Release av Linux-kärna 7.0

Efter två månaders utveckling presenterade Linus Torvalds lanseringen av kärnan Linux 7.0. Bland de mest anmärkningsvärda förändringarna: regler för användning av AI-assistenter, integration av Rust i kärnans huvudfunktioner, förbättrad prestanda för växling, aktivering av PREEMPT_LAZY-läget som standard, stöd för filter i io_uring-operationer, ny filsystem Nullfs, infrastruktur för fserror, övervakningsverktyg för XFS, stöd för ommappning i Btrfs, aktivering av NFS 4.1 som standard och integration av post-kvantum-kryptoalgoritmen ML-DSA, aktivering av AccECN i nätverksunderlaget och inledande stöd för WiFi 8.

Nummer 7.0 tilldelades eftersom det i grenen 6.x hade samlats tillräckligt med utgåvor för att byta det första numret (när version 6.0 släpptes följde den direkt efter 5.19). Bytet av numrering görs av estetiska skäl och är ett formellt steg som tar bort obehaget från att ha ett stort antal utgåvor i serien.

I den nya versionen ingår 15624 korrigeringar från 2477 utvecklare, patchens storlek är 56 MB (ändringarna berör 18053 filer, 704060 rader kod har lagts till, 278132 rader har tagits bort). I den föregående utgåvan fanns det 15657 korrigeringar från 2237 utvecklare, patchens storlek var 52 MB. Ungefär 51% av alla ändringar i 7.0 rör enhetsdrivrutiner, omkring 11% av ändringarna är relaterade till uppdatering av hårdvaruspecifik kod, 14% har att göra med nätverksstacken, 5% med filsystemen och 3% med interna kärnunderkategorier.

De viktigaste nyheterna i kärnan 7.0 (1, 2, 3):

