoption "inlinecrypt" är tillgänglig för att aktivera detta. Inline-krypteringsläget gör det möjligt att använda de krypteringsmekanismer som är inbyggda i lagringskontrollern, vilket möjliggör transparent kryptering och dekryptering av in-/utdata.
  • I XFS garanteras inodåterställning (flush) i helt asynkront läge, som inte blockerar processer under minnesrensningsoperationen. Ett långvarigt problem med kvoter har lösts, vilket tidigare hade orsakat felaktig spårning av varningar för överskridande av mjuka gränser och inodbegränsningar. Stödet för DAX har enhetsanpassats för både ext4 och xfs.
  • I Ext4 har möjligheten förhandsladning av bitkartan för blockdistribution. I kombination med begränsningen av genomsökning av oinitialiserade grupper, har optimeringen minskat monteringtiden för mycket stora partitioner.
  • I F2FS tillagd ioctl F2FS_IOC_SEC_TRIM_FILE, som möjliggör användning av TRIM/discard-kommandon för fysisk nollställning av angivna data i filen, exempelvis för att ta bort åtkomstnycklar utan att lämna kvar restdata på lagringsenheten.
    I F2FS finns också tillagd ett nytt skräpuppsamlingläge GC_URGENT_LOW, som arbetar mer aggressivt genom att exkludera vissa kontroller av inaktivitet (idle) innan skräpuppsamlaren startar.
  • I bcache har storleken på bucket_size för extens blivit ökad från 16 till 32 bitar som en del av förberedelserna för att möjliggöra användning för cache av zonerade enheter.
  • Till SCSI-subsystemet har möjligheten att använda inline-kryptering baserad på inbyggda hårdvarukrypteringsfunktioner som tillhandahålls av UFS-kontrollerna lagts till (Universal Flash Storage).
  • En ny kärnkommandoradparameter "debugfs" har lagts till, vilket gör det möjligt att hantera tillgängligheten av den med namn lika pseudofilsystemet.
  • I NFSv4.2-klienten har stöd för utökade filattribut (xattr) säkerställts.
  • I dm-dust tillagd gränssnittet för att lista alla identifierade dåliga block på disken ("dmsetup message dust1 0 listbadblocks").
  • För md/raid5 har parametern /sys/block/md1/md/stripe_size lagts till för att justera storleken på STRIPE-blocket.
  • För NVMe-lagringsenheter har lagts till stöd för kommandon för zonering av lagringsenheter (ZNS, NVM Express Zoned Namespace), vilket möjliggör uppdelning av lagringsutrymmet i zoner som består av blockgrupper för mer fullständig hantering av datalagring.
• Nätverkssystemet
  • I Netfilter har lagts till möjlighet att avvisa paket vid steget innan routingkontroll (uttrycket REJECT kan nu användas inte bara i INPUT, FORWARD och OUTPUT kedjor utan även vid PREROUTING-steget för icmp och tcp).
  • I nftables har lagts till möjlighet att granska händelser relaterade till förändringar i konfigurationen.
  • I nftables i netlink-API har lagts till stöd för anonyma kedjor vars namn tilldelas dynamiskt av kärnan. När en regel kopplad till en anonym kedja raderas, raderas även kedjan automatiskt.
  • I BPF har stöd för iteratorer lagts till för att traversera, filtrera och ändra element i associativa arrayer (map) utan att kopiera data till användarutrymmet. Iteratorer kan användas för TCP- och UDP-sockets, vilket gör att BPF-program kan iterera över öppna sockets och extrahera nödvändig information.
  • En ny typ av BPF-program BPF_PROG_TYPE_SK_LOOKUP har lagts till, som körs när kärnan söker efter en lämplig lyssnande socket för en inkommande anslutning. Med hjälp av sådana BPF-program kan man skapa hanterare som fattar beslut om vilken socket som ska associeras med anslutningen, utan att begränsas av systemanropet bind(). Till exempel kan man organisera bindning av en socket till ett intervall av adresser eller portar. Dessutom har stöd för flaggan SO_KEEPALIVE lagts till i bpf_setsockopt() och möjligheten att ställa in hanterare BPF_CGROUP_INET_SOCK_RELEASE, som anropas när en socket frigörs.
  • Stöd för protokollet PRP (Parallel Redundancy Protocol), som möjliggör transparent växling till en reservkanal i händelse av fel på något nätverkskomponent baserat på Ethernet.
  • I mac80211-stacken har lagts till stöd för fyra-stegs kanalförhandling WPA/WPA2-PSK i accesspunktsläge.
  • Möjlighet att växla qdisc-schemaläggaren (queuing discipline) till att som standard använda FQ-PIE-algoritmen för nätverkskötning, som syftar till att minska den negativa påverkan av temporär buffrande av paket på gränsenhet (bufferbloat) i nätverk med kabelmodem.
  • Nya funktioner har lagts till i MPTCP (MultiPath TCP), en utvidgning av TCP-protokollet för att organisera TCP-anslutningar med paketleverans över flera vägar genom olika nätverksgränssnitt kopplade till olika IP-adresser. Stöd har lagts till för syn-cookie, DATA_FIN, automatisk justering av buffertar, diagnostik av sockets och användning av flaggorna REUSEADDR, REUSEPORT och V6ONLY i setsockopt.
  • För virtuella routingtabeller VRF (Virtual Routing and Forwarding), som möjliggör drift av flera routingdomäner på ett system, har läget "strict" implementerats. I detta läge kan den virtuella tabellen endast kopplas till routingtabellen, som inte används i andra virtuella tabeller.
  • I den trådlösa drivrutinen ath11k har lagts till stöd för 6GHz frekvens och spektral avkänning.
• Utrustning
  • Koden för att stödja UniCore-arkitekturen, utvecklad vid mikroprocessorcentret vid Pekinguniversitetet och inkluderad i Linux-kärnan 2011, har tagits bort. Denna arkitektur har varit osupporterad sedan 2014 och har inget stöd i GCC.
  • Stöd för RISC-V-arkitekturen har implementerats för kcov (debugfs-gränssnitt för att analysera kärnkodtäckning), kmemleak (system för att upptäcka minnesläckor), stackskydd, hoppmarkeringar och tickless-operationer (signaloberoende timer-multitasking).
  • För PowerPC-arkitekturen har stöd för köer för spinlock implementerats, vilket har ökat prestandan avsevärt i situationer med lås-konflikter.
  • För ARM- och ARM64-arkitekturer har mekanismen för processtaktreglering schedutil (cpufreq governor) aktiverats som standard, som använder information från schemaläggaren direkt för att besluta om förändringar i frekvensen och kan omedelbart kontakta cpufreq-drivrutiner för att snabbt förändra frekvensen, vilket justerar CPU:ns arbetsparametrar till den nuvarande belastningen.
  • I DRM-drivrutinen i915 för Intel-grafikkort har stöd för chips baserade på mikroarkitekturen Rocket Lake och initialt stöd för diskreta kort Intel Xe DG1.
  • I drivrutinen amdgpu har initialt stöd lagts till för AMD GPU Navi 21 (Navy Flounder) och Navi 22 (Sienna Cichlid). Stöd har lagts till för kodnings- och avkodningsaccelerationsmotorer UVD/VCE för GPU Southern Islands (Radeon HD 7000).
    Ett egenskap för att rotera visningen med 90, 180 eller 270 grader har lagts till.

