После двух месяцев разработки Линус Торвальдс представил релиз ядра Linux 4.18. Среди наиболее заметных изменений в ядре 4.18: возможность монтирования ФС на базе FUSE непривилегированным пользователем, пакетный фильтр bpfilter, подсистема AF_XDP (eXpress Data Path), новый тип модулей ядра umh (usermode helper), device-mapper модуль writecache, поддержка SoC Qualcomm Snapdragon 845 и GPU AMD Vega 20.

В новую версию принято 13 тысяч исправлений от 1668 разработчиков, размер патча - 50 Мб (изменения затронули 12866 файлов, добавлено 521039 строк кода, удалено - 619603 строк). Около 49% всех представленных в 4.18 изменений связаны с драйверами устройств, примерно 14% изменений имеют отношение к обновлению кода специфичного для аппаратных архитектур, 13% связано с сетевым стеком, 5% - файловыми системами и 3% c внутренними подсистемами ядра. 9.5% всех исправлений подготовлено разработчиками компании Intel, 7.5% - Red Hat, 4.6% - AMD, 4.3% - IBM, 3.8% - Linaro, 3.4% - Renesas Electronics, 3.0% - Google, 2.9% - SUSE, 2.8% - Samsung, 2.2% - Mellanox, 2.1% - Huawei, 2.0% - Oracle.

Основные новшества:

