Die Neuerungen von Linux 2.6.37

Nach knapp elf Wochen Entwicklung hat Linus Torvalds den Linux-Kernel 2.6.37 freigegeben . Die neue Version der Hauptentwicklungslinie bringt wieder zahlreiche Verbesserungen: Das Ext4-Dateisystem etwa soll in neue Leistungsdimensionen vorstoßen und bei großen Systemen zu XFS aufschließen; über neue Discard-Funktionen lassen sich langsame SSDs über freigewordenen Bereiche informieren, ohne die Performance negativ zu beeinflussen.

Zum Kernel stießen ferner erste Teile der Unterstützung zum Betrieb als Xen-Host (Dom0). LZO-Komprimierung des Hauptspeicherabbilds soll den Wechsel in den und aus dem Ruhezustand beschleunigen und nach jahrelanger Arbeit kommen fast alle Bereiche des Kernels nun ohne das Big Kernel Lock (BKL) aus.

Hunderte neuer und überarbeiteter Treiber verbessern zudem die Hardware-Unterstützung. Neu sind beispielsweise die Unterstützung für flotte USB-3.0-Datenträger mit USB Attached SCSI Protocol (UASP) sowie diverse Treiber für WLAN-Hardware von Atheros, Broadcom und Realtek. Zum Kernel stießen ferner ein Audio-Loopback-Treiber und erweiterte Funktionen für das Magic Trackpad von Apple. Zudem soll der Kernel nun auch mit Festplatten klar kommen, die mit logischen 4-KByte-Sektoren arbeiten.

Das folgende Kernel-Log bietet einen Überblick über diese und zahlreiche weitere wichtige Neuerungen von Linux 2.6.37. Sie sind auch für Linux-Anwender von Bedeutung, die ihre Kernel nicht selbst übersetzen: Zukünftige Linux-Distributionen werden auf Kernel 2.6.37 oder dessen Nachfolger aufsetzen und so dessen Verbesserungen zu den Anwendern tragen. Wie üblich wagt das Kernel-Log am Ende auch einen Ausblick auf die Neuerungen, die möglicherweise in Linux 2.6.38 einziehen.

Bye bye Big Kernel Lock

Eine Neuerung von 2.6.37 hob Linus Torvalds besonders hervor, indem er sie schon bei der ersten Vorabversion von 2.6.37 explizit erwähnte: Die Kernbereiche des Linux-Kernels sind nun nicht mehr auf das Big Kernel Lock (BKL) angewiesen. Dabei handelt es sich um eine Locking-Technik aus den Anfangszeiten der Multiprozessor-Unterstützung von Linux, die Konflikte beim gleichzeitigen Zugriff auf zentrale Datenstrukturen im Kernel vermeidet.

Diese Locking-Technik war damals vergleichsweise einfach umsetzbar, sperrt aber subsystemübergreifend. Das hat sich bei Systemen mit vielen Prozessorkernen negativ auf die Performance ausgewirkt und kann zu langen Latenzen bei Systemaufrufen führen, die nicht nur im Echtzeit-Umfeld unerwünscht sind.

In vielen Bereichen des Kernels hatten die Entwickler das Locking bereits in den letzten Jahren verfeinert. Diese letzten Schritte zur endgültigen Eliminierung des BKL sollte man daher nicht zu viel Bedeutung beimessen, wie es auch der langjährige Kernel-Hacker Andi Kleen in den Blog-Einträgen "Removing the big kernel lock. A big deal?" und "Big kernel lock semantics" andeutet.

[pagebreak Dateisysteme, Grafik]

Dateisysteme

Die neue "Lazy Inode Table Initialization" soll in Kombination mit neuen Userland-Tools das Anlegen von Ext4-Dateisystemen deutlich beschleunigen. Der Ext4-Code arbeitet enger mit dem Block Layer zusammen. Dadurch soll das Dateisystem deutlich schneller arbeiten und gerade bei großen Systemen zu XFS aufschließen – weitere Details und Hintergründe finden Sie in dem zweiten Artikel der Mini-Serie "Was 2.6.37 bringt".

