Alibaba Cloud Linux 2 開源後又有什麼新動作？

2019 年 4 月，Alibaba Cloud Linux 2（Aliyun Linux 2）正式開源。時至今日，已經走過三個月的里程。在這段時間內，這個剛誕生不久的為阿里雲 ECS 環境定製優化的 Linux 作業系統發行版的裝機量穩步上升。

本文將重點介紹 Alibaba Cloud Linux 2 的特性更新及開發過程中的決策過程與質量保證細節。

1. 開源與背景 

2019 年 4 月正式對外開源的 Alibaba Cloud Linux 2 是下一代 Alibaba Cloud Linux （官網產品名 Aliyun Linux）作業系統發行版，以 CentOS 7、社群長期支援版（LTS）核心、其他社群版使用者態軟體及阿里巴巴多個開源內部產品等多個來源為上游，為雲上應用程式環境提供 Linux 社群的最新增強功能，在提供雲上最佳使用者體驗的同時，也針對阿里雲基礎設施做了深度的優化和定製。 

Alibaba Cloud Linux 2 開源的重要亮點是自帶的阿里雲雲核心（Cloud Kernel），同時也是開放在 GitHub 上的 Alibaba Cloud Linux Kernel 專案，它是開發團隊全體成員傾力打造的一款核心產品，旨在將阿里巴巴作業系統團隊多年技術積累分享給社群，也歡迎志同道合的開發者一同參與核心開發協作，共同創造更加有益的價值。 

開源歷史

Alibaba Cloud Linux 2 的開發團隊是阿里巴巴作業系統團隊，前身是淘寶核心組，團隊成員大多是活躍在核心社群的開發者，九年來積累了深厚的作業系統和核心開發底蘊。

Alibaba Cloud Linux 產品是阿里技術商業化和開源思想完美結合的範例。在阿里雲 ECS 產品中作為官方映象之一，Alibaba Cloud Linux 與 CentOS、Ubuntu 等社群發行版一同作為選項提供給客戶，併為 ECS 環境定製了多項特性和效能優化；不僅如此，Alibaba Cloud Linux 更天生帶著開源的基因。開放原始碼是一種共享的黑客精神，從開放原始碼運動誕生至今，無數優秀的開源產品給數以百萬計的軟硬體產品和雲產品提供了強大的基礎系統底座支撐。站在這些巨人的肩膀上，我們繼承開源的精神，創造了 Alibaba Cloud Linux 產品，現在，又推出了 Alibaba Cloud Linux 2 作業系統發行版，並以相同協議開源，將我們的工作成果回饋到社群。 

1. 2017 年，基於 CentOS 7.3 原始碼重新制作的 Aliyun Linux 17.01 上線，定製提供了較新的 4.4 版本核心，並完成整個作業系統發行版開源；

2. 2018 年 10 月， Alibaba Cloud Linux 2 專案需求評審啟動，11 月專案正式立項；

3. 2019 年 3 月 1 日， Alibaba Cloud Linux 2 Beta 釋出，邀請天使客戶參與公測；

4. 2019 年 4 月 2 日， Alibaba Cloud Linux 2 GA 正式釋出，在 ECS 公有云產品官方映象列表上架；

5. 同時， Alibaba Cloud Linux 2 發行版原始碼在阿里 OPSX 軟體倉庫上架開源，核心原始碼在 GitHub 開源。

2. 功能與優勢 

2.1 初始版本功能 

Alibaba Cloud Linux 2 最主要的功能更新是核心更新，基於核心社群長期支援（LTS）的 4.19 版本定製，在 CPU、記憶體、檔案系統、IO、網路、CGroup 等子系統上增加了大量適用於雲場景的新特性、效能改進和重大缺陷修復，支援：

• CPU：多項 CPU 安全修復，CPU 負載預測功能改進以增強排程均衡性；

• 記憶體：TLB 相關優化，回寫（writeback ）相關優化，OOM-Killer 可靠性優化，空閒頁面跟蹤（Idle Page Tracking）特性支援；

• 檔案系統：Ext4、XFS、Btrfs、NFS、Overlayfs 等重要檔案系統的新特性支援及優化；

• IO: 全新的非同步 I/O 優化，非同步 I/O 輪詢特性支援；

• 網路：BBR，零拷貝 TCP API 支援，XDP 及 AF_XDP 機制支援；

• CGroup: CGroup v2 支援，基於 CGroup v2 的 CGroup  回寫支援和 blkio 延遲支援。

此外，和核心相關的功能和改進還有： 

• 核心啟動引數和系統配置引數調優，提升啟動速度和錯誤恢復相關的能力；

• 提供作業系統崩潰後的核心轉儲（Kdump）能力，使用者可以根據需要線上開啟或者關閉該功能而無需重啟作業系統；

• 提供核心熱補丁升級（Live Patching）能力。 

2.2 更新與發展 

2.2.1 系統映象更新 

過去三個月，Alibaba Cloud Linux 2 釋出了兩個映象更新。最新版本的系統的映象 ID 為 aliyun_2_1903_64_20G_alibase_20190619.vhd。

