Linux 6.18: Una actualización para resolver bloqueos al leer muchos archivos por unidades Systemd

El inminente lanzamiento del kernel de Linux 6.18 ofrece una importante solución técnica para un problema que ha afectado a una amplia gama de usuarios y administradores de sistemas que utilizan Systemd en sus entornos GNU/Linux. Esta actualización llega tras varios informes de fallos graves cuando las unidades Systemd leen grandes cantidades de archivos en sistemas montados con la opción lazytime. En respuesta a estos fallos, los desarrolladores e ingenieros del kernel han centrado sus esfuerzos en optimizar la gestión de inodos sucios y reducir drásticamente la sobrecarga de CPU causada por estas situaciones. Esta mejora también es esencial para distribuciones líderes como Red Hat, Ubuntu, Fedora, Debian, SUSE, Arch Linux y OpenSUSE, que dependen en gran medida de Systemd para la orquestación de sus sistemas. Bloqueos relacionados con Systemd durante lecturas masivas de archivos: Causas y mecanismos en detalle.

Los bloqueos identificados en Linux 6.18 se deben a la forma en que Systemd, el gestor de servicios predeterminado en muchas distribuciones, gestiona las unidades que leen innumerables archivos en volúmenes montados con la opción lazytime activada. Lazytime es una opción de montaje del sistema de archivos diseñada para optimizar el rendimiento al limitar las operaciones de escritura a las marcas de tiempo del archivo (horas de acceso, modificación y cambio). En lugar de escribir estas marcas de tiempo inmediatamente en el disco, Lazytime solo actualiza la versión en memoria (inodo en memoria). Las escrituras físicas se posponen hasta un evento importante, como una sincronización fsync o una expulsión en memoria.

El problema surge cuando Systemd gestiona tareas o unidades que requieren la lectura simultánea de cientos de miles, o incluso millones, de archivos. Al final de dicha unidad (especialmente en scripts de cron o tareas a gran escala), la lógica interna para transferir estos inodos dañados de un cgroup (grupo de control) a su cgroup padre resulta extremadamente ineficiente.

Esta ineficiencia se debe a que la función inode_do_switch_wbs()

, responsable de transferir estos inodos a la lista correspondiente de inodos dañados, presenta una complejidad algorítmica cuadrática. Esto significa que si un cgroup tiene que procesar N inodos dañados, el tiempo requerido aumenta proporcionalmente a N², lo que supone un cuello de botella fatal en el caso de grandes volúmenes.

En la práctica, esto provoca bloqueos prolongados del sistema, que pueden durar varias horas, con una CPU saturada al 100 %. Estos estados afectan negativamente la capacidad de respuesta y la estabilidad, provocando en ocasiones interrupciones del servicio o requiriendo un reinicio manual. Explicaciones clave de las causas principales: Opción de tiempo diferido para reducir la escritura de metadatosUnidades de ejecución de Systemd con lecturas de archivos grandes

Función inode_do_switch_wbs() con complejidad cuadrática

• Acumulación de hasta millones de inodos defectuosos que provocan saturación de la CPU
• Este problema fue especialmente evidente en distribuciones empresariales y servidores donde la carga de E/S es constante, por ejemplo, en entornos Red Hat Enterprise Linux o SUSE Linux Enterprise, pero también en distribuciones de usuario como Ubuntu, Fedora, Debian o Arch Linux. Estos ecosistemas dependen en gran medida de Systemd para automatizar y controlar tareas periódicas críticas.
• Descubra las nuevas características y mejoras que trae la actualización de Linux 6.18. Rendimiento, seguridad y nuevas características: todo lo que necesita saber sobre esta versión del kernel de Linux.
• Impacto real en administradores y casos de uso en distribuciones principales
• Para un administrador de sistemas, una situación de bloqueo como la descrita puede provocar:

Dificultad para diagnosticar las causas raíz de ralentizaciones o fallos

Uso del 100 % de la CPU durante varias horas, lo que bloquea otros procesos esenciales