Das VFS bietet nun einen "FITRIM" genannten Ioctl. Darüber können Programme wie fstrim, das bald in die Standard-Werkzeugsammlung util-linux-ng einziehen soll, den Dateisystem-Code des Kernels anweisen, nach frei gewordenen Bereichen im Dateisystem zu suchen und den Datenträger darüber zu informieren – etwa per ATA_TRIM. Weitere Hintergründe zu diesem alternativen Discard-Ansatz liefert ebenfalls der zweite Teil der "Was 2.6.37 bringt"-Serie. Dort finden sich auch einige Informationen zu den Verbesserungen an Btrfs und und dem Umbau des Cluster-Dateisystems Ceph, durch den sich nun Rados Block Devices (RDB) aufsetzen lassen, die sich ähnlich wie nbd oder iSCSI nutzen lassen.

Der CIFS-Code zum Zugriff von Samba- oder Windows-Freigaben unterstützt jetzt die Mount-Option multiuser und mfsymlinks. Mit Hilfe eines neuen Idmappers kann der NFS-Client schneller und flexibler zwischen Namen und Identifikationsnummern (IDs) für Benutzer und Gruppen übersetzen – Details zur Funktion liefert die zugehörige Dokumentation. Einen guten Überblick über die Änderungen an XFS liefert das "XFS Status Update For October 2010"

Nachdem es bereits in 2.6.36 einige Änderungen gab, die die Skalierbarkeit des VFS verbessern sollen, stießen mit 2.6.37 weitere Optimierungen mit diesem Ziel zum Kernel. Erneut blieben jedoch viele ähnlich gelagerte Änderungen außen vor, deren Aufnahme zuvor recht wahrscheinlich schien – es ist aber ziemlich sicher, dass diese bei 2.6.38 zum Kernel stoßen.

Grafik-Unterstützung

Der Nouveau-Treiber unterstützt nun den GeForce 320M und kennt einige der Power-Management-Funktionen von GeForce-Grafikchips. Deren Lüfterregelung aktiviert er aber weiterhin nicht, wodurch die Lüfter von Grafikkarten, die ihren Quirl nicht autark regeln, stetig auf Höchstgeschwindigkeit laufen.

Im Treiber für Radeon-Chips gab es einige Änderungen, welche die Performance verbessern können. Der DRM-Code für Intel-GPUs bietet nun Zugriff auf den Ring Buffer der mit Grafikchip ausgestatteten Sandy-Bridge-Prozessoren. Userspace-Code soll darüber in Zukunft die Recheneinheiten zum De- und Encodieren von Video nutzen, die in den GPUs der Anfang Januar eingeführten Intel-Prozessoren enthalten sind (1, 2). Ferner beherrscht der Intel-KMS-Treiber nun auch die Audio-Ausgabe via DisplayPort und HDMI.

Um Problemen oder Abstürzen auf den Grund zu gehen, lässt sich nun auch mit den KMS-Treibern für GeForce- und Radeon-Grafikhardware eine KDB-Debug-Shell öffnen (1, 2). Der für die Shell zuständige Code stieß bereits bei Version 2.6.36 zum Kernel, arbeitet dort aber nur mit dem Intel-KMS-Treiber zusammen.

[pagebreak Netzwerk, Staging]

Netzwerk

Zum Netzwerk-Subsystem stieß eine Kernel-Implementierung des für VPNs genutzten Point-to-Point Tunneling Protocols (PPTP); wie der Commit-Kommentar erläutert, soll sie deutlich schneller arbeiten und die CPU weniger belasten als existierende Userspace-PPTP-Stacks. Nutzen lassen sich die neuen Kernel-Funktionen mit accel-pptp.

Mit der Kernel-Version 2.6.37 haben die Entwickler den Treiber carl9170 für die WLAN-Chips AR9170 von Atheros in den Linux-Kernel integriert (u. a. 1, 2, 3, 4, 5). Diese Bausteine betreuten bislang die Treiber ar9170usb und otus. Ursprünglich hatte Ersterer den im Staging-Bereich angesiedelten Otus-Treiber ersetzen sollen, konnte jedoch bei Funktionsumfang, Geschwindigkeit, Stabilität und Qualität nie zu Otus aufschließen. Das soll Carl9170 gelungen sein, daher wurde Otus rausgeschmissen; mittelfristig dürfte ar9170usb das gleiche Schicksal ereilen.

