Die Neuerungen von Linux 3.5

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Zusammen mit neuen X-Servern wird Linux 3.5 Hybridgrafik besser unterstützten. Der neue Kernel beherrscht den von Mac bekannten "FireWire Target Disk Mode". Werkzeuge zum Performance Monitoring können jetzt auch Userspace-Software im Auge behalten.

Zwei Monaten nach Linux 3.4 haben Linux Torvalds und seine Mitstreiter jetzt die Linux-Version 3.5 fertig gestellt. Die Prime-Infrastruktur für Hybridgrafik und Uprobes zur Performance-Überwachung sind nur zwei von mehreren Neuerungen, die für Heim-PCs und professionelle System-Administrationen wichtig sind.
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Grafiktreiber[/color]

Eine Reihe von Grafiktreibern im Kernel erhielt Unterstützung für Prime. Das Framework soll den Support für zur Laufzeit zuschaltbare Grafikhardware verbessern – etwa DisplayLink-Monitore und die vor allem in Notebooks anzutreffenden Hybridgrafiktechniken. Auf den neuen Kernel-Funktionen soll der Prime-Support für den X-Server aufbauen, der bereits in eine Vorabversion des für September geplanten X-Servers 1.13 integriert wurde. Einige der im Herbst erwarteten Distributionen dürften dadurch USB-Monitore und Hybridgrafiklösungen wie Nvidias Optimus besser unterstützten; die Entwickler haben aber noch weitere Verbesserungen für Hybridgrafik auf ihrer ToDo-Liste.

Der Radeon-Treiber legt Daten jetzt anders im Videospeicher ab; das soll aus einigen GPUs der Reihen R600 bis R900 (Radeon HD 2400 bis 7670) mehr Performance herauskitzeln. Die Kernel-Entwickler haben zudem die Unterstützung für den Audio-Transport via HDMI bei neueren Radeon-GPUs erheblich ausgebaut, wodurch auch die meisten Northern-Island-GPUs (viele 6000er-Radeons) diesen nun unterstützen, wenn der Radeon-Treiber mit dem Parameter "audio" geladen wird.

Der Nouveau-Treiber in 3.5 bietet alles Nötige zur Nutzung der Hardware-Beschleunigung von Kepler-Chips, die auf vielen GeForce-Modellen der aktuellen 600er-Serie sitzen. Bis auf weiteres ist für 3D-Beschleunigung allerdings eine zusätzliche Firmware erforderlich, die man dem proprietären Treiber von Nvidia umständlich entlocken muss.

[color="#FFFF00"]Performance Monitoring[/color]

Nach jahrelanger Entwicklung und Dutzenden von Anläufen und größeren Umbauten stieß der Code für Uprobes (Userspace Probes) zum Kernel (u. a. 1, 2, 3, 4, 5), über den sich zur Laufzeit Breakpoints in den Code von Userspace-Software einfügen lassen. Diese Funktion kann man bislang nur über das Perf-Events-Subsystem des Kernels nutzen; darauf zurückgreifende Tracing-Software wie das dem Kernel beiliegende Perf oder die Version 1.8 von Systemtap sind so in der Lage, über Tracepoints in Userspace-Programmen das Laufzeitverhalten von Kernel und Anwendungen in einem Zug zu beobachten.

Bislang konnte Perf nur die Vorgänge im Kernel beobachten; Systemtap brauchte zur Beobachtung von Userspace-Software Utrace, das es nie in den offiziellen Kernel geschafft hat. Hinweise zum Praxis-Einsatz des vor langer Zeit aus Utrace hervorgegangene Uprobes liefert der Uprobes-Merge-Commit. Weitere Hintergründe liefert LWN.net in einem Artikel, der auch erläutert, wieso die Tracing-Möglichkeiten des Linux-Kernels immer noch deutlich hinter dem Funktionsumfang der Solaris-Lösung Dtrace zurückbleiben.

[color="#FFFF00"]Infrastruktur[/color]

Linux 3.5 beseitigt die Ursache des neuesten Schaltsekunden-Bugs, der zu Beginn dieses Monats viele Systeme betroffen hat. Die maßgeblich von Eric W. Biederman entwickelten "User Namespace Enhancements" sorgen für eine striktere Trennung von User- und Gruppen-IDs zwischen Host und Linux-Containern (LXC). Auch mit Root-Rechten im Container soll damit der Zugriff auf Dateien in den Verzeichnissen /proc/ und /sys/ eingeschränkt sein; darüber konnte man bislang aus einem Container heraus das Verhalten des Wirts beeinflussen.

