Linux 6.18: Uma atualização para resolver deadlocks ao ler muitos arquivos por unidades Systemd

O lançamento iminente do kernel Linux 6.18 oferece uma importante correção técnica para um problema que afetou uma ampla gama de usuários e administradores de sistemas que utilizam o Systemd em seus ambientes GNU/Linux. Esta atualização ocorre após diversos relatos de travamentos graves quando unidades do Systemd liam um grande número de arquivos em sistemas montados com a opção lazytime. Em resposta a esses travamentos, os desenvolvedores e engenheiros do kernel concentraram seus esforços na otimização do tratamento de inodes sujos e na redução drástica da sobrecarga da CPU causada por essas situações. Essa melhoria também é essencial para distribuições líderes como Red Hat, Ubuntu, Fedora, Debian, SUSE, Arch Linux e OpenSUSE, que dependem fortemente do Systemd para a orquestração de seus sistemas. Deadlocks relacionados ao Systemd durante leituras massivas de arquivos: causas e mecanismos em detalhes

Os deadlocks identificados no Linux 6.18 decorrem da maneira como o Systemd, o gerenciador de serviços padrão em muitas distribuições, lida com unidades que leem inúmeros arquivos em volumes montados com a opção lazytime habilitada.

Lazytime é uma opção de montagem de sistema de arquivos projetada para otimizar o desempenho, limitando as operações de gravação a registros de data e hora de arquivo (horários de acesso, modificação e alteração). Em vez de gravar esses registros de data e hora imediatamente no disco, o Lazytime atualiza apenas a versão na memória (inode na memória). As gravações físicas são adiadas até um evento importante, como um fsync ou uma remoção na memória.

O problema surge quando o Systemd gerencia tarefas ou unidades que exigem a leitura simultânea de centenas de milhares, ou até milhões, de arquivos. Ao final de tal unidade (particularmente em scripts cron ou tarefas de grande escala), a lógica interna para alternar esses inodes sujos de um cgroup (grupo de controle) para seu cgroup pai se mostra extremamente ineficiente. Essa ineficiência decorre do fato de que a função

inode_do_switch_wbs()

, responsável por alternar esses inodes para a lista apropriada de inodes sujos, possui complexidade algorítmica quadrática. Isso significa que, se um cgroup precisa processar um número N de inodes sujos, o tempo necessário aumenta proporcionalmente a N², um gargalo fatal no caso de grandes volumes. Na prática, isso resulta em travamentos prolongados do sistema, que podem durar várias horas, com uma CPU 100% saturada. Esses estados impactam negativamente a responsividade e a estabilidade, às vezes causando interrupções no serviço ou exigindo uma reinicialização manual. Principais explicações para as principais causas:Opção Lazytime para aliviar gravações de metadados

Unidades de execução do Systemd com leituras de arquivos grandes

• Função inode_do_switch_wbs() com complexidade quadrática
• Acúmulo de até milhões de inodes sujos causando saturação da CPU
• Esse problema era particularmente perceptível em distribuições e servidores corporativos onde a carga de E/S é constante, por exemplo, em ambientes Red Hat Enterprise Linux ou SUSE Linux Enterprise, mas também em distribuições de usuários como Ubuntu, Fedora, Debian ou Arch Linux. Esses ecossistemas dependem fortemente do Systemd para automatizar e controlar tarefas periódicas críticas.
• Descubra os novos recursos e melhorias trazidos pela atualização do Linux 6.18. Desempenho, segurança e novos recursos: tudo o que você precisa saber sobre esta versão do kernel Linux.
• Impacto real em administradores e casos de uso nas principais distribuições

Para um administrador de sistemas, uma situação de bloqueio como a descrita pode levar a:

Interrupção ou atraso na execução de outras unidades dependentes do Systemd

Uso de 100% da CPU por várias horas, bloqueando outros processos essenciais

• Múltiplas intervenções manuais para restaurar a estabilidade
• Por exemplo, um script de backup ou um processo de limpeza iniciado via Systemd em uma máquina Fedora 42, que depende fortemente da leitura de vários arquivos, pode ter seu desempenho drasticamente reduzido por esse problema, conforme observado em alguns comentários da comunidade.
• Esse fenômeno também é crítico em ambientes de servidores baseados em Debian ou Ubuntu, que constituem grande parte das infraestruturas de código aberto do mundo. Também com suporte da Canonical, o problema impactou a fluidez dos serviços gerenciados, levando a uma forte necessidade de uma correção em nível de kernel.
• https://www.youtube.com/watch?v=ktyX5mfpTFk

Patches propostos por Christian Brauner e otimização profunda do sistema de arquivos VFS

O engenheiro de sistemas Christian Brauner, que trabalha para a Microsoft, mas é extremamente ativo na comunidade Linux, enviou um conjunto de 12 patches que afetam a camada VFS (Sistema de Arquivos Virtual) do kernel Linux 6.18. Esses patches visam especificamente o mecanismo de write-back envolvido no gerenciamento de inodes sujos relacionados ao Systemd.

Objetivo dos patches:

Reduza a complexidade da função inode_do_switch_wbs() otimizando o algoritmo para alternar inodes sujos de cgroups filhos para o cgroup pai. A ideia é migrar de uma abordagem ingênua com complexidade quadrática para uma abordagem mais escalável, evitando a saturação crônica da CPU.

A metodologia inclui:

Análise refinada do comportamento de inodes sujos com lazytime habilitado ao sair de um cgroup Reformulação da lista b_dirty usada para classificar e armazenar inodes de write-back

Melhorias de desempenho reduzindo iterações redundantes

• Implementação de scripts de teste e demonstração, permitindo que os desenvolvedores reproduzam o problema em versões anteriores do kernel
• Os resultados esperados dessas otimizações são espetaculares, especialmente em distribuições onde o Systemd controla todos os serviços do sistema, como Fedora, OpenSUSE, Arch Linux ou SUSE. Essas mudanças se encaixam naturalmente na abordagem geral da Linux Foundation para garantir a confiabilidade e a escalabilidade dos ambientes Linux modernos.
• Após revisão e validação, esses patches podem ser considerados um ponto de virada no gerenciamento refinado de metadados do sistema no Linux 6.18, evitando os bloqueios que causaram inúmeros tickets nos rastreadores Fedora, Debian e até mesmo da Canonical.
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Impactos para as principais distribuições e gerenciamento de serviços no Systemd

Red Hat Enterprise Linux e Fedora:

se beneficiam de melhor estabilidade de seus ambientes de nuvem e de servidores integrados, com menos risco de saturação da CPU durante operações críticas.

Debian e Ubuntu:

• Essas distribuições podem suportar melhor scripts de administração via Systemd, melhorando a confiabilidade em nuvem, host virtual ou infraestruturas de estações de trabalho de usuários. OpenSUSE e SUSE Linux Enterprise:
• beneficie-se do gerenciamento otimizado de E/S durante rotinas intensivas de leitura e gravação, especialmente em configurações de servidor ou estação de trabalho. ArchLinux:
• Os usuários perceberiam maior fluidez na execução de tarefas complexas, garantida por um kernel Linux mais ágil e otimizado em seu subsistema VFS. Esses benefícios afetam todos os usuários que dependem do Systemd, independentemente de sua distribuição preferida. O ganho de desempenho se traduz em melhor eficiência energética, menor risco de danos ao sistema devido à sobrecarga da CPU e maior estabilidade geral.
• Por extensão, este patch no kernel é um lembrete da importância da colaboração entre a comunidade Linux, empresas como Canonical, Microsoft (através de seus desenvolvedores) e coordenação da Linux Foundation. É esta sinergia que permite ao Linux evoluir para enfrentar os desafios atuais dos sistemas modernos, sejam eles embarcados, servidores ou desktops. Para se aprofundar nessas atualizações, os entusiastas poderão consultar artigos especializados que discutem versões recentes do kernel ou consequências práticas nas ferramentas do sistema, disponíveis, por exemplo, em plataformas como