In seinem Haupt-Git-Pull-Request lobt Netzwerk-Subsystem-Betreuer David Miller zudem zahlreiche von Eric Dumazet eingebrachte Optimierungen rund um Routing-, Neighbour- und Device Handling. Laut Tests sei das Routing dadurch nun ohne Routing Cache schneller als mit.

Staging

Einige für Netzwerk-Hardware relevante Änderungen gab es auch im Staging-Bereich, in dem Code liegt, der den Qualitätsansprüchen seiner Entwickler oder der Kernel-Hacker nicht genügt.

Der neu aufgenommene Staging-Treiber rtl8712 ersetzt den Treiber rtl8192su für USB-802.11n-Chips von Realtek. In Staging landete auch der von Broadcom selbst entwickelte Open-Source-Treiber brcm80211 für einige 802.11n-WLAN-Bausteine von Broadcom. Wie schon zur Vorstellung des Treibers im September stehen unter anderem Unterstützung für Stromspartechniken oder Datenverschlüsselung durch den WLAN-Chip noch auf der Todo-Liste. Das gilt auch für das Funken mit 40 MHz breiten Kanälen – ein optionales Feature des 802.11n-Standards, das jedoch erforderlich ist, um die maximale Brutto-Datenrate von 300 MBit/s zu erreichen.

Im Rahmen der BKL-Änderungen wurden autofs3 und smbfs in den Staging-Zweig verschoben; beide sollen vermutlich bald rausfliegen, wenn sich nicht noch jemand des Codes annimmt. Die Treiber ti-st (1, 2) und mrst-touchscreen reiften im Staging-Bereich so weit, dass sie das Unreif-Siegel mit 2.6.37 ablegen und an die richtige Stelle des Kernel-Codes verschoben wurden.

[pagebreak Storage, Virtualisierung]

Storage

Der für Schreibbarrieren zuständigen Code arbeitete nach Ansicht einiger Kernel-Hacker bislang an einigen Stellen übervorsichtig. Eine größere Umstrukturierung soll dem ein Ende machen und verlagert die Verantwortung zum Ordnen der Schreibreihenfolge größtenteils an den Dateisystemcode, was den Datendurchsatz bei bestimmten Aufgaben deutlich steigern soll. Über Control Groups (Cgroups) lässt sich nun auch der maximale Durchsatz von Datenträgern limitieren; Details liefern einige der Commit-Kommentare (1, 2, 3, 4) und die aktualisierte Dokumentation.

Das Libata-Subsystem arbeitet nun auch mit Festplatten zusammen, die nicht nur physisch, sondern auch logisch mit Sektoren arbeiten, die nicht 512 Byte groß sind; getestet hat der Entwickler den Code mit einem "Engineering Sample" eines mit 4K-Sektoren arbeitenden Datenträgers von Hitachi GST. Im SCSI-Subsystem und dem darauf aufbauenden Libata-Code gab es einige größere Änderungen, die die Locking-Mechanismen umbauen, was manche Treiber beschleunigen soll (u. a. 1, 2)

$ /sbin/modinfo e100 e1000 | grep filename:
filename:   /lib/modules/[...]/kernel/drivers/net/e100.ko
filename:   /lib/modules/[...]/kernel/drivers/net/e1000/e1000.ko

Virtualisierung

Unter den von den Xen-Entwicklern für Linux 2.6.37 beigesteuerten Änderungen war auch der "Initial Domain Support", der den Kernel um Funktionen zum Betrieb als Dom0 erweitert (u. a. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Für Xen-Anwender ist das aber fürs erste keine große Hilfe, da der Treiber zum Aufsetzen der Xen-Backends fehlt, über die die Gastsysteme auf Datenträger und Netzwerk zugreifen. Die Xen-Entwickler planen, den dafür zuständigen Code zur Aufnahme bei 2.6.38 einzusenden, sodass mit dieser Version der Dom0-Betrieb möglich sein könnte. Beim diesem und dem jetzt in den Kernel integrierten Xen-Code handelt es sich jedoch um eine abgespeckte Variante, die weniger Funktionen bietet als aktuelle Xen-Versionen oder der XenServer von Citrix.

