Utgåvan av Linux-kärnan 6.1

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds version 6.1 av Linux-kärnan. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna finns stöd för utveckling av drivrutiner och moduler med Rust-språket, modernisering av mekanismen för att identifiera använda minnessidor, en särskild minneshanterare för BPF-program, ett system för diagnostik av minnesproblem kallat KMSAN, en skyddsmekanik för KCFI (Kernel Control-Flow Integrity) samt införandet av datastrukturen Maple tree.

I den nya versionen ingår 15115 patchar från 2139 utvecklare, patchens storlek är 51 MB, vilket är ungefär hälften av storleken på patcharna för versionerna 6.0 och 5.19. Ändringarna berör 13165 filer, 716247 rader kod har lagts till och 304560 rader har tagits bort. Ungefär 45% av alla förändringar som presenterades i 6.1 är relaterade till enhetsdrivrutiner, cirka 14% av ändringarna gäller uppdatering av kod specifik för hårdvaruarkitekturer, 14% är kopplade till nätverksstacken, 3% med filsystem och 3% med interna delsystem i kärnan.

Huvudnyheterna i kärnan 6.1:

• Minne och systemtjänster
  • Möjligheten att använda Rust-språket som ett andra språk för utveckling av drivrutiner och moduler i kärnan har lagts till. Huvudmotivet för att stödja Rust är att förenkla skapandet av säkra och kvalitativa enhetsdrivrutiner genom att minska risken för fel vid hantering av minne. Stödet för Rust är inte aktiverat som standard och gör inte att Rust inkluderas bland obligatoriska byggberoenden för kärnan. En minimal nedskuren version av patcharna, som har minskats från 40 000 till 13 000 rader kod, har hittills antagits i kärnan och erbjuder bara det nödvändiga minimumet som krävs för att bygga en enkel kärnmodul skriven i Rust. Planen är att gradvis öka den befintliga funktionaliteten genom att överföra andra ändringar från Rust-for-Linux-grenen. Samtidigt utvecklas projekt för att använda den föreslagna infrastrukturen för utveckling av drivrutiner för NVMe-lagringsenheter, nätverksprotokollet 9p och Apple M1 GPU.
  • För system baserade på AArch64, RISC-V och LoongArch med EFI har möjligheten att direktladda komprimerade kärnbilder implementerats. Hanterare för laddning, start och avlastning av kärnbilder, som kallas direkt från EFI zboot, har lagts till. Dessutom har hanterare för installation och avinstallation av protokoll i EFI-protokollsdatabasen lagts till. Tidigare utfördes uppackning av en separat bootloader, men nu kan hanteraren i själva kärnan göra detta — kärnbilden skapas som en EFI-applikation.
  • I den nya versionen ingår en del patchar med implementeringen av en flernivåmodell för minneshantering, som möjliggör uppdelning av minnesbanker med olika prestandakarakteristika. Till exempel kan de mest intensivt använda sidorna placeras i det snabbaste minnet, medan sällan använda sidor kan lagras i relativt långsamt minne. I kärnan 6.1 har en mekanism införts för att identifiera intensivt använda sidor i långsamt minne för att flytta dem till snabbt minne, samt en gemensam koncept av minnesnivåer och deras relativa prestanda har implementerats.
  • I den nya versionen ingår mekanismen MGLRU (Multi-Generational LRU), som har ersatt den gamla LRU (Least Recently Used) implementeringen baserat på två köer med en flerledad struktur, som bättre identifierar vilka minnessidor som verkligen används, och vilka som kan flyttas till bytesområdet.
  • Stöd för den databasstruktur "maple tree" föreslagen av ingenjörer från Oracle har lagts till, som positioneras som en mer effektiv ersättning för strukturen "red-black tree". Maple tree är en variant av B-tree, som stöder indexering baserat på värdeintervall och är utformad för att effektivt använda cachen. moderna processorer. Flera minneshanteringssubsystem har redan översatts till maple tree, vilket har haft en positiv inverkan på deras prestanda. I framtiden kan maple tree användas för att implementera lås baserade på intervall (range locking).