Über den schon älteren "Seccomp Filters Mechanism" können Programme jetzt in der Syntax der Berkeley Packet Filter (BPF) Filter einrichten, die festlegen, welche System Calls ein von diesem Programm gestarteter Prozess nutzen darf (u. a.1, 2, 3, 4). Das kann etwa zur weiteren Absicherung im Rahmen von Sandbox-Lösungen interessant sein. Ein Einsatzgebiet von Seccomp ist die Virtualisierung; ein anderes sind Browser, die nicht vertrauenswürdigen Code ausführen wollen: Chrome nutzt unter anderem bei Ubuntu 12.04 Seccomp, um das Flash-Plugin zusätzlich zu sichern. Hintergründe liefern die zugehörige Dokumentation und LWN.net.

[color="#FFFF00"]Storage
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Der MD-Code beherrscht Reshaping jetzt auch bei RAID 10, sodass sich auch bei solch einem Verbund die Zahl der am RAID beteiligten Datenträger ändern lässt. Mit dem neuen FireWire Fabric Module SBP-2 kann Linux 3.5 nun zusammen mit der Target-Infrastruktur-Software von Linux-Iscsi.org (LIO) Datenträger per FireWire exportieren, sodass andere Systeme sie wie einen FireWire-Datenträger einbinden können. Mac-Anwender kennen diese Funktion als "FireWire Target Disk Mode" – Apple-Systeme beherrschen das schon seit langem.

[color="#FFFF00"]Dateisysteme[/color]

Beim weiterhin experimentellen Dateisystem Btrfs gab es eine größere Änderung am Writeback-Handling, die Latenzspitzen beseitigen soll, die gelegentlich beim Schreiben von Metadaten auftreten, wie Chris Mason in der Mail mit seinem Haupt-Git-Pull-Request für Linux 3.5 schreibt. Das Ext4-Dateisystem kann viele seiner Metadaten nun mit CRC32-Prüfsummen versehen, um Verfälschungen an den Ext4-Datenstrukturen auf der Platte zu erkennen (u. a. 1, 2, 3, 4, 5); zur Nutzung ist aber eine derzeit noch experimentelle Version der Ext-Dateisystemwerkzeuge erforderlich.

[color="#FFFF00"]Netzwerk[/color]

Zum Netzwerksubsystem stießen die Netzwerk-Paket-Scheduler "Codel" und der auf Codel-Mechanismen aufsetzende "Fair Queue Codel AQM"; beide sollen mit ihrer Arbeitsweise zur Vermeidung des "Bufferbloat"-Problems beitragen. Ein Google-Entwickler hat den TCP-Stack um eine "Early Retransmit" (ER) genannte Funktion erweitert, die die Verbindungsregeneration nach Paketverlusten beschleunigen kann, wie sie RFC 5827 beschreibt.

Der bei Linux 3.3 integrierte Teaming-Treiber beherrscht jetzt auch Load Balancing. Der R8169- Treiber für Gigabit-Ethernet-Chips von Realtek steuert nun auch die Bausteine RTL8402 und RTL8411 an. Der Treiber E1000e erhielt Code zur Unterstützung des i217-PHY, der mit Intels Lynx Point Platform Controller Hub (PCH) zusammenarbeiten sollen, der zu den 2013 erwarteten Haswell-Prozessoren gehört.

[color="#FFFF00"]Treiber[/color]

Linux 3.5 unterstützt die Asus-Soundkarte Xonar DGX und im HD-Audio-Treiber die Funktion Creative SoundCore3D. Der Plattform-Treiber für Sony-Notebooks erhielt einige Änderungen, um neuere Sony-Geräte besser zu unterstützten; durch sie soll der Treiber nun etwa die Tastatur-Beleuchtung bei den Modellen Vaio SA/SB/SC und CA/CB aktivieren können. Die Treiber für das Management Engine Interface (MEI) vieler Mainboard-Chipsätze von Intel konnten den Staging-Zweig verlassen.

[color="#FFFF00"]Summa summarum 3.5[/color]

Die Kernel-Version 3.5 bringt Verbesserungen für drei Funktionsbereiche, in denen Linux lange größere Defizite zeigte: In Zeiten von Optimus-Notebooks und USB-Monitoren ist eine saubere Basisinfrastruktur für zur Laufzeit aktivierbare Grafikhardware mehr als überfällig. Wichtig sind auch die Sicherheitsverbesserungen für Container, die den Linux Containern (LXC) vielleicht den entscheidenen Schub geben. Überfällig waren auch Funktionen zum besseren Performance Monitoring von Userspace-Software – zwar lässt Uprobes in seiner jetzigen Form noch einiges zu wünschen übrig, doch könnte es die Basis für erweiterte Tracing-Möglichkeiten legen, wie sie Dtrace bei Solaris bereits bietet.

[color="#FFFF00"]Kernel-Trends: Was 3.6 bringt[/color]

Direkt nach der Freigabe von Linux 3.5 beginnt nun das typischerweise zwei Wochen lange Merge Window, in dem die Kernel-Entwickler den Großteil der Änderungen für die nächste Linux-Version in den Hauptentwicklungszweig integrieren.

