Linux 6.18: un aggiornamento per risolvere i deadlock durante la lettura di molti file da parte delle unità Systemd

L’imminente rilascio del kernel Linux 6.18 fornisce una soluzione tecnica importante per un problema che ha interessato un’ampia gamma di utenti e amministratori di sistema che utilizzano Systemd nei loro ambienti GNU/Linux. Questo aggiornamento arriva dopo diverse segnalazioni di crash gravi quando le unità Systemd leggono un gran numero di file su sistemi montati con l’opzione lazytime. In risposta a questi crash, gli sviluppatori e gli ingegneri del kernel hanno concentrato i loro sforzi sull’ottimizzazione della gestione degli inode sporchi e sulla riduzione drastica del sovraccarico della CPU causato da queste situazioni. Questo miglioramento è essenziale anche per le principali distribuzioni come Red Hat, Ubuntu, Fedora, Debian, SUSE, Arch Linux e OpenSUSE, che fanno ampio affidamento su Systemd per l’orchestrazione del sistema. Deadlock correlati a Systemd durante letture di file di grandi dimensioni: cause e meccanismi in dettaglio

I deadlock identificati in Linux 6.18 derivano dal modo in cui Systemd, il gestore di servizi predefinito in molte distribuzioni, gestisce le unità che leggono innumerevoli file su volumi montati con l’opzione lazytime abilitata. Lazytime è un’opzione di mount del file system progettata per ottimizzare le prestazioni limitando le operazioni di scrittura ai timestamp dei file (orari di accesso, modifica e cambio). Anziché scrivere immediatamente questi timestamp su disco, lazytime aggiorna solo la versione in memoria (inode in memoria). Le scritture fisiche vengono rinviate fino a un evento importante come un fsync o un’espulsione in memoria.

Il problema sorge quando Systemd gestisce attività o unità che richiedono la lettura simultanea di centinaia di migliaia, o addirittura milioni, di file. Al termine di tale unità (in particolare negli script cron o nelle attività su larga scala), la logica interna per la commutazione di questi inode sporchi da un cgroup (gruppo di controllo) al suo cgroup padre si rivela estremamente inefficiente.

Questa inefficienza deriva dal fatto che la funzione inode_do_switch_wbs()

, responsabile della commutazione di questi inode nell’elenco appropriato di inode sporchi, ha una complessità algoritmica quadratica. Ciò significa che se un cgroup deve elaborare un numero N di inode sporchi, il tempo richiesto aumenta proporzionalmente a N², un collo di bottiglia fatale nel caso di grandi volumi.

In pratica, ciò si traduce in blocchi prolungati del sistema, che possono durare diverse ore, con una CPU satura al 100%. Questi stati influiscono negativamente sulla reattività e sulla stabilità, causando talvolta interruzioni del servizio o richiedendo un riavvio manuale. Spiegazioni chiave per le cause principali: Opzione Lazytime per ridurre le scritture di metadatiSystemd esegue unità con letture di file di grandi dimensioni

Funzione inode_do_switch_wbs() con complessità quadratica

• Accumulo fino a milioni di inode sporchi che causano la saturazione della CPU
• Questo problema è stato particolarmente evidente su distribuzioni e server aziendali in cui il carico di I/O è costante, ad esempio in ambienti Red Hat Enterprise Linux o SUSE Linux Enterprise, ma anche per distribuzioni utente come Ubuntu, Fedora, Debian o Arch Linux. Questi ecosistemi si affidano fortemente a Systemd per automatizzare e controllare attività periodiche critiche.
• Scopri le nuove funzionalità e i miglioramenti apportati dall’aggiornamento Linux 6.18. Prestazioni, sicurezza e nuove funzionalità: tutto ciò che devi sapere su questa versione del kernel Linux.
• Impatto reale sugli amministratori e casi d’uso sulle principali distribuzioni
• Per un amministratore di sistema, una situazione di blocco come quella descritta può portare a:

Difficoltà nel diagnosticare le cause profonde di rallentamenti o crash

Utilizzo della CPU al 100% per diverse ore, con conseguente blocco di altri processi essenziali

Molteplici interventi manuali per ripristinare la stabilità

• Ad esempio, uno script di backup o un processo di pulizia avviato tramite Systemd su una macchina Fedora 42, che si basa in larga misura sulla lettura di vari file, potrebbe vedere le sue prestazioni drasticamente ridotte da questo problema, come osservato in alcuni feedback della community.
• Questo fenomeno è critico anche negli ambienti server basati su Debian o Ubuntu, che costituiscono gran parte delle infrastrutture open source mondiali. Supportato anche da Canonical, il problema ha avuto un impatto sulla fluidità dei servizi gestiti, portando a una forte richiesta di una correzione a livello di kernel.
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• Patch proposte da Christian Brauner e ottimizzazione approfondita del file system VFS

L’ingegnere di sistema Christian Brauner, che lavora per Microsoft ma è estremamente attivo nella comunità Linux, ha presentato un set di 12 patch che interessano il livello VFS (Virtual File System) del kernel Linux 6.18. Queste patch mirano specificamente al meccanismo di writeback coinvolto nella gestione degli inode corrotti relativi a Systemd.