Múltiples intervenciones manuales para restaurar la estabilidad

• Por ejemplo, un script de copia de seguridad o un proceso de limpieza iniciado a través de Systemd en una máquina Fedora 42, que depende en gran medida de la lectura de varios archivos, podría ver reducido drásticamente su rendimiento debido a este problema, como se observa en algunos comentarios de la comunidad.
• Este fenómeno también es crítico en entornos de servidor basados ​​en Debian o Ubuntu, que constituyen una gran parte de las infraestructuras de código abierto del mundo. Con el apoyo de Canonical, el problema afectó la fluidez de los servicios administrados, lo que provocó una fuerte necesidad de una solución a nivel de kernel.
• https://www.youtube.com/watch?v=ktyX5mfpTFk
• Parches propuestos por Christian Brauner y optimización profunda del sistema de archivos VFS

El ingeniero de sistemas Christian Brauner, quien trabaja para Microsoft pero es muy activo en la comunidad Linux, ha presentado un conjunto de 12 parches que afectan la capa VFS (Sistema de Archivos Virtual) del kernel Linux 6.18. Estos parches se enfocan específicamente en el mecanismo de escritura diferida involucrado en la gestión de inodos sucios relacionados con Systemd.

Objetivo de los parches:

La metodología incluye:

Análisis preciso del comportamiento de los inodos sucios con lazytime habilitado al salir de un cgroup

Rediseño de la lista b_dirty utilizada para ordenar y almacenar inodos de reescritura Mejoras de rendimiento mediante la reducción de iteraciones redundantes

Implementación de scripts de prueba y demostración que permiten a los desarrolladores reproducir el problema en versiones anteriores del kernel

• Los resultados esperados de estas optimizaciones son espectaculares, especialmente en distribuciones donde Systemd controla todos los servicios del sistema, como Fedora, OpenSUSE, Arch Linux o SUSE. Estos cambios se integran de forma natural en el enfoque general de la Fundación Linux para garantizar la fiabilidad y la escalabilidad de los entornos Linux modernos. Estos parches, tras su revisión y validación, podrían considerarse un punto de inflexión en la gestión precisa de los metadatos del sistema en Linux 6.18, evitando los bloqueos que causaron numerosos tickets en los rastreadores de Fedora, Debian e incluso Canonical.
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• https://www.youtube.com/watch?v=iRFIMSZSpH4
• Impactos en las principales distribuciones y la gestión de servicios en Systemd

Solucionar estos bloqueos en Systemd tendrá impactos directos e indirectos en las principales distribuciones de GNU/Linux utilizadas en producción y por usuarios domésticos. En particular:

Red Hat Enterprise Linux y Fedora:

Estas distribuciones pueden soportar mejor los scripts de administración a través de Systemd, lo que mejora la fiabilidad en infraestructuras de nube, hosts virtuales o estaciones de trabajo de usuario.

OpenSUSE y SUSE Linux Enterprise:

• Se benefician de una gestión optimizada de E/S durante rutinas intensivas de lectura y escritura, especialmente en configuraciones de servidor o estación de trabajo. Arch Linux:
• Según se informa, los usuarios notan una mayor fluidez al realizar tareas complejas, garantizada por un kernel Linux más ágil y optimizado en su subsistema VFS. Estos beneficios afectan a todos los usuarios que dependen de Systemd, independientemente de su distribución preferida. La mejora del rendimiento se traduce en una mayor eficiencia energética, un menor riesgo de interrupciones del sistema debido a la sobrecarga de la CPU y una mayor estabilidad general. Por extensión, esta corrección del kernel es un recordatorio de la importancia de la colaboración entre la comunidad Linux, empresas como Canonical y Microsoft (a través de sus desarrolladores) y la coordinación de la Fundación Linux. Es esta sinergia la que permite a Linux evolucionar para afrontar los retos actuales de los sistemas modernos, ya sean integrados, de servidor o de escritorio.
• Para profundizar en estas actualizaciones, los entusiastas pueden consultar artículos especializados sobre versiones recientes del kernel o implicaciones prácticas para las herramientas del sistema, disponibles, por ejemplo, en plataformas como Linux in Caja o como parte del soporte de Linux para Fairphone 6.
• Técnicas avanzadas para diagnosticar y gestionar problemas de inodos sucios en Systemd. Para administradores de sistemas e ingenieros de Linux, es fundamental comprender a fondo los mecanismos detrás de esta actualización para anticipar y resolver anomalías similares. A continuación, se presentan algunos métodos prácticos y herramientas recomendadas:

Monitorización de inodos dañados:

Utilice herramientas como

iotop o pidstat para identificar procesos que consumen mucha energía de la CPU y generan grandes reescrituras.Examen de las opciones de montaje:

Compruebe la presencia de la opción lazytime mediante

mount

• o cat /proc/mounts para correlacionar los bloques de lectura pesados ​​con la configuración del sistema de archivos. Consulte los registros de Systemd: Utilice journalctl
• , especialmente para detectar unidades afectadas por grandes lecturas seguidas de interbloqueos. Experimentación en un entorno de prueba: Reproduzca las condiciones mediante scripts dedicados, como los proporcionados en el parche de Linux 6.18, para validar el comportamiento antes de la implementación en producción. Uso de perfiles de rendimiento específicos: mediante herramientas como perf para rastrear con precisión los cuellos de botella en la gestión de inodos y reescrituras. Dominar estas técnicas ofrece una ventaja innegable para quienes buscan optimizar el rendimiento de sus sistemas Linux, especialmente en contextos donde Systemd es omnipresente. Muchas distribuciones, como la recientemente lanzada Fedora 42, ofrecen una mejor integración de herramientas de diagnóstico para facilitar esta tarea.
• Estas prácticas recomendadas complementan los esfuerzos continuos de la comunidad Linux por garantizar la robustez del sistema, a la vez que proporcionan retrocompatibilidad con el amplio ecosistema de aplicaciones y servicios. Descubra todas las nuevas características y mejoras que trae la actualización Linux 6.18: rendimiento mejorado, corrección de errores y nuevas funciones para una experiencia optimizada. Hacia un futuro Linux más estable: Implicaciones y perspectivas para el kernel de Linux 6.18 y SystemdLas correcciones proporcionadas por Linux 6.18 forman parte de una mejora continua del rendimiento y la fiabilidad, satisfaciendo las demandas de las infraestructuras en la nube, las estaciones de trabajo profesionales y el Internet de las Cosas.
• Al reducir los bloqueos relacionados con las lecturas masivas de archivos en Systemd, esta versión también prepara el terreno para escenarios más complejos y de alta carga, comunes en la era de los contenedores, las orquestaciones de Kubernetes y las soluciones de servidor altamente dinámicas. Posibles perspectivas de desarrollo: Mayor optimización de la gestión de metadatos del sistema de archivos
• Mecanismos de reescritura reforzados para operaciones asíncronas Integración más profunda de Systemd con las capas del kernel para una mejor armonización Compatibilidad ampliada con arquitecturas de hardware recientes, en particular Apple Silicon, en línea con avances como la compatibilidad con Apple A11 en Linux 6.18 Las iniciativas de los desarrolladores se complementan con distribuciones líderes como Canonical, Red Hat, SUSE y Arch Linux, que se beneficiarán plenamente de la mayor estabilidad en sus próximas versiones. Además, este trabajo, respaldado por la Fundación Linux, demuestra la madurez alcanzada por los proyectos de código abierto en la gestión de sistemas críticos.

Entusiastas, administradores y desarrolladores cuentan ahora con una base más sólida para implementar sus servicios Linux. El camino hacia un Linux cada vez más potente y estable está marcado por correcciones específicas y optimizaciones mecánicas exhaustivas, que constituyen la fortaleza de este ecosistema.