最近传来消息,令人振奋的是,一直以来使用的1989年版c语言的linux内核终于迎来了一次重大的升级。当代科技的脚步不可阻挡,今天,linux开源社区宣布了一个引人注目的计划,即将将内核的c语言版本提升至c11标准。根据预计,这项重大的改革将于linux 5.18版本之后生效,也就是即将到来的五月份。这一重要举措将为linux内核带来潜力无限的机遇,并促进其更好地适应现代化技术的需求。

Linux 之父终于被劝动:用了 30 年的 Linux 内核 C 语言将升级至 C11

这个决定很突然,从发起问题到官方声明,不过才一个星期,要知道说服固执的 Linux 之父 Linus Torvalds 可不是件容易的事。事情的原因,说起来还有那么一点偶然的因素。

一个bug的连锁反应

问题的起源是来自上周的一次 Linux 社区讨论。

一位名叫 Jakob Koschel 的博士生,在研究阻止与内核链表 primitive 相关的预测执行漏洞时,发现了这样一个问题。

Linux 内核广泛使用由 struct list_head 定义的双向链表

struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
    };

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这种结构通常嵌入到其他结构中。通过这种方式,可以使用任何相关的结构类型制作链表。

除此之外,内核还提供大量可用于遍历和操作链表的函数和宏。list_for_each_entry () 就是其中之一,这是伪装成一种控制结构的宏。问题就出在这个宏上。假设内核包含如下结构:

struct foo {
        int fooness;
    struct list_head list;
    };

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list 中的元素可用于创建 foo 结构的双向链表。假设有一个叫做 foo_list 的结构声明作为此类链表的头,使用以下代码可以遍历此链表:

struct foo *iterator;

    list_for_each_entry(iterator, &foo_list, list) {
        do_something_with(iterator);
    }
    /* Should not use iterator here */

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list 参数告诉宏在 foo 结构中 list_head 结构的名称。这个循环将为列表中的每个元素执行一次,迭代器指向该元素。由此导致了 USB 子系统中的一个 bug:传递给该宏的迭代器在退出宏后还能被使用。

这是一件危险的事情,所以 Koschel 提交了一个修复补丁,在循环后停止使用迭代器搞定了 bug。

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说服Linus

但是 Linus Torvalds 本人并不太喜欢这个补丁,也没有看到它与预测执行漏洞的关系。在 Koschel 详细解释后,Linus 承认这只是一个普通的 bug。

然而事情并没有那么简单,Linus 不久后意识到了真正的根源:传递给链表遍历宏的迭代器,必须在循环本身之外的范围内声明。这种非预测性 bug 发生的原因是,C89 中没有“在循环中声明变量”。

像 list_for_each_entry () 这样的宏,从根本上总是将最后一个 HEAD 入口泄漏到循环之外,仅仅是因为我们不能在循环本身中声明迭代器变量。

如果可以编写一个可以声明自己的迭代器列表遍历宏,那么迭代器在循环之外将不可见,并且不会出现此类问题。但是,由于内核停留在 C89 标准上,因此无法在循环中声明变量。

Linus 决定,那咱们还是升级吧,也许是时候转向 C99 标准了。虽然它也有 20 多年的历史,但至少比 C89 新,可以在循环中声明变量。

既然 C89 如此陈旧,这么多年还没做出改变呢?Linus 说,那是因为我们在一些古老的 gcc 编译器版本中遇到了一些奇怪的问题,不能随便升级。

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但是,现在 Linux 内核已将 gcc 的最低要求提升至 5.1 版,因此过去那些奇怪的 bug 应该不会有了。

而另一位核心开发者 Arnd Bergmann 认为,咱们完全可以升级到 C11 甚至更高版本。但如果升级到 C17 或 C2x,会破坏对 gcc-5/6/7 的支持,因此升级到 C11 更容易实现。

最终,Torvalds 赞成这个想法:“好的,请提醒我,让我们在 5.18 合并窗口的早期尝试一下。”接下来迁移到 C11 可能会导致一些意想不到的 bug,但如果一切顺利,下一个 Linux 内核版本将正式转向 C11。

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