• Disksubsystem, in- och utmatning och filsystem
  • Fserror-infrastrukturen har implementerats och ett API har lagts till för att hämta information om in-/utdatafel och metadataförlust vid filhantering. Den föreslagna infrastrukturen enhetliggör överföringen av felinformation till användarrummet genom mekanismen fsnotify i filsystemen.
  • I XFS har nya funktioner för att övervaka tillståndet hos filsystemet från användarutrymmet lagts till. En ioctl-operation, XFS_IOC_HEALTH_MONITOR, har introducerats, vilket returnerar en filbeskrivare genom vilken information om fel relaterade till skador på metadata eller in-/utmatningsfel kan erhållas, samt övervaka FS-tillstånd som avmontering och nedstängning. Dessutom har en systemd-hanterad bakgrundsprocess, xfs_healer, föreslagits, som bearbetar händelser om FS-tillstånd från användarutrymmet och vid behov automatiskt startar återställningsprocedurer.
  • Filsystemet Btrfs har fått experimentellt stöd för en struktur kallad "remap tree", som i framtiden kan användas som ett mellanlager vid in- och utmatningsoperationer. Det tillagda stödet innebär att efter att data har flyttats på lagringsenheten, istället för att uppdatera alla relaterade strukturer, sparas de gamla och nya dataadresserna i den extra strukturen "remap tree", och vid åtkomst till data maskeras adresserna. Den nya metoden presenteras som mer pålitlig och flexibel samt förenklar ytterligare funktionalitetsextensioner för Btrfs.
  • Btrfs stöder direkt in-/utmatning i situationer där blockstorleken överstiger systemets sidstorlek.
  • Den nya filsystemet "Nullfs" har lagts till, vilket kan användas som en placeholder för root-filsystemet. Nullfs är alltid tomt, innehåller inga data och stöder inga ändringar. Syftet med Nullfs är att användas som det initiala filsystemet för att förenkla systemets uppstart – ovanpå Nullfs monteras andra filsystem, och systemanropet pivot_root() används för att växla till root-filsystemet istället för att rensa innehållet i initramfs och använda det relaterade root-filsystemet.
  • Uppdatering av filers modifieringstid har implementerats i icke-blockerande läge. Tidigare returnerade anropet file_update_time_flags() med flaggan IOCB_NOWAIT ett fel "-EAGAIN", vilket förhindrade användning av direkt skrivning i icke-blockerande läge.
  • I filsystemerna har stöd för meddelandeblockeringar (lease) översatts till en separat valbar funktion. Som standard aktiveras inte denna mekanism på grund av problem med filsystemen, som ursprungligen inte var avsedda för dess användning. Till exempel stöds det inte av filsystemen 9p och cephfs.
  • I filsystemet EROFS (Extendable Read-Only File System), avsett för användning på partitioner som är tillgängliga i skrivskyddat läge, används standardmässigt LZMA-algoritmen för komprimering. Algoritmerna DEFLATE och Zstandard är nu tillgängliga som alternativ och är inte längre markerade som experimentella. Dela poster i sidcache (page-cache) har implementerats för identiska filer i separata EROFS-filsystem.
  • Läget laptop_mode, som sparar energi genom att skjuta upp och sammanfoga skrivoperationer på hårddisken för att förlänga diskens sömnperiod och minska antalet uppvaknanden, har tagits bort. Detta läge har förlorat relevans, eftersom moderna mobila enheter har hårddiskar ersatta av solid state-enheter.
  • Filsystemet F2FS har övergått till att använda stora minnessidor (large folios).
  • Arbetet med drivrutinen ntfs3, utvecklad av Paragon Software, har återupptagits. Stöd för filoperationer baserade på iomap har lagts till, alternativ som llseek SEEK_DATA/SEEK_HOLE har implementerats, och läget delalloc för fördröjd blockallokering har lagts till. Under tiden godkändes en ny implementation av NTFS — ntfsplus, utvecklad för att ersätta ntfs3, i utvecklarlistan för kärnor i februari för inkludering i en av framtida kärnversioner.
  • Som standard är version 4.1 av NFS-protokollet (CONFIG_NFS_V4_1) aktiverad vid byggnation. Exportlåsning via NFS för specialiserade pseudofilsystem, såsom pidfs och nsfs, har säkerställts. I NFSD har en experimentell möjlighet att använda POSIX ACL implementerats och stöd för dynamisk justering av trådpoolen beroende på belastning har lagts till.