Scopo delle patch:

La metodologia include:

Analisi dettagliata del comportamento degli inode sporchi con lazytime abilitato all’uscita da un cgroup

Riprogettazione della lista b_dirty utilizzata per ordinare e memorizzare gli inode write-back Miglioramenti delle prestazioni riducendo le iterazioni ridondanti

Implementazione di script di test e demo che consentono agli sviluppatori di riprodurre il problema su versioni precedenti del kernel

• I risultati attesi di queste ottimizzazioni sono spettacolari, soprattutto sulle distribuzioni in cui Systemd controlla tutti i servizi di sistema, come Fedora, OpenSUSE, Arch Linux o SUSE. Queste modifiche si inseriscono naturalmente nell’approccio generale della Linux Foundation per garantire l’affidabilità e la scalabilità dei moderni ambienti Linux. Queste patch, dopo revisione e convalida, potrebbero essere considerate un punto di svolta nella gestione dettagliata dei metadati di sistema su Linux 6.18, evitando i blocchi che hanno causato numerosi ticket sui tracker di Fedora, Debian e persino Canonical.
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• Impatti per le principali distribuzioni e la gestione dei servizi in Systemd

La correzione di questi blocchi in Systemd avrà un impatto diretto e indiretto sulle principali distribuzioni GNU/Linux utilizzate in produzione e dagli utenti domestici. In particolare:

Red Hat Enterprise Linux e Fedora:

Queste distribuzioni possono supportare meglio gli script di amministrazione tramite Systemd, migliorando l’affidabilità nelle infrastrutture cloud, host virtuali o workstation utente.

OpenSUSE e SUSE Linux Enterprise:

• traggono vantaggio da una gestione I/O ottimizzata durante le routine di lettura e scrittura intensive, in particolare su configurazioni server o workstation. Arch Linux:
• Gli utenti notano una maggiore fluidità nell’esecuzione di attività complesse, garantita da un kernel Linux più agile e ottimizzato nel suo sottosistema VFS. Questi vantaggi interessano tutti gli utenti che si affidano a Systemd, indipendentemente dalla loro distribuzione preferita. Il miglioramento delle prestazioni si traduce in una maggiore efficienza energetica, un ridotto rischio di interruzioni del sistema dovute al sovraccarico della CPU e una maggiore stabilità complessiva. Per estensione, questa correzione del kernel è un promemoria dell’importanza della collaborazione tra la comunità Linux, aziende come Canonical e Microsoft (attraverso i suoi sviluppatori) e il coordinamento da parte della Linux Foundation. È questa sinergia che consente a Linux di evolversi per rispondere alle attuali sfide dei sistemi moderni, siano essi embedded, server o desktop.
• Per approfondire questi aggiornamenti, gli appassionati possono consultare articoli specializzati che trattano le recenti versioni del kernel o le implicazioni pratiche per gli strumenti di sistema, disponibili, ad esempio, su piattaforme come Linux in Caja
• o come parte del supporto Linux per Fairphone 6

Tecniche avanzate per la diagnosi e la gestione dei problemi di dirty inode in Systemd

Per gli amministratori di sistema e gli ingegneri Linux, una profonda comprensione dei meccanismi alla base di questo aggiornamento è essenziale per anticipare e risolvere anomalie simili. Ecco alcuni metodi pratici e strumenti consigliati: Monitoraggio degli inode sporchi: Utilizzare strumenti come iotopo

pidstat

per identificare i processi che consumano molta potenza della CPU e generano writeback di grandi dimensioni.

• Esame delle opzioni di mount: Verificare la presenza dell’opzione lazytime tramite mount o cat /proc/mounts per correlare i blocchi di lettura pesanti con la configurazione del file system.
• Consultare i log di Systemd: Utilizzare journalctl , in particolare per rilevare le unità interessate da letture di grandi dimensioni seguite da deadlock. Sperimentazione in un ambiente di test: Riprodurre le condizioni utilizzando script dedicati come quelli forniti nella patch Linux 6.18, per convalidare il comportamento prima della distribuzione in produzione. Utilizzo di profili di prestazioni specifici:
• tramite strumenti come perf per tracciare con precisione i colli di bottiglia nella gestione degli inode e del writeback. Padroneggiare queste tecniche offre un innegabile vantaggio a chi desidera ottimizzare le prestazioni dei propri sistemi Linux, in particolare in contesti in cui Systemd è onnipresente. Molte distribuzioni, come la recente Fedora 42, offrono una migliore integrazione degli strumenti diagnostici per facilitare questo compito.Queste best practice integrano gli sforzi continui della comunità Linux per garantire la robustezza del sistema, garantendo al contempo la retrocompatibilità con il vasto ecosistema di applicazioni e servizi.
• Scopri tutte le nuove funzionalità e i miglioramenti apportati dall’aggiornamento Linux 6.18: prestazioni migliorate, correzioni di bug e nuove funzionalità per un’esperienza ottimizzata. Verso un futuro Linux più stabile: implicazioni e prospettive per il kernel Linux 6.18 e Systemd
• Le correzioni fornite da Linux 6.18 fanno parte di un continuo miglioramento di prestazioni e affidabilità, che soddisfa le esigenze delle infrastrutture cloud, delle workstation professionali e dell’Internet of Things. Riducendo i deadlock correlati alle letture di file di grandi dimensioni in Systemd, questa versione prepara anche il terreno per scenari più complessi e ad alto carico, comuni nell’era dei container, delle orchestrazioni Kubernetes e delle soluzioni server altamente dinamiche. Possibili prospettive di sviluppo: Ulteriore ottimizzazione della gestione dei metadati del file system Meccanismi di writeback potenziati per le operazioni asincrone

Maggiore integrazione di Systemd con i livelli del kernel per una migliore armonizzazione

Supporto esteso per le architetture hardware più recenti, in particolare Apple Silicon, in linea con progressi come il supporto per Apple A11 in Linux 6.18

Appassionati, amministratori e sviluppatori dispongono ora di una base più solida da cui distribuire i propri servizi Linux. Il percorso verso un Linux sempre più potente e stabile è quindi segnato da correzioni mirate e ottimizzazioni meccaniche approfondite, che rappresentano il punto di forza di questo ecosistema.