Utgåvan av kärnan Linux 6.12 med stöd för Real-time-läge

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds versionen av Linux-kärnan 6.12. Några av de mest framträdande förändringarna är: möjligheten att aktivera Realtime-läge, sched_ext för att skapa CPU-scheman via eBPF, QR-kodutmatning vid nödsituationer, en mekanism för Device Memory TCP, en mekanism för resursreservations SCHED_DEADLINE server, förbättringar av EEVDF-taskschemaläggaren, samt IPE-modulen för att ställa in integritetspolicys.

Den nya versionen innehåller 14607 korrigeringar från 2167 utvecklare, patchstorleken är 37 MB (förändringarna berörde 13087 filer, 507913 rader kod lades till, och 234083 rader togs bort). I föregående version var det 15130 korrigeringar från 2078 utvecklare, patchstorleken var 85 MB (i kärna 6.10 var patchen 41 MB). Ungefär 45% av alla ändringar i 6.12 är relaterade till enhetsdrivrutiner, cirka 12% av förändringarna avser uppdateringar av kod specifik för hårdvaruarkitekturer, 13% relaterar till nätverksstacken, 6% till filsystem och 3% till interna kärnsystem.

Huvudnyheterna i kärnan 6.12:

• Minne och systemtjänster
  • Möjlighet att bygga kärnan med alternativet PREEMPT_RT utan ytterligare patchar för att arbeta i realtidsläge. Den sista sak som saknades i kärnan, vilket hindrade aktivering av PREEMPT_RT-läget, var stöd för icke-blockerande atomär utmatning via funktionen printk, vilket också har tagits upp i kärnan. Stödet för PREEMPT_RT är tillgängligt för arkitekturerna x86, x86_64, ARM64 och RISC-V. Tidigare erbjöds implementationen av PREEMPT_RT i form av externa patchar, baserat på vilka vissa distributioner, såsom RHEL, SUSE och Ubuntu, skapade separata Realtime-versioner av sina produkter, efterfrågade inom områden som finansiella system, ljud- och videohantering, flygindustri, medicin, robotik, telekommunikation och industriella system där det krävs förutsägbart händelsebehandlingstid.
  • En mekanism "sched_ext" (SCX) har lagts till, som gör det möjligt att använda eBPF för att skapa CPU-scheman som täcker nästan alla aspekter av schemaläggning av uppgiftsutförande och fördelning av CPU-resurser. Sådana scheman kan laddas dynamiskt och köras inne i Linux-kärnan. en virtuell maskin eBPF. Mekanismen sched_ext förenklar skapandet av uppgiftsspecifika schemaläggare, möjliggör experimenterande med olika tekniker och strategier för schemaläggning, samt gör det möjligt att snabbt skapa fungerande prototyper och ersätta schemaläggare i realtid i arbetsinfrastrukturer. Till exempel kan en schemaläggare skapas med hjälp av sched_ext som tar hänsyn till specifika applikationsegenskaper och dynamiskt ändrar schemaläggningsstrategin för dess genomförande beroende på systemets tillstånd och andra faktorer.
  • I paketet ingår den återstående delen av patcharna som behövs för att mekanismen SCHED_DEADLINE-servern ska fungera, som löser problemet med att vanliga uppgifter inte får tillräckligt med CPU-resurser under CD-monopol av högprioriterade (realtime) uppgifter. För att förhindra monopol på CPU-användningen har kärnan tidigare använt mekanismen Realtime throttling, som försökte reservera 5 % för lågt prioriterade uppgifter, vilket lämnade 95 % av tiden för realtidsuppgifter. Denna mekanism var inte optimal, eftersom vanliga uppgifter i många situationer inte fick tillräckligt med processorstid. SCHED_DEADLINE-servern implementerar en mer effektiv resursreservationsmekanism.