Wie geplant hat ein VMware-Entwickler die Unterstützung für die ursprünglich von VMware propagierte Paravirtualisierungschnittstelle VMI (Virtual Machine Interface) aus dem Linux-Kernel entfernt: Der Aufwand lohne nicht nicht mehr, da sich x86-CPUs mit Virtualisierungstechniken durchsetzten und man damit bessere Performance erziele als bei voller Paravirtualisierung. Hintergründe dazu liefert ein Blog-Eintrag auf der VMware-Homepage.

[pagebreak Sonstige Treiber, Statistik]

Treiber

Der Treiber für die Magic Mouse von Apple spricht nun auch das Magic Trackpad an. Neu zum Kernel stieß der "uas" genannte Treiber für das USB Attached SCSI Protocol (UASP), das flotten Datenaustausch mit USB-3.0-Datenträgern ermöglicht, welche diese Technik beherrschen. Wie geplant haben die Kernel-Entwickler den älteren der beiden FireWire-Stacks und die darauf aufbauenden Treiber entfernt, da der neuere Stack und dessen Treiber mehr Features bieten, flotter arbeiten und sicherer sind, wie es im Commit-Kommentar heißt.

Zum Media/DVB/V4l-Subsystem stieß eine Erweiterung des Treibers cx231xx um Unterstützung für die Carraera, Shelby, RDx_253S und VIDEO_GRABBER genannte TV-Hardware. Zwischen den Änderungen an den Alsa-Sound-Treibern findet sich der neue Treiber snd-aloop. Mit ihm lassen sich "PCM Loopback Devices" aufsetzen, welche die zur Ausgabe empfangenen Daten über ein anderes Device wieder zurück an den Userspace sendet, was etwa für Synchonisations-Zwecke interessant sein kann.

Staccato

• Beim Wechsel in den Software Suspend kann der Kernel das Abbild des Arbeitsspeichers mit LZO komprimieren; das beschleunigt den Wechsel in den und aus dem Ruhezustand, da weniger Daten mit der Festplatte austauscht werden müssen.
• Das Fanotify-Schnittstelle für On-Access-Virenscanner lässt sich nun nutzen – die Kernel-Hacker hatten sie bereits für 2.6.36 integriert, dann aber kurz vor der Fertigstellung dieser Version deaktiviert, da einige Ungereimtheiten aufgetaucht waren, deren Beseitigung größere Änderungen erforderten
• Der Befehl "make xconfig" erzeugt nun ein Konfigurationsprogramm mit Qt4 statt Qt3, sofern dessen Entwicklerdateien vorliegen (1, 2).

Daten und Zahlen zu den jüngsten Versionen des Linux-Kernels

[pagebreak Fazit, Ausblick]

Summa summarum 2.6.37

Verbesserungen wie die letzten Schritte zur Eliminierung des früher hakeligen und bremsenden Big Kernel Lock oder die Verbesserungen an Ext4 dürften viele Nutzer nicht bemerken – langfristig sind solche Änderungen aber wichtig, damit Linux auf den High-End-Systemen von heute und Standard-Servern von morgen ordentlich und flott arbeitet.

Begrüßen dürften so manche auch die Grundlagen zum Betrieb als Xen-Host. Die Xen-Entwickler haben aber noch viel zu tun, bis die Xen-Unterstützung das Niveau erreicht, das kommerzielle Xen-Produkte derzeit bieten; möglicherweise hat das von vielen Kernel-Entwicklern bevorzugte KVM bis dahin Xen noch weiter verdrängt.

