Betriebssysteme: Linux 4.14 verwaltet jetzt 128 Petabyte RAM

Linus Torvalds hat die erste Vorab-Version des Linux-Kernels 4.14 veröffentlicht und damit dessen Testphase eröffnet. Linux wird künftig bis zu 128 Petabyte virtuellen Arbeitsspeicher verwalten können. Außerdem wurde viel Code aufgeräumt und entschlackt.

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Linux 4.14 geht in die Testphase.
Linux 4.14 geht in die Testphase. (Bild: Lieutenant Philip Hall, NOAA Corps)

Mit der Veröffentlichung des ersten Release Candidates des nächsten Linux-Kernels 4.14 ist das Zeitfenster für die Einreichung neuen Codes geschlossen und die Testphase eingeleitet. Linux 4.14 wird eine Langzeitpflege (LTS) erhalten. Zu den aufregendsten Neuerungen gehört wohl die Unterstützung der sogenannten Five-Level-Table-Pages, die die virtuelle Speicherverwaltung von bis zu 128 Petabyte und 4 Petabyte physischem Arbeitsspeicher durch Prozessoren ermöglicht. Auch wenn der Kernel-Entwickler Jonathan Corbet ironisch bemerkt, mehr Speicher brauche auch in Zukunft wohl niemand, litten doch zumindest einige Supercomputer schon unter der bisherigen Begrenzung auf 256 Terabyte virtuellem und 64 Terabyte physischem Speicher.

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Nach mehreren Anläufen hat es Heterogeneous Memory Management (HMM) in den Kernel geschafft. Bislang wurde HMM mit dem proprietären Treiber von Nvidia getestet. Künftig können der freie Nvidia-Treiber Nouveau und auch AMDGPU ebenfalls von HMM profitieren. Mit HMM können wichtige Teile des Adressraumes eines Prozesses auf die Memory Management Unit (MMU) eines anderen Gerätes als der CPU gespiegelt werden. Wie bei Nvidia vorgesehen handelt es sich dabei üblicherweise um Grafikkarten, sodass Anwendungen oder Teile davon eben nicht mehr auf der CPU abgearbeitet werden, sondern direkt von den Bauteilen der Grafikkarte - also GPU und deren RAM. Jetzt können Neuerungen in C++17 oder auch OpenCL 3.0 und CUDA genutzt werden.

Mehr Speicher auch für AMDs Treiber

Noch arbeiten die AMD-Entwickler am Display-Core-Code in dem AMDGPU-Treiber, der überhaupt erst die Ausgabe auf einem an eine Vega-Karte angeschlossenen Bildschirm ermöglicht. Es gibt eine To-do-Liste, in dem AMD-Entwickler Code-Teile zusammengefasst haben, an denen sie noch arbeiten wollen. In Linux 4.14 gibt es aber Aktualisierungen für den AMDGPU-Treiber, die unter anderem die Verwendung größerer Speicherseiten vorsehen (Huge Pages). So kann die Leistung besonders bei der Verwendung des Vulkan-API erhöht werden. AMDs Treiber für APUs AMDKFU verbessert die Nutzung des Zwischenspeichers und das Kacheln von Bildern auf den AMD-Prozessoren Kaveri und Carrizo.

Der freie Nouveau-Treiber für Grafikkarten von Nvidia kann jetzt kernelgesteuerte Bildschirmauflösungen für Geforce GT 1030 setzen, allerdings noch ohne Hardwarebeschleunigung. Der für Grafikchips des Raspberry Pi zuständige VC4-Treiber beherrscht jetzt CEC (Consumer Electronics Control) über HDMI und hat weitere Optimierungen erhalten. Für den Grafikprozessor in Cannon-Lake-CPUs von Intel gibt es ebenfalls zahlreiche Patches, die Unterstützung für die Gen10 genannte GPU ist aber noch nicht vollständig.

Redundante Firmware wurde entfernt

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Firmware wird künftig ausschließlich aus dem externen Paket Linux-Firmware bezogen und nicht mehr direkt aus dem Firmware-Verzeichnis der Kernel-Quellen. Das wurde längst beschlossen und seit 2013 auch umgesetzt. Seitdem ist das redundante Firmware-Verzeichnis in dem Quellcode des Kernels verwaist und wurde jetzt auf Betreiben von Greg Kroah-Hartman entfernt. Damit wurden die Linux-Quellen um immerhin mehr als 120.000 Zeilen erleichtert.