Linux em Caja

Ou

como parte do suporte Linux para Fairphone 6 . Técnicas avançadas para diagnosticar e gerenciar problemas de Inodes sujos no Systemd Para administradores de sistema e engenheiros Linux, um profundo conhecimento dos mecanismos por trás desta atualização é essencial para antecipar e resolver anomalias semelhantes. Aqui estão alguns métodos práticos e ferramentas recomendadas:Monitoramento de inodes sujos:

Use ferramentas como

iotop

• ou pidstat para identificar processos que estão consumindo muita CPU e gerando grandes write-backs. Exame das opções de montagem: Verifique a presença da opção lazytime via mount
• ou cat /proc/mounts para correlacionar blocos de leitura pesados ​​com a configuração do sistema de arquivos. Consulte os logs do Systemd: Use journalctl
• , principalmente para detectar unidades afetadas por leituras pesadas seguidas de deadlocks. Experimente em um ambiente de teste: Reproduza as condições usando scripts dedicados, como os fornecidos no patch do Linux 6.18, para validar o comportamento antes da implantação em produção. Use perfis de desempenho específicos:via ferramentas como
• perf para rastrear com precisão gargalos no gerenciamento de inodes e write-backs.
• Dominar essas técnicas oferece uma vantagem inegável para aqueles que buscam otimizar o desempenho de seus sistemas Linux, especialmente em contextos onde o Systemd é onipresente. Muitas distribuições, como o recém-lançado Fedora 42, oferecem melhor integração de ferramentas de diagnóstico para facilitar essa tarefa. Essas práticas recomendadas complementam os esforços contínuos da comunidade Linux para garantir a robustez do sistema, ao mesmo tempo em que oferecem compatibilidade com versões anteriores do vasto ecossistema de aplicativos e serviços. Descubra todos os novos recursos e melhorias trazidos pela atualização do Linux 6.18: desempenho aprimorado, correções de bugs e novos recursos para uma experiência otimizada. Rumo a um Futuro Linux Mais Estável: Implicações e Perspectivas para o Kernel Linux 6.18 e o Systemd

As correções fornecidas pelo Linux 6.18 fazem parte de uma melhoria contínua em desempenho e confiabilidade, atendendo às demandas de infraestruturas em nuvem, estações de trabalho profissionais e a Internet das Coisas.

Ao reduzir os deadlocks relacionados a leituras massivas de arquivos no Systemd, esta versão também prepara o terreno para cenários mais complexos e de alta carga, comuns na era dos contêineres, orquestrações do Kubernetes e soluções de servidor altamente dinâmicas. Possíveis perspectivas de desenvolvimento:

Mecanismos de write-back reforçados para operações assíncronas

Integração mais profunda do Systemd com as camadas do kernel para melhor harmonização

Suporte expandido para arquiteturas de hardware recentes, particularmente Apple Silicon, em linha com avanços como o suporte ao Apple A11 no Linux 6.18

As iniciativas dos desenvolvedores estão em sinergia com distribuições líderes como Canonical, Red Hat, SUSE e Arch Linux, que se beneficiarão totalmente da maior estabilidade em seus próximos lançamentos. Além disso, este trabalho, apoiado pela Linux Foundation, demonstra a maturidade alcançada por projetos de código aberto na gestão de sistemas críticos.

• Entusiastas, administradores e desenvolvedores agora têm uma base mais sólida para implementar seus serviços Linux. O caminho para um Linux cada vez mais poderoso e estável é, portanto, marcado por correções direcionadas e otimizações mecânicas profundas, que são a força deste ecossistema.