Endanwender dürften die vielen Neuerungen an Treiber für WLAN-, Storage- und Grafik-Hardware zu schätzen wissen. Sie zeigen aber auch, dass es noch immer viel zu tun gibt, bis der Kernel einige im Markt weit verbreitete Hardware-Komponenten von Haus aus ordentlich unterstützt.

Kernel-Trends: Was 2.6.38 bringt

Direkt nach der Freigabe von 2.6.37 beginnt nun das ungefähr zwei Wochen lange Merge Window, in dem die Kernel-Entwickler den Großteil der Änderungen für die nächste Kernel-Version in den Hauptentwicklungszweig von Linux integrieren. Für diese erste Phase im Entwicklungszyklus von 2.6.38 haben die Kernel-Hacker bereits zahlreiche Änderungen vorbereitet – darunter die im Text bereits erwähnten Patches zur Verbesserung von Performance und Skalierbarkeit des VFS.

Recht sicher ist die Aufnahme des Treibers rtl8192ce für Realtek-WLAN-Chips. Alles deutetet auch darauf hin, dass das im Rahmen von open-mesh.org entwickelte Mesh-Protokoll "Batman" (Better Approach To Mobile Ad-Hoc Networking) nach einer Reifephase im Staging-Bereich nun bei 2.6.38 in das reguläre Netzwerk-Subsystem umzieht.

Wahrscheinlich wird auch das LIO genannten Multiprotocol Storage Target von linux-iscsi.org zum Kernel stoßen. Damit dürfte das alternative und ähnlich gelagerte SCST (SCSI Target Subsystem for Linux) außen vor bleiben – einige der SCST-Entwickler hatten sich um die Aufnahme ihrer Lösung in den Kernel bemüht, konnten aber nicht überzeugen.

Noch unsicher ist, ob alle für den Xen-Dom0-Betrieb wichtigen Backends die Aufnahme bei 2.6.38 schaffen, wie es sich die Xen-Entwickler vor einigen Wochen noch erhofft haben. Recht gute Chancen auf eine Integration hat das bereits bei 2.6.37 zur Aufnahme vorgeschlagenen RAID456-Target für den Device Mapper. Sehr wahrscheinlich ist die Aufnahme der Patches, die die Reaktionsgeschwindigkeit von Desktop-Anwendungen in bestimmten Situationen deutlich steigert, indem der Kernel in bestimmten Situationen automatisch Prozess-Gruppen anlegt.

Die kommenden Tage werden zeigen, welche Verbesserungen Torvalds tatsächlich in den Hauptentwicklungszweig integriert. Wie üblich wird das Kernel-Log in c't und auf heise open über diese und andere wichtige Neuerungen am Linux-Kernel und in dessen Umfeld berichten – dazu zählen auch neue Versionen der Stable-Kernel-Series (2.6.37.y), die in den kommenden Wochen den einen oder anderen Fehler korrigieren dürften, der bei der Arbeit an 2.6.37 übersehen wurde oder nicht rechtzeitig korrigiert werden konnte.

Zudem wird sich das Kernel-Log auf heise open wie üblich im Rahmen einer Artikel-Serie mit dem Titel "Was 2.6.38 bringt" umfassend mit den Neuerungen der nächsten Kernel-Version auseinander setzen. Sofern Torvalds und seine Mitstreiter im üblichen Tempo arbeiten, dürfte der Linux-Kernel 2.6.38 etwa Ende März erscheinen; die wichtigsten Änderungen dieser Version wird dann wieder ein Kernel-Log auf heise open zusammenfassen.

Weitere Hintergründe und Informationen rund um Entwicklungen im Linux-Kernel und dessen Umfeld finden sich in den vorangegangenen Kernel-Logs auf heise open. Neue Ausgaben des Kernel-Logs werden auf den Identi.ca- und Twitter-Konten "@kernellog" erwähnt; die englischen, bei den Kollegen von "The H Open" erscheinenden Übersetzungen auf den Identi.ca- und Twitter-Konten "@kernellog2". Gelegentlich zwitschert der Autor des Kernel-Logs unabhängig davon über einige später meist auch im Kernel-Log erwähnte Themen als "@kernellogauthor" bei Identi.ca und Twitter. (thl) (thl)