Von den Facebook-Entwicklern kommt das Kompressionsverfahren Zstd für Dateisysteme jetzt in den Kernel, das bei Facebook schon seit längerem in Kombination mit Btrfs im Einsatz ist. Zstd verspricht eine ähnlich hohe Kompressionsrate, wie das bislang gängige Zlib, soll aber eine deutlich schnellere Kompression und Dekompression ermöglichen. Im Vergleich zu Lzo soll hingegen die Kompressionsrate von Zstd höher sein. Zstd steht im Kernel nicht nur dem Dateisystem Btrfs zur Verfügung, sondern kann dort auch mit SquashFS verwendet werden. An Btrfs wurden weitere Aufräumarbeiten vorgenommen, darunter Optimierungen an der Speicherverwaltung und der Fehlerverarbeitung.

Leistungsschub für BFQ

Ext4 erhielt wenig neuen Code, der unter anderem die Skalierung beim Allozieren von Inodes verbessert. Im Quota-Subsystem wurden Umbauten vorgenommen, die Zugriffe deutlich beschleunigen. Das Resultat: Das Anlegen einer Datei auf einem Ext4-Dateisystem mit gesetzten Quotas erfolge doppelt so schnell wie zuvor. In XFS wurden ebenfalls hauptsächlich kleinere Fehlerkorrekturen eingefügt. Der zuständige Entwickler Derrick Wong deutet an, dass es stattdessen größere Änderungen im nächste Linux-Kernel 4.15 geben wird.

Der in Linux 4.12 eingeführte Scheduler Budget Fair Queuing (BFQ) hat zahlreiche Optimierungen erhalten, die laut Entwickler einen merklichen Leistungsschub mitbringen sollen. Completely Fair Queuing (CFQ) hat ebenfalls Optimierungen und Vorarbeiten erhalten, die in einer späteren Version Multi-Pathing für NVMe ermöglichen sollen.

Linux legt Systeme besser schlafen

Die für die Verwaltung der Taktfrequenzen von Prozessoren zuständige CPU-Frequency-Governers (Cpufreq) können jetzt mehrere verschiedene CPUs ansprechen. Das soll nicht nur für eine bessere Energieverwaltung sorgen, sondern auch eine optimierte Reaktionszeit bei Änderungen der Systemlast ermöglichen. Auch der für die P-States verantwortliche Intel-Treiber erhielt Verbesserungen. Zudem soll der Linux-Kernel mehr Systeme erkennen, die den moderneren Schalfmodus Suspend-to-Idle (S2I, Modern Standby) beherrschen und ihn dann statt S3 (Suspend-to-RAM) verwenden. S2I kommt inzwischen bei modernen Notebooks zum Einsatz und lässt sie deutlich schneller aufwachen, wenn der Deckel aufgeklappt wird. Außerdem wird im Schlafzustand die Netzwerkverbindung aufrechterhalten. Das geht aber auf Kosten einer etwas höheren Leistungsaufnahme.

Das kryptografische Subsystem in Linux 4.14 unterstützt AMDs Secure Prozessor, der in Form eines Cortex-A5 in aktuellen APUs und CPUs eingebettet ist und ARMs Trustzone verwendet. Unterstützt wird RSA, XSTS-AES-128 sowie XTS-AES-256. Zudem kümmert sich der AMD Secure Prozessor um die Schlüsselverwaltung und kann das in Linux 4.12 eingeführte Trusted Execution Enviroment (TEE) ansprechen. Auch die mit AMDs neuen EPYC-CPUs eingeführte Unterstützung zur Verschlüsselung des Arbeitsspeichers namens Secure Memory Encryption setzt Linux 4.14 jetzt um.

Bleibt es bei der üblichen sechswöchigen Testphase, wird die finale Version von Linux 4.14 Ende Oktober 2017 freigegeben. Die aktuelle Testversion kann unter kernel.org heruntergeladen werden.

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