• Minne och systemtjänster
  • De officiella reglerna för användning av AI-assistenter och införande av automatiskt genererat innehåll har godkänts. Vid överföring av genererad kod ska den märkas med den använda AI-assistentens namn genom taggen «Assisted-by». AI-assistenter får inte lägga till taggen «Signed-off-by» — personen som överförde patchen anses vara dess författare, bär ansvar för den överförda ändringen och garanterar dess kvalitet. Utvecklare åläggs att genomföra manuell granskning av den kod som erhållits via AI och kontrollera att resultatet uppfyller licenskraven.
  • Stödet för Rust har övergått från experimentella funktioner till kärnans huvudfunktioner. Stödet för Rust är inte aktiverat som standard och leder inte till att Rust inkluderas bland de obligatoriska byggberoenden för kärnan.
  • Integrationen av mekanismen «Swap Table» i kärnan är slutförd, vilket ökar prestandan för bytehantering. Förbättringen uppnås genom att minska konkurrensen om tillgång till bytecacheminnet, effektivare sökning i cacheminnet och minska fragmenteringen. Backenden baserad på Swap Table används för cachelagring istället för backend XArray, vilket i redis-benchmark-testet med BGSAVE ökade antalet behandlade förfrågningar med 22%.
  • Stödet för den nya utvidgningen Thread Safety Analysis i Clang 22 har lagts till, vilket möjliggör identifiering av potentiella race-tillstånd och fel orsakade av felaktig låsning vid kompilering. Utvidgningen erbjuder en serie attribut, såsom GUARDED_BY(…), REQUIRES(…), RELEASE(…) och ACQUIRE(…), som gör det möjligt att markera funktioner som skyddas av lås och skilja mellan låsens verkningsområden (definiera kontext). Vid kompilering utförs en kontroll av korrekt användning av synkroniseringsprimitiver, såsom mutexar, baserat på bedömning av aktivitet eller inaktivitet i den relaterade kontexten.
  • Flaggan OPEN_TREE_NAMESPACE har lagts till i systemanropet open_tree för att förenkla konfigurationen av isolerade containrar och snabba upp start av containrar på system med många monteringspunkter. På liknande sätt som OPEN_TREE_CLONE kopierar den nya flaggan endast den angivna monteringsstrukturträdet, men istället för en lokal filbeskrivare returnerar den en filbeskrivare i det nya namespaces för monteringspunkter där det kopierade trädet monteras ovanpå kopian av den verkliga rotfilsystemet. Flaggan OPEN_TREE_NAMESPACE efterfrågas för att undvika separat utförande av operationer som unshare(CLONE_NEWNS) och pivot_root(), som används vid skapande av containrar.
  • Systemanropet rseq har fått en mekanism för att utvidga tidskvoter (time slice), vilket möjliggör ytterligare processortid för oavbruten exekvering av kritiska sektioner. Idén är att undvika avbrott från schemaläggaren under kritiska sektioner med en aktiv lås vilket leder till överlämnande av kontroll till andra trådar som använder resursen varpå låsen fortfarande är aktiva. Utvidgningen av tidskvoten görs utan ytterligare överhead, men utan strikta garantier som erbjuds vid fullständig prioriteringsreglering.
  • För arkitekturerna arm64, loongarch, powerpc, riscv, s390 och x86 har standardpreemptionsläget i schemaläggaren ändrats från PREEMPT_NONE till PREEMPT_LAZY. Antalet tillgängliga lägen har reducerats från fyra till två — PREEMPT_FULL och PREEMPT_LAZY (lägena PREEMPT_NONE och PREEMPT_VOLUNTARY lämnas kvar endast för arkitekturer som inte stöder PREEMPT_FULL och PREEMPT_LAZY). Läget PREEMPT_LAZY tillämpar en modell för full preemption (PREEMPT_FULL) för realtime-uppgifter (RR/FIFO/DEADLINE), men fördröjer preemption av vanliga uppgifter (SCHED_NORMAL) till tickgränsen. Denna fördröjning leder till en minskning av fallen av preemption av låsinhavare, vilket möjliggör att prestationen närmar sig konfigurationer som använder modellen för frivillig preemption, dvs. PREEMPT_LAZY sparar möjligheterna för full preemption av realtime-uppgifter, men minimerar prestationsfall för vanliga uppgifter.