  • Integrationen av uppgiftsschemaläggaren EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) är nu slutförd, vilket ersätter schemaläggaren CFS (Completely Fair Scheduler) som levererades från och med kärna 2.6.23. Den nya schemaläggaren tar vid valet av nästa process för att överföra utförandet hänsyn till processer som inte har fått tillräckligt med CPU-resurser eller som fått orättvist mycket processorstid. I det första fallet pressas kontrollen över till processen, och i det andra skjuts den upp. Den gamla CFS-schemaläggaren använde heuristik och fininställningar för att identifiera processer som krävde särskild uppmärksamhet, medan den nya schemaläggaren spårar dem mer explicit och kräver ingen fininställning. Det förväntas att EEVDF kommer att minska latensen vid utförandet av uppgifter, vilket CFS hade problem med att schemalägga.
  • I kärnans nödsituationhanterare - DRM Panic, som använder DRM (Direct Rendering Manager) för att visa en överskådlig rapport i stil med "blå skärm av död", har möjligheten att visa logotyp och QR-kod med kmsg-rapporten på skärmen vid nödsituationer lagts till. Eftersom QR-koden endast rymmer 2953 byte, finns alternativet DRM_PANIC_SCREEN_QR_CODE_URL, där kmsg-rapporten komprimeras med hjälp av zlib och bifogas som parameter till URL:en, vilket gör att ungefär 7500 byte kan överföras genom QR-kod V40. Vid paketbygge med kärnan kan distributionerna ange en grundläggande länk för URL:en, vilket gör det möjligt att organisera återkopplingen till en sida för att rapportera ett problem. För att välja QR-kodens format finns en inställning för DRM_PANIC_SCREEN_QR_VERSION.
  • Stöd för ARM POE (Permission Overlay Extension) har lagts till, vilket gör det möjligt att ställa in åtkomstbehörigheter för minnesområden. Genom denna förlängning kan system med ARM64-processorer implementera en mekanism för Memory Protection Keys, som används för att begränsa åtkomsten till minnessidor utan att ändra minnestabellerna.
  • För arkitekturerna Loongarch, ARM64, PowerPC och s390 har implementationen av systemanropet getrandom() överförts, optimerad med hjälp av mekanismen vDSO (virtual dynamic shared object), vilket gör det möjligt att flytta systemanropets hanterare från kärnan till användarutrymmet och undvika kontextbyten. Optimeringen gör det möjligt att hämta slumpmässiga tal upp till 15 gånger snabbare.
  • I io_uring-subsystemet för asynkron in- och utdata har möjligheten att använda absoluta tidsgränser lagts till, som aktiveras vid ett visst klockslag på systemklockan (tidigare kunde endast relativa tidsgränser ställas, där varaktigheten angavs från operationens början).
  • Filer för att generera bindningar för biblioteket libcpupower med hjälp av SWIG-verktyget har lagts till, vilket möjliggör skapandet av bindningar från C/C++-kod för olika programmeringsspråk. Bindningarna gör det möjligt att skapa skript i Python och andra språk, och använda dem för att utöka funktionaliteten i biblioteket libcpupower, som tillhandahåller API:er för att hantera cpufreq och drivrutiner från användarutrymmet.
  • I cpuidle-verktyget har värdet för "residency" implementerats, vilket används för realtidsystem och tar hänsyn till den minimi tid som processorn måste vara i viloläge för att motivera energikostnaden för att gå in i detta tillstånd och komma ut ur det.
  • Möjligheten att använda Clang-kompilatorn för att bygga den standard S-C-bibliotek nolibc, som ingår i källkoden till Linux-kärnan och erbjuder en avskiljning ovanför grundläggande systemanrop, har lagts till. Vid byggande av nolibc med Clang tillåts användning av optimering vid länkning (LTO).