在最初發布的版本中，我們只允許使用者通過 ECS 控制檯購買的方式建立新的虛擬機器。從 20190517 版本開始，我們提供了可獨立下載的系統映象檔案，使用者可以更方便地基於 Alibaba Cloud Linux 2 系統映象建立並使用自己的虛擬機器。我們希望藉由此方式，讓使用者更積極地參與到 Alibaba Cloud Linux 2 的使用中。 

當前的獨立系統映象檔案為 qcow2 格式，執行時支援基於 QEMU/KVM 的虛擬化環境，在虛擬機器中使用 virtio 驅動。獨立映象下載後初始化需要依賴 cloud-init 機制，詳情請參考獨立映象說明文件。 

2.2.2 軟體包更新 

除了映象迭代， Alibaba Cloud Linux 2 還持續保持系統 YUM 源的更新，使用者可以在作業系統內通過 yum update 命令維持軟體包的最新狀態。 

核心方面的更新，我們持續基於社群 LTS 4.19 核心 rebase 程式碼，加上自研功能和 Bug 修復。每三到四個星期，我們會快速迭代釋出一個新的核心包。在迭代週期內，除了完成必要的穩定性測試，我們也會積極修復核心 BUG 並反饋到核心社群。在接下來的章節會詳述。

在作業系統發行版基礎系統（BaseOS）功能方面，除了常規同步上游社群的修復與更新，我們選擇性地更新了多個使用者態軟體包，以匹配最新的核心功能及其他日常使用需求，並且對這些包進行了必要的測試和獨立的維護。更新的軟體包包括但不限於：crash、e2fsprogs、xfsprogs、iproute 等。

此外，我們還與阿里巴巴內部其他團隊合作，持續將阿里巴巴的開源成果整合到 Alibaba Cloud Linux 2 中並輸出給使用者。目前整合並保持更新的阿里巴巴內部軟體有：

• Alibaba Dragonwell：Ali-JDK 的開源版本，6月下旬剛剛釋出 GA 版本，我們及時跟進整合並完成了軟體測試後，輸出到 Alibaba Cloud Linux 2；

• PouchContainer：阿里巴巴開發的高效容器引擎；

• Dragonfly client：開源的基於P2P映象及檔案分發系統；

• Tengine：在 Nginx 的基礎上，針對大訪問量網站的需求，新增了很多高階功能和特性的 Web 伺服器專案；

• aliyun-cli：開源的用於管理阿里雲資源的工具；

• ossfs：用於將阿里雲 OSS buckets 掛載到本地的工具；

• eBCC：社群版 BCC 的功能擴充套件。

使用者可以在作業系統內通過 yum install 命令直接安裝對應的軟體包。 

2.2.3 Cloud Kernel 社群貢獻 

Alibaba Cloud Linux 2 是一個建立在社群協作基礎上的開源作業系統發行版專案，同時也非常重視回饋社群。 

Cloud Kernel 是 Alibaba Cloud Linux 2 最重要的開源核心，也是在 GitHub 上的開源專案。如前所述，我們保持三週到四周的迭代週期，在每個迭代都保持對外推送最新開發補丁。在迭代開發過程中，我們多次測得 4.19 版本 的 LTS 核心的 BUG，並及時向社群報告，或者通過定位將主線核心的修復移植回 LTS 核心，或者主動向社群提交補丁。

對於測試中發現的 LTS 核心 BUG，我們首先會根據已劃分的核心領域進行初步判斷，如果難以直接定位，則會進行 bisect 尋找最有可能出現問題的程式碼。經過初步的分析之後，根據問題的難易程度，我們會選擇直接向社群提交修復補丁或者進行討論。

有一種常見的情況是，某個核心 BUG 在主線核心中已經修復，但是由於種種原因，該修復沒有出現在 4.19 LTS 核心中，這種情況下，我們會選擇先將主線核心修復的程式碼 cherry-pick 到 Cloud Kernel 的開發分支中，並且向 4.19 LTS 核心的維護者、以及對應核心子系統的維護者傳送一封 backport 請求的郵件，提示維護者及時將該修復移植回來。

截止 6 月 30 日，團隊在開發 Cloud Kernel 過程中，向核心社群提交併被接收的核心補丁有 19 個。此外，我們還積極向知名的社群測試套件 LTP、xfstests 等專案貢獻了多個修復補丁以及新測試用例。

除此之外，Cloud Kernel 還與 Intel 0-day 專案等開源專案達成合作，0-day 專案團隊主動向 Cloud Kernel 推送了多個修復建議及補丁，均已被接受合入開發分支。