  • I BPF-systemet har möjligheten att skapa "destruktiva" BPF-program lagts till, som är särskilt utformade för att initiera nödstopp genom att anropa crash_kexec(). Sådana BPF-program kan behövas för felsökningsändamål för att initiera skapandet av en crash-dump vid en specifik tidpunkt. För att få tillgång till destruktiva operationer vid BPF-programladdning krävs att flaggan BPF_F_DESTRUCTIVE anges, sysctl kernel.destructive_bpf_enabled aktiveras och rättigheterna CAP_SYS_BOOT finns.
  • För BPF-program har möjligheten att iterera över cgroup-element och resurser (filer, vma, processer osv.) för en viss tråd eller uppgift lagts till. En ny map-typ har implementerats för att skapa användarspecifika ringbuffrar (user ring buffer).
  • Ett särskilt anrop för minnesallokering i BPF-program har lagts till, vilket ger en säkrare minnesfördelning i BPF:s kontext än den vanliga kmalloc().
  • Den första delen av förändringarna som gör det möjligt att skapa drivrutiner för inmatningsenheter med HID (Human Interface Device) har integrerats, vilket implementeras i form av BPF-program.
  • Koden för att stödja a.out-formatet har helt tagits bort från kärnan, vilket klassificerades som föråldrat i version 5.1 och stängdes av för de huvudsakliga arkitekturerna i versionerna 5.18 och 5.19. a.out-formatet används sedan länge inte på system med Linux, och generering av a.out-filer stöds inte av moderna verktyg i standardkonfigurationer för Linux. Bootloader för a.out-filer kan helt implementeras i användarutrymmet.
  • Stöd för händelsesmätningar (perf event), kexec, kdump och JIT-kompilering av BPF har implementerats för system baserade på LoongArch-instruktionsuppsättningen, som används i Loongson 3 5000-processorerna och implementerar en ny RISC ISA som liknar MIPS och RISC-V.
  • I gränssnittet för asynkron in-/utmatning io_uring har ett nytt läge IORING_SETUP_DEFER_TASKRUN föreslagits, vilket möjliggör att temporärt skjuta upp utförandet av uppgifter relaterade till ringbufferten tills en begäran från applikationen kommer in, vilket kan användas för att organisera bearbetningar i paketmode och förhindra förseningar på grund av att applikationen avbryts vid ett olämpligt tillfälle.
  • Processerna i användarutrymmet har fått möjlighet att initiera omvandlingen av området för vanliga minnessidor till en uppsättning stora minnessidor (Transparent Huge-Pages).
  • Implementeringen av enheten /dev/userfaultfd har lagts till, vilket gör det möjligt att få åtkomst till funktionaliteten hos syscalls userfaultfd() med hjälp av behörigheter i filsystemet. Funktionaliteten hos userfaultfd gör det möjligt att skapa hanterare för sidfel (page faults) i användarutrymmet.
  • Krav på versionen av GNU Make-verktyget har höjts - för att kompilera kärnan krävs nu minst version 3.82.
• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Betydande prestandaoptimeringar har gjorts i filsystemet Btrfs, bland annat har prestandan för ioctl-anropet FIEMAP ökat avsevärt. Stöd för asynkron buffrad skrivning har lagts till för applikationer som använder io_uring. Stöd för filer skyddade med fs-verity har lagts till i operationen 'send'.
  • I ext4-filsystemet har prestandaoptimeringar lagts till som rör underhåll av loggen och arbete i skrivskyddat läge.
  • I filsystemet EROFS (Enhanced Read-Only File System), avsett för användning på partitioner som är tillgängliga i skrivskyddat läge, har möjligheten att dela data som dupliceras i olika filsystem implementerats.
  • I systemanropet statx() har möjligheten att rapportera information om möjligheten till direkt I/O för en fil lagts till.
