還在使用89年版C語言的Linux內核,現在終于要做出改變了。
近日,Linux開源社區宣布,未來會把內核C語言版本升級到C11,預計5.18版之后生效,也就是今年5月。
這個決定很突然,從發起問題到官方聲明,不過才一個星期,要知道說服固執的Linux之父 Linus Torvalds可不是件容易的事。
事情的原因,說起來還有那么一點偶然的因素。
一個bug的連鎖反應
問題的起源是來自上周的一次Linux社區討論。
一位名叫Jakob Koschel的博士生,在研究阻止與內核鏈表primitive相關的預測執行漏洞時,發現了這樣一個問題。
Linux內核廣泛使用由struct list_head定義的雙向鏈表:
structlist_head{
structlist_head*next,*prev;
};
這種結構通常嵌入到其他結構中。通過這種方式,可以使用任何相關的結構類型制作鏈表。
除此之外,內核還提供大量可用于遍歷和操作鏈表的函數和宏。list_for_each_entry()就是其中之一,這是偽裝成一種控制結構的宏。
問題就出在這個宏上。
假設內核包含如下結構:
structfoo{
intfooness;
structlist_headlist;
};
list中的元素可用于創建foo結構的雙向鏈表。
假設有一個叫做 foo_list的結構聲明作為此類鏈表的頭,使用以下代碼可以遍歷此鏈表:
structfoo*iterator;
list_for_each_entry(iterator,&foo_list,list){
do_something_with(iterator);
}
/*Shouldnotuseiteratorhere*/
list參數告訴宏在foo結構中list_head結構的名稱。這個循環將為列表中的每個元素執行一次, 迭代器指向該元素。
由此導致了USB子系統中的一個bug:傳遞給該宏的迭代器在退出宏后還能被使用。
這是一件危險的事情,所以Koschel提交了一個修復補丁,在循環后停止使用迭代器搞定了bug。
說服Linus
但是Linus Torvalds本人并不太喜歡這個補丁,也沒有看到它與預測執行漏洞的關系。在Koschel詳細解釋后,Linus承認這只是一個普通的bug。
然而事情并沒有那么簡單,Linus不久后意識到了真正的根源:
傳遞給鏈表遍歷宏的迭代器,必須在循環本身之外的范圍內聲明。
這種非預測性bug發生的原因是,C89中沒有“在循環中聲明變量”。
像list_for_each_entry()這樣的宏,從根本上總是將最后一個HEAD入口泄漏到循環之外,僅僅是因為我們不能在循環本身中聲明迭代器變量。
如果可以編寫一個可以聲明自己的迭代器列表遍歷宏,那么迭代器在循環之外將不可見,并且不會出現此類問題。
但是,由于內核停留在C89標準上,因此無法在循環中聲明變量。
Linus決定,那咱們還是升級吧,也許是時候轉向C99標準了。
雖然它也有20多年的歷史,但至少比C89新,可以在循環中聲明變量。
既然C89如此陳舊,這么多年還沒做出改變呢?Linus說,那是因為我們在一些古老的gcc編譯器版本中遇到了一些奇怪的問題,不能隨便升級。
但是,現在Linux內核已將gcc的最低要求提升至5.1版,因此過去那些奇怪的bug應該不會有了。
而另一位核心開發者Arnd Bergmann認為,咱們完全可以升級到C11甚至更高版本。但如果升級到C17或C2x,會破壞對gcc-5/6/7的支持,因此升級到C11更容易實現。
最終,Torvalds贊成這個想法:“好的,請提醒我,讓我們在5.18合并窗口的早期嘗試一下。”
接下來遷移到C11可能會導致一些意想不到的bug,但如果一切順利,下一個Linus內核版本將正式轉向C11。
原文標題:Linux之父終于被勸動:用了30年的Linux內核C語言將升級至C11
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審核編輯:湯梓紅
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