  • Vissa cgroup1-gränssnitt har förklarats som föråldrade, såsom TCP-redovisning, den första versionen av mjuka gränser (soft limit) och hantering av uttömning av ledigt minne. Stödet för dessa funktioner kvarstår för närvarande fullt ut, och en varning har utfärdats för att undersöka antalet användare som fortsätter att använda dessa möjligheter.
  • Möjligheten att konfigurera cirkulär buffertspårning för att spara ackumulerad data efter omstart har lagts till, vilket gör att ackumulerad felsökningsinformation inte går förlorad vid omedelbar avslutning av kärnan. Data sparas i minnet. Aktivering sker via kommandoradparametern trace_instance, till exempel att ställa in "trace_instance=boot_map@0x285400000:12M" reserverar 12 MB minne vid adress 0x285400000 för bufferten "boot_map", som kommer att vara tillgänglig via filen /sys/kernel/tracing/instances/boot_map.
  • Ändringarna från Rust-for-Linux-grenen har fortsatt att implementeras, relaterat till användningen av Rust som ett sekundärt språk för att utveckla drivrutiner och kärnmoduler (stöd för Rust är inte aktiverat som standard och innebär inte att Rust blir en obligatorisk byggberoende för kärnan). Modulerna 'list' och 'rbtree' har lagts till för att hantera dubbellänkade listor och röda-svarta sökträd. Funktionerna hos modulerna 'init', 'sync', 'types' och 'error' har utvidgats. Det har blivit möjligt att använda Rust-kod vid sammanställningen av kärnan med skydd mot Spectre-attacker (alternativen MITIGATION_{RETHUNK, RETPOLINE, SLS}), användning av KASAN-felsökningssystem, kCFI (kernel Control Flow Integrity) och Shadow Call-skyddsmekanismer, samt vid användning av ytterligare GCC-plugin-moduler. En drivrutin för Ethernet-kontrollern Applied Micro QT2025 PHY, skriven i Rust, har lagts till. En separat webbplats med dokumentation har också skapats - rust.docs.kernel.org.
  • En utility, xdrgen, har lagts till i källkoden för kärnan för att omvandla XDR-specifikationer (eXternal Data Representation) till XDR-kodnings- och avkodningsfunktioner som är skrivna i C-stil, såsom det används i Linux-kärnan.
  • Ett förändring har antagits i kärnan som implementerar en mekanism för maskering av pekare för att minska antalet långsamma anrop av barrier_nospec() i den 64-bitars funktionen copy_from_user(), som används för att kopiera data till kärnan från användarutrymme. Användningen av maskering ökar hastigheten med 2.6% i testet 'per_thread_ops', vilket bedömer antalet operationer som kan utföras i en enda tråd.
  • En ny USB-drivrutin har lagts till som möjliggör användning av protokollet 9pfs som transport för att överföra och ta emot data från USB-enheten, vid montering av FS 9p ovanpå USB (t.ex. 'mount -t 9p -o trans=usbg,aname=\/path\/to\/fs \/mnt\/9'). Som ett exempel på användningen av den nya drivrutinen nämns användningen istället för NFS för att organisera laddningen av rotpartitionen vid utveckling av inbyggda enheter.
• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Det har lagts till möjlighet i VFS-underdelen att arbeta med lagringsenheter vars blockstorlek är större än storleken på minnessidan i systemet. I filsystem stöds denna funktionalitet för närvarande endast i XFS.
  • I FUSE-subsystemet, som möjliggör skapandet av filsystemimplementationer som fungerar i användarutrymme, har stöd för mappning av användaridentifierare för monterade filsystem lagts till, vilket används för att matcha filer för en viss användare på ett monterat främmande partition med en annan användare i det aktuella systemet.
  • En ny fcntl-operation F_CREATED_QUERY har implementerats, vilket ger applikationen möjlighet att avgöra om en fil som öppnades med flaggan O_CREAT skapades eller om den redan fanns innan.
  • Systemanropet name_to_handle_at() har fått möjlighet att använda unika 64-bitars identifierare för monteringspunkter för att undvika tidstävling vid analys av /proc/mountinfo.