  • I FUSE (Filesystems in User Space) har stöd för skapande av temporära filer med flaggan O_TMPFILE lagts till.
• Virtualisering och säkerhet
  • Implementeringen av CFI (Control Flow Integrity)-skyddsmekanismen har ändrats. Detta lägger till en kontroll före varje indirekt funktionsanrop för att identifiera vissa former av odefinierat beteende som potentiellt kan leda till störningar i det normala utförandet (control flow) på grund av användning av exploits som ändrar de funktioner som lagras i minnet. Den standardmässiga CFI-implementeringen från LLVM-projektet har ersatts med en version som också bygger på Clang, men som är speciellt anpassad för att skydda lågnivåsystem och operativsystemkärnor. I LLVM kommer den nya implementeringen att föreslås i Clang 16-utgåvan och kommer att inkluderas med alternativet "-fsanitize=kcfi". En nyckelförändring i den nya implementeringen är att den inte är kopplad till optimeringar vid länkning (LTO) och att den inte leder till att funktionspekare ersätts med referenser i omstigningstabellen.
  • LSM-moduler (Linux Security Module) får nu möjlighet att skapa hanterare som fångar operationer vid skapande av namnrymder.
  • Möjligheter för verifiering av PKCS#7 digitala signaturer har tillhandahållits i BPF-program.
  • I /dev/random har möjligheten att öppnas i icke-blockerande läge (O_NONBLOCK) återställts, vilket oavsiktligt borttagits i kärnan 5.6.
  • För x86-system har en varning lagts till vid mappning av minnessidor av kärnsystem som samtidigt tillåter exekvering och skrivning. Framtida överväganden kan inkludera ett fullständigt förbud mot sådan minnesmappning.
  • En KMSAN (Kernel Memory Sanitizer) felsökningsmekanism har lagts till för att identifiera användning av oinitialiserat minne i kärnan samt läckor av oinitialiserat minne mellan användarutrymme och enheter.
  • Förbättringar har genomförts på den kryptografisk säkra pseudorandomtalsgeneratorn CRNG, som används vid anrop av getrandom. Ändringarna har förberetts av Jason A. Donenfeld, skaparen av WireGuard, och syftar till att öka säkerheten vid extraktion av pseudorandom hela tal. VPN I TCP-stacken har en möjlighet (inaktiverad som standard) implementerats för separat användning av hash-tabeller för varje namnrymd, vilket kan öka prestandan hos system med många namnrymder.
• Nätverkssystemet
  • I TCP-stacken har det implementerats en möjlighet (inaktiverad som standard) för separat användning av hash-tabeller för varje namnrymd, vilket kan öka prestandan hos system med många namnrymder.
  • Koden för att stödja den föråldrade DECnet-protokollet har tagits bort. För användarutrymmet har API-stubbar behållits för att möjliggöra kompilering av program som använder DECnet, men dessa program kan inte ansluta till nätverket.
  • Netlink-protokollet är dokumenterat.
• Utrustning
  • Stöd för DSC (Display Stream Compression) har lagts till i amdgpu-drivrutinen för att möjliggöra förlustfri komprimering av data vid kommunikation med skärmar som stöder mycket hög upplösning. Arbetet för att säkerställa stöd för AMD RDNA3 (RX 7000) och CDNA (Instinct) plattformar har fortsatt. Stöd för IP-komponenter DCN 3.2, SMU 13.x, NBIO 7.7, GC 11.x, PSP 13.x, SDMA 6.x och GMC 11.x har lagts till. Stöd för GFX 11.0.3 har implementerats i amdkfd-drivrutinen (för AMD diskreta GPU:er som Polaris).
  • Stöd för GPU Meteor Lake har lagts till i i915-drivrutinen (Intel). För Meteor Lake och nyare GPU:er har stöd för DP 2.0 (DisplayPort) säkerställts. Identifierare för grafikkort baserade på mikroarkitekturen Alder Lake S har lagts till.