• Сетевая подсистема
  • В состав ядра включен новый механизм фильтрации пакетов bpfilter, использующего предоставляемую ядром подсистему eBPF, но предлагая привычный синтаксис iptables. Bpfilter обрабатывает запросы API iptables и транслирует их в программы BPF, привязываемые к различным подсистемам. В настоящий момент в ядро добавлена только базовая инфраструктура для bpfilter, но ещё не хватает некоторых компонентов, необходимых для полноценного применения bpfilter для фильтрации пакетов;
  • В качестве сопутствующей bpfilter разработки в ядро добавлен новый тип модулей ядра umh (usermode helper), которые выполняются в пространстве пользователя и привязываются в базовым модулям, предоставляя для них вспомогательную функциональность, которую нецелесообразно или опасно выполнять c привилегиями ядра (например в модуле bpfilter.ko через них выполняется разбор и трансляция в BPF правил фильтрации). Модули umh функционируют под управлением ядра, оформляются в виде модулей ядра и загружаются через modprobe, но выполняются в пространстве пользователя с привилегиями пользовательских приложений. Взаимодействие umh-модулей с обычными модулями ядра производится с использованием неименованных каналов (unix pipe);
  • В состав ядра включена подсистема AF_XDP (eXpress Data Path), которая предоставляет средства для запуска BPF-программ на уровне сетевого драйвера, с возможностью прямого доступа к DMA-буферу пакетов, что позволяет создавать высокопроизводительные обработчики для работы в условиях большой сетевой нагрузки. В качестве примера реализованы обработчики для быстрой блокировки и перенаправления пакетов.
  • Реализована возможность чтения данных из сетевого сокета в режиме zero-copy (флаг TCP_ZEROCOPY_RECEIVEY), позволяющем организовать передачу данных по сети без промежуточного копирования данных между ядром и пространством пользователя (поддержка записи в режиме zero-copy была представлена в ядре 4.14);
  • В реализации протокола TLS на уровне ядра (KTLS) добавлена возможность задействования аппаратного ускорения операций с использовнием специализированных чипов. В настоящее время вынос связанных с работой TLS вычислений на плечи оборудования доступен только при использовании драйвера Mellanox mlx5;
  • В TCP-стек добавлена поддержка режима сжатия для выборочного подтверждения соединений (SACK), что позволяет сократить число отправляемых SACK-пакетов при перегрузке сети;
  • Добавлена возможность прикрепления BPF-программ к сокету и запуска обработчиков при вызове sendmsg(). Подобные обработчики могут применяться для выполнения таких задач, как перезапись IP-адресов в исходящих пакетах;
• Виртуализация и безопасность
  • В подсистему шифрования (crypto) добавлена поддержка шифров AEGIS и MORUS, а также алгоритма сжатия Zstandard;
  • Пользователь с правами root в пространстве имён идентификаторов пользователя (user namespaces) теперь может монтировать файловые системы, даже если у него нет на это прав вне пространства имён. При этом файловая система должна быть специально помечена для разрешения подобных операций (в настоящий момент операции разрешены только для ФС, реализуемых в пространстве пользователя при помощи модулей FUSE);
  • В модуль fscrypt, применяемый для шифрования ФС F2FS и ext4, добавлена поддержка шифров Speck128 и Speck256, разработанных Агентством национальной безопасности США. Шифры обеспечивают очень высокую производительность программной реализации, которая обгоняет AES на системах без наличия средств аппаратного ускорения AES. Использование Speck позволяет применять шифрование на маломощных устройствах, на которых применение AES не оправдано из-за больших накладных расходов;
  • Для 32-разрядной архитектуры ARM обеспечена защита от уязвимостей Spectre 1 и Spectre 2 (ранее защита от Spectre была обеспечена для архитектур x86, ARM64 и S390). Для ARM64 добавлена защита от Spectre v4.
  • Проведена работа по переводу ядра на более защищёные от переполнения буфера варианты функций распределения памяти. Например, вызовы "kmalloc(count*size, gfp_flags)" заменены на "kmalloc_array(count, size, gfp_flags)";
  • Изменены настройки для включения защиты от переполнения стека - теперь автоматически включается наиболее действенный механизм защиты, доступный для текущей конфигурации;
• Дисковая подсистема, ввод/вывод и файловые системы
  • Для Device Mapper реализован новый модуль "writecache", который может применяться для кэширования операций записи блоков на SSD-накопителях или в постоянной памяти (кэширование операций чтения не реализовано, так как такие операции и так кэшируются кэше страниц памяти в ОЗУ);
  • Обеспечена возможность применения флага IOCB_FLAG_IOPRIO для операций асинхронного ввода/вывода, позволяющего установить приоритет выполнения отдельных операций;
  • В файловой системе Btrfs обеспечена возможность удаления пустого подраздела при помощи вызова rmdir() без специальных дополнительных привилегий. Добавлены новые ioctl-команды FS_IOC_FSGETXATTR и FS_IOC_FSSETXATTR для манипуляции с различными атрибутами файла (append, immutable, noatime, nodump и sync), которые в отличие от команд GET/SETFLAGS могут выставить атрибуты на уровне отдельных inode. Также реализован набор ioctl-команд для получения непривилегированным пользователем информации о подразделах;
  • В файловой системе XFS появилась возможность смены метки для уже примонтированной ФС, добавлена поддержка резервирования пустых областей через вызов fallocate() для файлов подкачки, задействован FUA для обеспечения прямой записи данных в режиме O_DSYNC. Кроме того, началась интеграция нового инструментария для восстановления целостности ФС на лету и выполнена переработка кода growfs с целью подготовки интеграции поддержки подразделов (subvolume);
  • В файловой системе ext4 продолжена работа по чистке кода и повышению надёжности работы в условиях обработки некорректных образов ФС, специально модифицированных для вредоносных целей;
  • Из раздела "staging" удалён код кластерной файловой системы Lustre. В качестве причин упоминается отсутствие должной активности по приведению имеющегося кода к соответствию с остальным ядром, плохая адаптация кода к изменениям в VFS, а также игнорирование проблем и периодическая публикация патчей, ломающих имеющуюся функциональность;
  • В файловой системе F2FS улучшена поддержка режима "discard";
• Память и системные сервисы
  • В систему доменов управления питанием (genpd, generic power domain) добавлена поддержка уровней производительности, при помощи которых можно настраивать работу всей системы, включая периферийные устройства, для достижения требуемого баланса между потреблением энергии и производительностью;
  • В контроллер ресурсов памяти group, позволяющий управлять расходованием памяти группой задач, добавлен параметр memory.min, который в отличие от ранее доступного параметра memory.low предоставляет более надёжную гарантию предоставления минимального размера доступной для группы оперативной памяти (не отключается при срабатывании OOM killer в условиях нехватки памяти);
  • Добавлен системный вызов с реализацией перезапускаемых последовательностей (restartable sequences), позволяющих приложениям организовать неразрывное выполнение группы инструкций, не прерываемой и подтверждающей результат последней инструкцией в группе. По сути предоставляется средство для очень быстрого атомарного выполнения операций, которые в случае прерывания другим потоком очищаются и предпринимается повторная попытка выполнения. Возможность реализована для архитектур x86, ARM и PowerPC;
  • Реализован новый параметр запуска ядра no5lvl, предназначенный для отключения пятиуровневых таблиц страниц памяти, даже если оборудование обеспечивает их поддержку;
  • Из интерфейса /proc удалена статистика IPMI (по-прежнему оставлена в sysfs);
  • Добавлена новая система определения макросов для конфигурации ядра, которую можно использовать для выноса различных тестов, выполняемых на этапе сборки, из makefile в файлы Kconfig;
  • В JIT-компиляторе подсистемы eBPF реализована поддержка 32-разрядных систем x86;
• Оборудование
  • В драйвер Nouveau добавлена поддержка GPU NVIDIA Volta;
  • В DRM-драйвер AMDGPU добавлена поддержка GPU AMD Vega 20, а также GPU Kabylake-G (VEGAM - intel и radeon на одном чипе). Добавлены профили управления питанием, напряжением и частотой для GPU Vega10. Реализован режим энергосбережения gfxoff для GPU Raven;
  • В DRM-драйвере Intel включена поддержка чипов Icelake (ICL), проведён рефакторинг кода GuC/HuC и DPLL, включена поддержка NV12 и PSR/PSR2;
  • В драйвере amdkfd для dGPU (дискретные GPU, такие как Fiji, Tonga, Polaris) добавлена поддержка GPU GFX9;
  • Добавлен новый DRM-драйвер v3d для оборудования Broadcom V3D V3.x+;
  • Добавлен драйвер xen-front с реализаций графического фронтэнда для гостевых систем XEN в режиме паравиртуализации (PV);
  • Добавлена поддержка SoC Qualcomm Snapdragon 845, применяемого в новейших мобильных устройствах класса high-end;
  • Добавлена поддержка игровых контроллеров Steam от компании Valve;

Одновременно Латиноамериканский Фонд свободного ПО сформировал вариант полностью свободного ядра 4.18 - Linux-libre 4.18-gnu, очищенного от элементов прошивок и драйверов, содержащих несвободные компоненты или участки кода, область применения которых ограничена производителем. В новом выпуске представлен новый интерфейс для загрузки прошивок (firmware_reject_nowarn), не выводящий предупреждения в случае если прошивка не найдена. Добавлена чистка блобов для драйверов psp-dev и icn8505. Обновлён код чистки блобов в драйверах c3xxx, c62x, dvb-usb, dvb-usb-v2, iwlwifi, ks7010, ath10k, andgpu, i915, tg3, silead и ca0132. Прекращена чистка блобов для atom isp. Проверены ассемблерные файлы, вынесенные из основного кода amdkfd.