  • Storleken på strukturen "file" i kärnan har minskats från 232 till 184 byte, vilket möjliggör en minskning av minnesanvändningen på system som aktivt arbetar med filer.
  • Montering av filsystem till monteringspunkter inom hierarkin /proc, exempelvis i /proc/PID/fd, är förbjudet eftersom det kan skapa potentiella säkerhetsproblem.
  • I pseudo-FS NSFS (NameSpace FS), som används för att arbeta med namnrymder, har implementeringen av ytterligare information om namnrymders monteringspunkter genomförts.
  • I filsystemet EROFS (Extendable Read-Only File System), avsett för användning på partitioner som är tillgängliga i skrivskyddat läge, har stöd för montering av filsystem direkt från diskavbilder som sparats som filer lagts till.
  • I XFS har nya ioctl-kommandon XFS_IOC_START_COMMIT och XFS_IOC_COMMIT_RANGE lagts till för att utbyta innehåll mellan två filer.
  • NFS har fått stöd för protokollet "LOCALIO", som gör det möjligt att avgöra om klienten och NFS finns på samma värd, för att aktivera motsvarande optimeringar. server I filsystemet Btrfs har prestandaoptimeringar föreslagits, koden har refaktorerats, låsområdet för extenter har minskats vid läsoperationer, arbetet med övergången till användning av sid-ark (page folios) har fortsatt, och automatisk minnesfrisättning för strukturen btrfs_path har implementerats.
  • I filsystemet Ext4 har fel relaterade till blockallokering, hantering av extenter, mekanismen "fast commit" och journalföring åtgärdats.
  • I filsystemet Ext4 har fel relaterade till blockallokering, hantering av extenter, mekanismen "fast commit" och journalföring åtgärdats.
• Virtualisering och säkerhet
  • Den LSM-modul IPE (Integrity Policy Enforcement) har lagts till, utvecklad av Microsoft för att utöka det befintliga systemet för mandatåtkomstkontroll. Modulen möjliggör att definiera en övergripande policy för att säkerställa integritet i hela systemet, som angiver vilka åtgärder som är tillåtna och på vilket sätt autentisering av komponenter bör verifieras. Till exempel kan man med hjälp av IPE ange vilka körbara filer som får startas med hänsyn till att de överensstämmer med referensversionen genom kryptografiska hashvärden som tillhandahålls av systemet dm-verity.
  • Vid kompileringen av kärnan har det blivit möjligt att separat aktivera tillgängliga skyddsmetoder mot olika sårbarheter av typen Spectre i CPU:n. I Kconfig föreslås nya parametrar: MITIGATE_MDS (skydd mot sårbarhet för Microarchitectural Data Sampling), MITIGATE_TAA (skydd mot sårbarhet för TSX Asynchronous Abort), MITIGATE_MMIO_STALE_DATA (skydd mot sårbarhet för MMIO Stale Data), MITIGATE_L1TF (skydd mot sårbarhet för L1 Terminal Fault), MITIGATE_RETBLEED (skydd mot sårbarhet för Retbleed), MITIGATE_SPECTRE_V1, MITIGATE_SPECTRE_V2 (skydd mot sårbarheter i Spectre), MITIGATE_SRBDS (skydd mot sårbarhet för Special Register Buffer Data Sampling), MITIGATE_SSB (skydd mot sårbarhet för Speculative Store Bypass).
  • Parametern proc_mem.force_override har lagts till i kommandoraden och en uppsättning bygginställningar i Kconfig (PROC_MEM_FORCE_ALWAYS, PROC_MEM_FORCE_PTRACE och PROC_MEM_FORCE_NEVER) som gör det möjligt att förbjuda modifiering av minne via /proc/pid/mem.
  • LSM-subsystemet (Linux security module) har övergått till att använda statiska anrop, vilket har förstärkt säkerheten och förbättrat prestandan.