    Intressant nog, drivrutinen för AMD GPU denna funktion ett omslag runt modulen Crypt::UnixCrypt och utgör ingen fara, men i det levererade arkivet på Sourceforge anropas kod som direkt refererar till \/etc\/shadow, men gör det genom en shell-konstruktion. För att genomföra attacken räcker det med att ange tecknet "|" i fältet för det gamla lösenordet och koden efter detta kommer att köras med root-behörighet på servern. den största drivrutinen i kärnan — den innehåller cirka 2,71 miljoner kodrader, vilket är ungefär 10% av den totala storleken på kärnan (27,81 miljoner rader). Av dessa utgör 1,79 miljoner rader automatiskt genererade headerfiler med data för GPU-register, och C-koden består av 366 tusen rader (för jämförelse ingår Intel i915-drivrutinen 209 tusen rader, medan Nouveau innehåller 149 tusen).

  • I Nouveau-drivrutinen har lagts till stöd för ram-för-ram-integritetskontroll genom CRC (Cyclic Redundancy Checks) i GPU NVIDIA:s displaymotorer. Implementeringen baseras på dokumentationen som tillhandahålls av NVIDIA.
  • Drivrutiner för LCD-paneler har lagts till: Frida FRD350H54004, KOE TX26D202VM0BWA, CDTech S070PWS19HP-FC21, CDTech S070SWV29HG-DC44, Tianma TM070JVHG33 och Xingbangda XBD599.
  • I ljudsystemet ALSA har stöd för en ny enhet för att hantera belysningen på mikrofonens aktiveringsknappar och ljudavstängningen. en ny enhet för att styra belysningen av mikrofonens aktiveringsknappar och ljudavstängningsknappen lagts till, och även stöd för ny hårdvara har lagts till, inklusive kontrollern Loongson 7A1000.
  • Stöd för ARM-plattor, enheter och plattformar har lagts till: Pine64 PinePhone v1.2, Lenovo IdeaPad Duet 10.1, ASUS Google Nexus 7, Acer Iconia Tab A500, Qualcomm Snapdragon SDM630 (som används i Sony Xperia 10, 10 Plus, XA2, XA2 Plus och XA2 Ultra), Jetson Xavier NX, Amlogic WeTek Core2, Aspeed EthanolX, fem nya kort baserade på NXP i.MX6, MikroTik RouterBoard 3011, Xiaomi Libra, Microsoft Lumia 950, Sony Xperia Z5, MStar, Microchip Sparx5, Intel Keem Bay, Amazon Alpine v3, Renesas RZ/G2H.

Samtidigt har den Latinamerikanska stiftelsen för fri programvara skapat
en variant ett helt fritt kärna 5.9 — Linux-libre 5.9-gnu, rengjord från firmware- och drivrutinskomponenter som innehåller icke-fri programvara eller koddela vars användningsområde är begränsat av tillverkaren. I den nya versionen har laddning av blobbar i drivrutinerna för WiFi rtw8821c och SoC MediaTek mt8183 stängts av. Koden för rengöring av blobbar i drivrutiner och subsystem Habanalabs, Wilc1000, amdgpu, mt7615, i915 CSR, Mellanox mlxsw (Spectrum3), r8169 (rtl8125b-2) och x86 touchscreen har uppdaterats.

Källa: opennet.ru