    Aktivering av PREEMPT_LAZY har lett till en allvarlig regression som halverar PostgreSQL-prestanda på ARM64-system. För att åtgärda prestandafallet föreslås PostgreSQL-utvecklarna att använda alternativet PR_RSEQ_SLICE_EXTENSION för att minska sannolikheten för att låsägarna trängs ut.

  • Överföringen av ändringar från Rust-for-Linux-grenen, relaterade till användning av Rust som andraspråk för utveckling av drivrutiner och kärnmoduler, fortsätter. Tack vare det tidigare integrerade biblioteket "syn", som underlättar skrivningen av komplexa makron, har storleken på Rust-koden i kärnan kunnat minskas genom att förenkla definitionerna av befintliga procedurmakron. Möjligheterna för biblioteken kernel, macros och pin-init har utökats.
  • I det asynkrona in- och utmatningssystemet io_uring har en ny funktionalitet lagts till för att använda icke-cirkulära köer (non-circular submission queue), som cachas mer effektivt i situationer där en begäran slutförs innan återkomsten från systemanropet.
  • I eBPF-subsystemet har binär sökning införts i mekanismen BTF (BPF Type Format), som tillhandahåller information för typkontroll i BPF-pseudokod, för att söka efter felsökningsinformation, vilket har ökat effektiviteten vid laddning av BPF-program. Stöd för implicita argument vid anrop av kfunc (kärnfunktioner som är tillgängliga för användning i BPF-program) har lagts till, definierade med flaggan KF_IMPLICIT_ARGS.
  • Koden för att stödja det inledande RAM-diskettprogrammet (initrd) baserat på linuxrc, som länge har utsetts som föråldrad, har tagits bort. De återstående implementeringarna av initrd planeras att tas bort år 2027. Istället för initrd bör initramfs användas (skillnaden är att initrd placerar den initiala startmiljön i en diskavbildning, medan initramfs gör det i ett filsystem).
  • I blockanordningen zram, som används för komprimerad lagring av växlingspartitioner i minnet, har logiken för hantering av komprimerade minnessidor förändrats vid valfri flytt av data till permanent lagring vid fyllning av tillgängligt arbetsminne. Tidigare packades minnessidor upp innan de skrevs till den fysiska lagringsenheten, men nu sparas de som de är i komprimerad form, vilket minskar belastningen på CPU och sparar energi vid autonom drift.
  • I verktyget timerlat, som är avsett för att mäta förseningar vid arbetet med schemaläggaren, har en alternativ "—bpf-action" lagts till för att köra BPF-program om ett definierat tröskelvärde överskrids.
  • I ftrace-systemet har inställningen "bitmask-list" lagts till för att visa bitmasker i ett läsbart format (i form av en lista av bitar, snarare än ett hexadecimalt tal). Tracefs har fått nya funktioner för granskning av filter och triggers. Kommandot "perf sched stats" har lagts till för att samla in och visa statistik om schemaläggarens verksamhet.
  • Byggalternativen LOGO_LINUX_MONO_FILE, LOGO_LINUX_VGA16_FILE och LOGO_LINUX_CLUT224_FILE har lagts till för att definiera filen med logotypbilden som kommer att visas vid kärnans boot, istället för den vanliga logotypen med pingvinen Tux.
• Virtualisering och säkerhet
  • I systemet för asynkron in-/utdata io_uring har möjligheten att koppla BPF-program med filter implementerats, som kontrollerar vad specifika SQE (Submission Queue Entry) operationer kan göra (liknande systemanrop i io_uring). Den tillagda funktionen är en motsvarighet till systemanropsfilter. Filtrena kan kopplas till specifika uppgifter och de ärver vid skapande av andra processer efter anrop av fork(). När aktiva filter finns kan de tillagda filtren endast ställa ytterligare begränsningar, men inte stänga av befintliga. Den implementerade funktionen möjliggör blockering av metoder för att kringgå systemanropsfilter i sandbox-miljöer, baserat på att utföra liknande operationer, tillhandahållna i io_uring, istället för systemanrop.
  • I SELinux har möjligheten att styra åtkomst till BPF-token lagts till, vilket tillåter oprivilegierade processer att utföra vissa privilegierade operationer med BPF, exempelvis ladda BPF-program i kärnan och skapa map-strukturer.
  • Stödet för algoritmen för digital signaturgenerering ML-DSA (CRYSTALS-Dilithium), som bygger på gitterteori och är motståndskraftig mot bruteforce-attacker med kvantdatorer, har lagts till. Möjligheten att använda ML-DSA för autentisering av kärnmoduler har tillhandahållits.
  • Möjligheten att använda signaturalgoritmer med SHA-1 för att signera kärnmoduler har tagits bort (stödet för att ladda signerade moduler kvarstår).
  • I NETFILTER_PKT-auditposten har fälten 'sport' och 'dport' lagts till för att inspektera nätverksportnummer, och inte bara. IP-adresser.
  • För system med RISC-V-arkitektur har stöd för Zicfiss- och Zicfilp-tillägg implementerats, vilket ger hårdvarumöjligheter för att tillämpa CFI (Control Flow Integrity) skydd, som blockerar störningar i den normala exekveringsordningen av instruktioner (control flow) till följd av exploateringar som ändrar funktionpekare lagrade i minnet.