  • Det har blivit möjligt att använda standardkärnor för ARM64-arkitekturen i virtuella miljöer som körs på Android-system med modifierad hypervisor KVM (protected KVM).
  • I LSM-modulen Landlock, som möjliggör att begränsa en grupp processers interaktion med omvärlden, har konceptet "IPC scoping" införts för att selektivt begränsa interaktionen med sandbox-miljöer, genom att använda Unix-sockets och signaler. Till exempel kan det vara möjligt att förbjuda etablering av anslutningar med hjälp av Unix-sockets från sandbox-miljön till processer där isolering inte tillämpas, men tillåta anslutningar till processer inom samma scope-område.
  • I hypervisorn KVM har en flagga lagts till i CPUID för gästsystem som signalerar stöd för AVX10.1-förlängningar.
• Nätverkssystemet
  • Enheten Device Memory TCP har lagts till, vilket möjliggör användning av nätverks-sockets för direktöverföring av data från periferiminne över nätverket (zero-copy-läge) och direkt placering av data från nätverkspaket i enhetens minnesområde på mottagarsidan. Data som överförs i paketen går direkt från nätverkskortet till periferienheten eller från enhetens minne till nätverkskortet, utan att passera CPU, medan pakethuvuden hamnar i vanliga kärnbuffrar.
  • Möjligheterna för flera Ethernet och trådlösa drivrutiner har utökats. Till exempel har drivrutinen Intel iwlwifi fått stöd för att flytta RLC/SMPS-operationer till firmware-sidan, drivrutinen RealTek rtw89 har förbättrad prestanda och fått stöd för chipen RTL8852BT/8852BE-VT (WiFi 6), Ethernet-drivrutinen microchip har fått stöd för specifikationerna IEEE 802.3bw (100BASE-T1) och IEEE 802.3bp, och implementeringarna av virtuella Ethernet Microsoft vNIC och IBM veth har förbättrats. Nya drivrutiner har lagts till för Ethernet-chipen Realtek RTL9054, RTL9068, RTL9072, RTL9075, RTL9068, RTL9071 och Microchip LAN8650/1 10BASE-T1S MAC-PHY.
  • I MPTCP (MultiPath TCP), en utvidgning av TCP-protokollet för att leverera TCP-paket över flera vägar samtidigt via olika nätverksgränssnitt, har storleken på de viktkoefficienter som används för routing ökat från 8 till 16 bitar. Implementering av detektering av förlorad trafik (blackhole) har genomförts, och försöken att etablera anslutningar med system som leder till trafikförlust har pausats under en period.
  • För IPv6 har stöd för flaggan "p" i PIO (Prefix Information Option) implementerats, vilket används i RA (IPv6 Router Advertisements) för att välja modell för klientdistribution genom DHCPv6-PD (DHCPv6 Prefix Delegation, RFC9663) istället för att tilldela individuella adresser baserat på prefixen, genom att använda SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration). I IPv6 IOAM6 har stöd för det nya inkapslingsläget tunsrc lagts till för att uppnå högre prestanda.
  • Prestanda för hantering av IPsec-kontrollpaket har ökat.
  • Prestandan vid rensning (flush) av stora mängder nftables-regler har förbättrats. Stödet för SCTP-protokollet har förbättrats i nfnetlink_queue.
  • I API:et ethtool har stöd för att binda flera nätverkskort till ett enda nätverksgränssnitt lagts till.
• Utrustning
  • I drivrutinen AMDGPU har arbetet fortsatt med att implementera stöd för GPU AMD RDNA4 ("GFX12"). Möjligheten att rensa specifika uppgiftköer utan att rensa hela GPU:ns tillstånd har lagts till.
