Какво ново идва с ядрото Linux 4.15

След два и половина месеца работа, Линус Торвалдс официално представи Linux ядрото версия 4.15.

Сред най-значимите промени можем да отбележим вградената защита от уязвимостите Meltdown и Spectre, поддръжката на процесорната архитектура RISC-V, интегрирането на DC (Display Core) слоя в драйвера amdgpu, контролера на ресурсите на процесора за cgroup2, поддръжката на технологията AMD Secure Encrypted Virtualization, оптимизация на консумираната енергия при системи със SATA ALPM, поддръжката на протокола ThunderboltIP. Премахната е звуковата подсистема OSS.

В новата версия на кернела има около 15 000 промени от 1600 програмиста, като размерът на пача е 46 MB. Промените засегнаха 13177 файла, добавени са 611097 реда сорс код, премахнати са 287446 реда код. Около 51% от всички представени в Linux Kernel 4.15 промени са промени в драйверите за хардуера, около 16% от промените имат отношение към поддръжката на новата хардуерна архитектура, 12% са свързани с мрежовия стек, 4% заемат промените по файловите системи.

В новото ядро, 11,3% от промените са на Intel, 10,7% – на AMD, 6,7% на Red Hat, 5,2% на Google, 3,6% на Linaro, 3,2% – IBM, 2,7% – Oracle, 2,2% – ARM, 2,1% – SUSE.

Основни промени, идващи с Linux 4.15

Памет и системни услуги

• Оптимизирана е консумацията на електрическа енергия при системи със SATA AHCI контролери, поддържащи функцията ALPM (Aggressive Link Power Management), вградена в процесорите на Intel с архитектура Haswell, Broadwell и Skylake. Сега времето на автономна работа с тези процесори е съществено увеличено.
• Добавен е контролер на процесорните ресурси (CPU resource controller), даващ възможност за управление на консумацията на процесорен ресурс от група задачи.
• В инфраструктурата LivePatch, предоставяща универсален API за динамично инсталиране на обновяванията за работещото ядро (без рестартиране на системата и без спиране работата на приложение), е добавен механизмът на сенчестите променливи (shadow variables), даващ възможност за добавяне на допълнителни данни в структурата на ядрото, необходими за горещото инсталиране на пачовете
• В подсистемата zRAM за съхраняване на SWAP дяла е добавена поддръжката на алгоритъма Zstd, осигуряващ едно от най-добрите съотношения ниво на компресия/производителност. Zlib алгоритъмът е премахнат.

Виртуализация и безопасност

• Появилата се в Linux 4.14 поддръжка на технологията AMD SME (Secure Memory Encryption) за автоматично криптиране и декриптиране на данните в оперативната памет сега е допълнена с поддръжката на AMD Secure Encrypted Virtualization, за криптиране на паметта на виртуалните машини.
• Добавена е поддръжката на режима User Mode Instruction Prevention (UMIP) за процесорите на Intel.
• Добавени са най-новите защити за блокиране на атаките Meltdown и Spectre с незначително забавяне на системата. За елиминиране на Meltdown (CVE-2017-5754) на x86 системите с процесори на Intel е добавена технологията PTI (Page Table Isolation). Този пач разпознава процесорите на Intel и на AMD и не оказва влияние на чиповете на AMD, понеже тяхната архитектура няма подобна уязвимост. Вградена е защита срещу Meltdown за процесорите PowerPC.
• За блокирането на втория вариант на (CVE-2017-5715) е добавен механизмът retpoline – използване на специална последователност от процесорни инструкции, изключваща спекулативното изпълнение на косвени преходи.
• Тъй като защитите внасят известно забавяне на системата, предвидени са опции за тяхното изключване, ако потребителят пожелае това. За изключването на PTI е необходимо по време на зареждане на ядрото да се добави опцията pti=off, а за изключването на retpoline – опцията spectre_v2=off.

Дискова система, вход/изход и файлови системи

• В XFS е добавена началната поддръжка за целостта на файловата система, извършен е преходът към b+tree структура, изключваща възникването на големи непрекъснати блокове и премахване на забавянето при използване на дефрагментирани участъци
• В EXT4 е подобрена мащабируемостта
• В Btrfs е добавена възможност за избор на степента на компресия
• В OverlayFS е добавена възможност за индексиране при използването на Btrfs

Мрежова система

• Добавена е поддръжката на ThunderboltIP протокола, използван за изпращане на IP пакети с помощта на интерфейс, базиран на хост-контролера Thunderbolt
• За TCP е подготвено реализирането на поредица за повторно изпращане на пакетите данни на базата на структурата RB-tree за минимизиране на забавянето при обработка на големи обеми данни (например 1 GB блокове данни по 100 Gb канали)

Поддръжка на процесорни архитектури

• Осигурена е базовата поддръжка на RISC-V, достатъчна за зареждане на ядрото. Подготвят се драйверите за различните устройства.
• За процесорите AMD Zen Ryzen, Threadripper и EPYC е осигурено коректната обработка на данните от сензорите за температура
• В кода за поддръжката на OpenRISC е добавена възможността за организиране на многопроцесорни системи.
• За ARM64 архитектурата е добавена поддръжката на SVE (Scalable Vector Extension) – разширен комплект процесорни инструкции за векторна обработка на данните, предвидени за научни изчисления

Хардуер

• В DRM драйвера AMDGPU е добавен AMD DC (Display Core) слоя за управление на изображението, необходим за осигуряване поддръжката на новото поколение графични процесори Vega и Raven, както и CIK, VI, Polaris.
• В DRM драйвера на Intel е добавена поддръжката на чиповете Coffee Lake.
• Добавена е поддръжката на ARM SoC платките Allwinner R40 (Banana Pi M2 Ultra и Berry), CubieBoard 6 (Actions S500), Qualcomm MSM8974/Snapdragon 800 (Fairphone 2), Broadcom Hurricane 2, Khadas VIM2 (Amlogic S912), NanoPi NEO Plus2, Pistachio (NXP i.MX6), Renesas R-Car V3M, Amlogic Meson-AXG A113D;
• Вече се поддържа звуковата подсистема на APU AMD Stoney Ridge и AMD Raven Ridge
• Добавена е поддръжката на SATA контролерите Cavium от пето поколение
• Реализирана е шината ac97 за автоматично откриване на AC97 устройства и чипове

Формиран е и вариант на абсолютно свободното ядро Linux 4.15 – Linux-libre 4.15-gnu, прочистено от каквито и да било елементи на фърмуер и драйвери, съдържащи несвободни софтуерни библиотеки или участъци на код.