2.2.4 核心重要功能更新

由於 Aliyun Linux 2 的核心需要執行在通用的 ECS 系統上，或者使用者自定義的基於 QEMU/KVM 的虛擬機器中，保持核心功能的通用性一直是我們在增加 Cloud Kernel 功能時的原則。在開發自研核心功能時，我們會對功能進行充分的評估，如果該功能的實現方式過於 Hack，或者引入該功能會造成核心維護成本急劇上升，我們會從架構的完整性考慮而酌情放棄該功能的開發。下面是兩個近期自研的核心功能的例子：

（a）cgroup writeback v1

在 4 月份 GA 版本釋出中，我們提到了基於 cgroup-v2 的 cgroup writeback 功能是 LTS 4.19 核心的一項重要更新；釋出後，我們收到多個客戶反饋，亟需此功能在 cgroup-v1 上的實現。在深入分析之後，我們意識到，cgroup writeback 功能天生適合 cgroup-v2 的平坦結構，卻也不是不可能在 cgroup-v1 上實現。關鍵點在於在使用 cgroup-v1 時，需要人為保證對應的 blkcg 和 memcg 兩個 cgroup 保持合理對應的對映關係。在梳理清楚 cgroup 對映關係限制條件後，我們完成了 cgroup writeback v1 在 Cloud Kernel 上的實現，並在 GitHub 上釋出對應的更新；同時為了保證使用者對於使用時的對映關係約束有足夠的瞭解，我們在核心中預設將此功能保持關閉，並製作了相關文件說明。

（b）TCP TIME-WAIT 狀態超時介面

這個功能允許使用者動態調整 TCP 連線的 TIME-WAIT 狀態超時時間，允許其被設定為小於預設的 60s 值，從而在大量短連線應用中，提高應用效能。這個功能實際上是早期版本的 Taobao Kernel 已經實現並對外提供的功能，在決定是否要將此功能在 Aliyun Linux 2 上重新移植一遍時，我們重新評估了該功能的風險。在翻閱了 RFC 793 標準中 “The TCP Quiet Time Concept” 相關的概念後，我們認為該功能不符合 TCP “Quiet Time”的概念，在不知曉該風險的情況下使用可能會造成系統不穩定；但是由於該功能確實被客戶需要，且功能結構、程式碼實現較為獨立，維護成本和風險可控。所以我們在內部實現時，顯性備註了介面使用風險後，將功能在 GitHub 上釋出。

3. 研發過程中的質量保證

Alibaba Cloud Linux 2 使用了大量社群的功能，核心元件 Cloud Kernel 沒有使用 Red Hat 核心版本，而是使用了基於核心社群 4.19 LTS 版本。眾所周知，社群版的核心的穩定性一直為人所詬病，我們在採用此版本核心時，也有一樣的擔心。因此在研發過程中，我們對 Cloud Kernel 進行了積極的測試。

首先，得益於阿里巴巴作業系統團隊中有多個核心子系統維護者、核心測試套件的維護者或前維護者，我們對於開源社群主流的測試套件對核心子系統的覆蓋率及測試細節掌握較為全面。通過這些開源測試套件，我們發現了不少社群版核心的問題，併為社群貢獻了多個補丁。

其次，在研發過程中，我們遵循“自己吃自己的狗糧”的原則，要求研發同學自行完成單元測試用例開發，並且整合到內部測試平臺中進行迴歸測試。在測試平臺的選擇上，基於研發開發測試程式碼的便利性原則，我們選擇了成熟的測試框架 Beaker，這是一個源自 Red Hat 的社群開源測試框架專案，可以很方便地整合測試程式碼，並且輸出直觀的測試結果。我們將自己開發完成的測試程式碼放到 Beaker 測試平臺上，進行自動化的每晚構建迴歸測試（Nightly Regression Testing）。在每個迭代中，我們也發現了不少核心迴歸缺陷，都及時向社群提交了補丁或者參與了修復討論，為穩定 4.19 LTS 核心做出了自己的貢獻。

此外，在阿里巴巴作業系統團隊內部有專業的質量保證團隊。質量保證團隊的測試平臺整合了 40 多個測試套件，覆蓋了功能性測試、效能測試、冒煙及穩定性測試等各方面。在 Alibaba Cloud Linux 2 迭代週期進入交付測試階段，會由質量保證團隊負責相關測試，測試結果經過 Review 通過後，則可進行迭代釋出。

4. Alibaba Cloud Linux 2 後續計劃

• 持續開發新特性，也積極將開源社群的最新成果帶給 Alibaba Cloud Linux 2 使用者，並回饋開源社群；

• 進一步完善相關文件，包括初學者文件，吸引更多使用者參與作業系統與核心開發；

• 分享作業系統及核心相關的技術文章，籌建線上與線下活動，增強作業系統與核心領域的交流。

5. 結語

作業系統最近幾個月成為了熱門的話題，此時推出這樣一篇介紹 Alibaba Cloud Linux 2 發行版的技術文章還顯得比較應景。作為一個技術人，在日常的工作中，堅持技術的錘鍊，樂於思考與分享，對作業系統和核心領域不斷鑽研，才能立足於瞬息萬變的技術之潮中，並且遊刃有餘。

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