  • I hypervisorn KVM har möjligheten att överföra information till gästsystem om processorns stöd för ERAPS (Enhanced Return Address Predictor Security) implementerats, vilket gör det möjligt att undvika vissa CPU-tillståndsrensningsoperationer när kontrollen återställs från gästsystemet till värden. Dessutom har stöd för att knyta utrustning för prestandabevakning (PMU, Performance Monitoring Unit) till gästsystem lagts till, vilket ökar precisionen i profileringen jämfört med användningen av emulerade PMU.
  • I drivrutinen för hypervisorn Hyper-V har stöd för debugfs-gränssnittet lagts till för att se statistiken över hypervisorns arbete.
• Nätverkssystemet
  • AccECN (Accurate Explicit Congestion Notification) tillägget har aktiverats som standard, vilket implementerar en förbättrad version av ECN-tillägget och gör det möjligt för värdar att, vid överbelastning, markera IP-paket istället för att slänga dem, vilket ger möjlighet att identifiera uppkomsten av de första tecknen på köbildning i kommunikationskanaler utan paketförlust. Den ursprungliga ECN-tillägget har en begränsning som tillåter endast en överbelastningssignal per cykel av dataöverföring (RTT, Round-Trip Time, skicka begäran och ta emot svar). AccECN tar bort denna begränsning och ger mottagaren möjlighet att skicka mer än en överbelastningsmarkering till avsändaren i TCP-paketets rubrik. Överbelastningskontrollalgoritmer kan använda den erhållna informationen för att reagera mer exakt på överbelastningar och undvika abrupta minskningar av paketöverföringsintensiteten vid mindre överbelastningar.
  • I algoritmen för hantering av nätverksköer Cake har möjligheten att hantera flera köer lagts till för att fördela belastningen över flera CPU-kärnor. CAKE-algoritmen används för att minska den negativa påverkan av paketbuffring på gränsnätverksutrustning och syftar till att uppnå maximal genomströmning och minimal fördröjning även på långsamma kommunikationskanaler.
  • I VSOCK-socketar, som används för interaktion med virtuella maskiner, har stöd för nätverksnamnrymder (network namespace) lagts till.
  • En grundläggande implementation av den framtida WiFi 8-standarden (802.11bn, Ultra High Reliability WiFi) har lagts till.
  • Optimeringar har lagts till som har ökat prestandan vid bearbetning av inkommande UDP-paket med 12% under stresstester i ett 100-gigabit-nätverk.
• Utrustning
  • I AMDGPU-drivrutinen har stöd för IP-block, som används i nya AMD GPU:er, implementerats, såsom SMUIO 15.x, PSP 15.x, IH 6.1.1/7.1, MMHUB 3.4/4.2, GC 11.5.4/12.1, SDMA 6.1.4/7.1/7.11.4 och JPEG 5.3.
  • I Nouveau-drivrutinen har frekvenshanteringen förbättrats på system med Tegra 186+.
  • I i915-drivrutinen har grundläggande stöd för display-IP-blocket Xe3p_LPD, som används i Intel Nova Lake-P-processorer, 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, har fortsatt från och med Tiger Lake-processorerna. Stödet för Multi Queue-läget har lagts till. Komponenter som behövs för att diagnostisera GPU-hängningar i Mesa har lagts till. Stöd för MERT-mekanismen för hantering av GPU-minnestillgång har lagts till.
  • Integreringen av komponenter för Nova-drivrutinen för NVIDIA GPU:er som är utrustade med GSP-firmware, som används från NVIDIA GeForce RTX 2000-serien baserad på Turing-mikroarkitekturen, har fortsatt. Drivrutinen är skriven i Rust. I den nya versionen har förberedelser gjorts för att implementera stöd för GPU:er baserade på Turing-mikroarkitekturen och olika interna förändringar har genomförts.
  • Stöd för kontroller och perifera enheter med flervägs SPI (Serial Peripheral Interface) har lagts till, vilket möjliggör överföring av data i flera parallella flöden.
  • En drivrutin för kombinerade Type-C-kontakter som används på enheter med Apple Silicon-chip och som kombinerar USB3-, DP-AltMode- och Thunderbolt/USB4-gränssnitt har lagts till.
  • Stöd för ljudsubsystemen i Tegra238, Minisforum V3 SE, iBasso DC04U, Intel Nova Lake, Nova Lake S och Focusrite Forte har lagts till.
  • Stöd har lagts till för ARM-plattformar, SoC:er och enheter: Arduino UnoQ, OrangePi 6 Plus, OrangePi CM5, Anbernic RG-DS, Realtek Kent, Qualcomm Kaanapali, Mediatek Ezurio, Facebook Anacapa, Microchip LAN9668, Khadas VIM1S, QNAP TS133, i.MX952, i.MX93, i.MX94, VHIP4 EvalBoard, TQ-Systems MBLS1028A, Agilex5, Radxa CM3J, Glymur.
  • Stöd för smartphones och surfplattor har lagts till: Fairphone Gen 6 (SoC Qualcomm Milos/Snapdragon 7s Gen 3), Pixel 3/3 xl, Microsoft Surface Pro 11.

Samtidigt har Latinamerikas stiftelse för fri programvara utvecklat en version av det helt fria kärnan 7.0 — Linux-libre 7.0-gnu, som är rensad från element av firmware och drivrutiner som innehåller icke-fria komponenter eller kodavsnitt vars användning är begränsad av tillverkaren. I version 7.0 har rengöring av blobar av drivrutinen iwlwifi genomförts. Koden för rengöring har uppdaterats i drivrutinerna amdgpu, adreno, TI PRUeth, air_en8811h, ath12k, TI VPE, rtw8852b, rt1320, rt5575 SPI, tas2783, Intel catpt. Rengöring av blobnamn i dts-filer (devicetree) för ARM-chip har genomförts.

Källa: opennet.ru