  • Arbetet med drm-drivrutinen (Direct Rendering Manager) Xe för GPU:er baserade på Intel Xe-arkitekturen, som används i Intel Arc-grafikkort och integrerad grafik som börjar med Tiger Lake-processorer, har fortsatt. Den nya versionen inkluderar stöd för GPU:er baserade på mikroarkitekturerna Battlemage och Lunar Lake. Stöd för CCS-modifierare (Color Control Surface) Xe2 för att hantera inställningar för både integrerade och diskreta GPU:er har introducerats.
  • I drivrutinen i915 har möjligheten att visa hastighetsinformation för fläktar via HWMON- eller sysfs-gränssnittet (attributet 'fan1_input') implementerats. Parametern 'i915.modeset' har förklarats som utdaterad, och istället för 'i915.modeset=0' bör parametern 'i915.nomodeset' användas.
  • I DRM-drivrutinen msm (GPU Qualcomm Adreno) har stöd för GPU:erna A615, A306 och A621 lagts till.
  • I Nouveau-drivrutinen har interna strukturer omarbetats och rensats.
  • I drivrutinen intel_pstate, som hanterar energikonsumtionsparametrar (P-state) på system med Intel-processorer, har stöd för hybrida system med asymmetriska (olika specifikationer) CPU:er lagts till, liksom stöd för strömhantering för processorer baserade på mikroarkitekturerna Granite Rapids och Sierra Forest. I drivrutinen intel_idle har stöd för CPU Xeon Granite Rapids lagts till. I drivrutinen intel_rapl har möjligheten att känna igen processer från AMD:s familj 1Ah och Intel ArrowLake-U-processorer säkerställts.
  • Arbetet med att inkludera förändringar för stöd för ARM SoC Snapdragon X Elite, som använder den egna 12-kärniga Qualcomm Oryon CPU:n och Qualcomm Adreno GPU, har fortsatt. Chippet är avsett för användning i bärbara datorer och PC, och överträffar många prestandatest av Apple M3 och Intel Core Ultra 155H.
  • Stöd har lagts till för ARM-plattformar, SoC och enheter: Broadcom bcm2712 (Raspberry Pi 5), Renesas R9A09G057 (RZ/V2H), Qualcomm Snapdragon 414 (MSM8929), Lenovo ThinkPad T14s Gen 6, Lenovo A6000/A6010, Surface Laptop 7, Anbernic RG35XXSP, Firefly Core-PX30-JD4, Lunzn Fastrhino R68S, Aspeed Riser, AGX Orin, Rockchip Qnap-TS433, Huashan Pi, Meta Catalina, BeagleY-AI, NanoPi R2S Plus, ExynosAuto v920, SOPHGO SG2002, Qualcomm IPQ5332, LG G4 (h815), Cool Pi CM5 GenBook, Anbernic RG35XXSP, GameForce Ace, IBM P11, Kontron i.MX93 OSM-S, NanoPC-T6.
  • Stöd har lagts till för skärmpanelerna Anbernic RG28XX, On Tat Industrial Company KD50G21-40NT-A1, Innolux G070ACE-LH3, Melfas lmfbx101117480, Densitron DMT028VGHMCMI-1D, Microchip AC40T08A, AOU B116XTN02.3, AUO B116XAN06.1, AOU B116XAT04.1, BOE TV101WUM-LL2, BOE NV140WUM-N41, BOE NV133WUM-N63, BOE NV116WHM-A4D, BOE NE140WUM-N6G, CMN N116BCA-EA2, CMN N116BCP-EA2, CSW MNB601LS1-4, Starry er88577.
  • Ljudsystemet har fått stöd för chip och kodekar RME Digiface USB, AMD ACP 7.1, Mediatek MT6367, MT8365, Realtek RTL1320, C-Media CM9825. Gamla ljuddrivrutiner för ASoC Intel har förklarats som föråldrade och det rekommenderas att använda AVS-drivrutiner istället. Många förbättringar har införts i SoundWire-drivrutinen.

Källa: opennet.ru