  • Stöd för ljudsystem implementerade i Apple Silicon-processorer, Intel SkyLake och Intel KabyLake har lagts till. I ljuddrivrutinen CS35L41 HDA har stöd för viloläge implementerats. Stöd för ASoC (ALSA System on Chip) har tillkommit för inbyggda ljudchip från Apple Silicon, AMD Rembrant DSP, AMD Pink Sardine ACP 6.2, Everest ES8326, Intel Sky Lake och Kaby Lake, Mediatek MT8186, NXP i.MX8ULP DSP, Qualcomm SC8280XP, SM8250, SM8450 och Texas Instruments SRC4392.
  • Stöd för LCD-panelerna Samsung LTL101AL01, B120XAN01.0, R140NWF5 RH, Densitron DMT028VGHMCMI-1A TFT, AUO B133UAN02.1, IVO M133NW4J-R3, Innolux N120ACA-EA1, AUO B116XAK01.6, BOE NT116WHM-N21, INX N116BCA-EA2, INX N116BCN-EA1, Multi-Inno Technology MI0800FT-9 har lagts till.
  • Stöd för AHCI SATA-kontroller som används i SoC Baikal-T1 har lagts till.
  • Stöd för Bluetooth-chip MediaTek MT7921, Intel Magnetor (CNVi, Integrated Connectivity), Realtek RTL8852C, RTW8852AE och RTL8761BUV (Edimax BT-8500) har lagts till.
  • Stöd för spektral scanning i 160 MHz-bandet har lagts till i ath11k-drivrutinen för Qualcomm trådlösa moduler, flerskikts NAPI har implementerats och stöden för Wi-Fi-chip Qualcomm WCN6750 har förbättrats.
  • Drivrutiner för tangentbord till PinePhone, pekplattor InterTouch (ThinkPad P1 G3), X-Box Adaptive Controller, PhoenixRC Flight Controller, VRC-2 Car Controller, DualSense Edge Controller, kontrollpaneler från IBM (IBM Operation Panel), XBOX One Elite fjärrkontroller och tabletter XP-PEN Deco Pro S och Intuos Pro Small (PTH-460) har lagts till.
  • En drivrutin för kryptografiska acceleratorer Aspeed HACE (Hash and Crypto Engine) har lagts till.
  • Stöd för integrerade Thunderbolt/USB4 kontroller från Intel Meteor Lake har lagts till.
  • Stöd för smartphones Sony Xperia 1 IV, Samsung Galaxy E5, E7 och Grand Max, Pine64 Pinephone Pro har lagts till.
  • Stöd för ARM SoC och kort har lagts till: AMD DaytonaX, Mediatek MT8186, Rockchips RK3399 och RK3566, TI AM62A, NXP i.MX8DXL, Renesas R-Car H3Ne-1.7G, Qualcomm IPQ8064-v2.0, IPQ8062, IPQ8065, Kontron SL/BL i.MX8MM OSM-S, MT8195 (Acer Tomato), Radxa ROCK 4C+, NanoPi R4S Enterprise Edition, JetHome JetHub D1p. Drivrutiner för SoC Samsung, Mediatek, Renesas, Tegra, Qualcomm, Broadcom och NXP har uppdaterats.

Samtidigt har den latinamerikanska Fria programvarufonden skapat en version av kärnan 6.1 — Linux-libre 6.1-gnu, som är rensad från firmware- och drivrutinskomponenter som innehåller icke-fri komponenter eller kodavsnitt vars användning är begränsad av tillverkaren. I den nya utgåvan har den nya drivrutinen rtw8852b och DTS-filer för olika SoC Qualcomm och MediaTek med processorer baserade på AArch64-arkitekturen rensats. Koden för att rensa bort blobs i drivrutiner och subsystem amdgpu, i915, brcmfmac, r8188eu, rtw8852c, Intel ACPI har uppdaterats. Rensningen av föråldrade drivrutiner för tm6000 TV-kort, cpia2 v4l, sp8870, av7110 har justerats.

Källa: opennet.ru