Zur Aufnahme liegt unter anderem Code bereit, durch den der Kernel PCIe-Geräte in den Tiefschlafmodus D3Cold versetzen kann – das ist der tiefste Schlafmodus von PCIe-Bausteinen, bei dem die Hauptleitungen der PCIe-Verbindungen komplett abgeschaltet werden. Einziehen soll auch ein Treiber für Realtek-WLAN-Bausteine der RT3290-Serie.

Möglicherweise geht auch der Code für IOMMU Groups und das darauf aufbauende VFIO (Virtual Function I/O) in Linux 3.6 ein. Bei Letzterem handelt es sich um eine Zusammenführung von UIO (Userspace I/O) und dem bisherigen KVM-Device-Passthrough-Code. VFIO kann Userspace-Programmen mit Hilfe von I/O-Virtualisierungstechniken wie AMD-Vi und Intels VT-d einen direkten Zugriff auf Systemgeräte ermöglichen. Dadurch soll sich Hardware vom Userspace aus mit geringer Latenz und hohem Datendurchsatz nutzen lassen; die IOMMU (Input/Output Memory Management Unit) stellt dabei sicher, das keine Arbeitsspeicherbereiche per DMA (Direct Memory Access) zugänglich sind, die nichts mit dem via VFIO genutzten Gerät zu tun haben.

Die Technik ist keineswegs mit einem Plan verbunden, Linux-Treiber generell in den Userspace zu verlagern; vielmehr ist sie vorwiegend zur Virtualisierung gedacht, um einzelne Geräte des Wirts an Gäste durchzureichen, damit diese sie mit weniger Overhead nutzen können als bisher. Einige Hintergründe liefern Artikel bei LWN.net, die Folien des LinuxTag-Vortrags "Userspace I/O and Other Recent IOMMU Developments in the Linux Kernel" von IOMMU-Maintainer Jörg Rödel und die Folien eines Vortrags, den der VFIO-Entwicklers im letzten Jahr auf der Linux Plumbers Conference (LPC) gehalten hat.

Das Kernel-Log in c't und auf heise open wird wie üblich über diese und andere Neuerungen am Linux-Kernel und in dessen Umfeld berichten. Sofern Torvalds und seine Mitstreiter im üblichen Tempo arbeiten, dürfte Linux 3.6 ungefähr Ende September erscheinen.

Der neue Kernel steht über Kernel.org zum Download bereit; in Kürze dürften auch die Spiegelserver diese Version ausliefern. Den Quellcode gibt es in Tar-Archiven, die mit Gzip, Bzip2 und XZ komprimiert wurden. Die Echtheit des Archivs lässt sich nach dem Dekomprimieren über eine Signatur-Datei prüfen:

Code

[thl@thl tmp]$ wget --quiet http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.1.tar.sign \
http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.1.tar.xz
[thl@thl tmp]$ xz -d linux-3.1.tar.xz
[thl@thl tmp]$ gpg --verify linux-3.1.tar.sign
 gpg: Unterschrift vom Mo 24 Okt 2011 09:17:58 CEST mittels RSA-Schlüssel ID 00411886
 gpg: Korrekte Unterschrift von "Linus Torvalds <[email protected]>"
 gpg: WARNUNG: Dieser Schlüssel trägt keine vertrauenswürdige Signatur!
 gpg:     Es gibt keinen Hinweis, daß die Signatur wirklich dem vorgeblichen Besitzer gehört.
 Haupt-Fingerabdruck = ABAF 11C6 5A29 70B1 30AB E3C4 79BE 3E43 0041 1886

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01.08.2012 15:52

Linux-Kernel 3.5: Bug im Grafiktreiber frisst Strom

Ein Regressions-Bug im Intel-Grafiktreiber führt dazu, dass der Linux-Kernel 3.5 mit einem bestimmten Intel-Treiber deutlich mehr Strom verbraucht als die Version 3.4.

Der Kernel-Entwickler James Bottomley hat einen Bug im Linux-Kernel 3.5 dingfest gemacht, der dazu führt, dass ein System deutlich mehr Strom verbraucht als mit dem Vorgänger-Kernel 3.4. Schuld an dieser Regression ist ein Patch für den DRM-Treiber (Direct Rendering Manager) des Intel-Grafikchips i915. Die Einführung von Locking per Semaphoren sollte eigentlich unter günstigen Umständen sogar dazu führen, dass weniger Strom vebraucht wird. Das Gegenteil war jedoch der Fall: Während das Betreiben eines X-Servers auf dem Testsystem nur eine Steigerung der Leistungsaufnahme um ein Watt auf sieben Watt zur Folge hatte, verbrauchte ein X-Server mit dem fehlerhaften Treiber mit 14 Watt mehr als das Doppelte. Nachdem nun dank Bottomleys Detektivarbeit der Schuldige gefunden ist, arbeiten die Intel-Entwickler an einem neuen Patch für ihren Patch.

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