终于升级？89年Linux内核C语言“跟上时代”转成现代C

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上周《LINUX设备驱动程序第三版》的第一作者、LWN网络杂志创始人兼主编Jonathan Corbet发表了对于Linux内核的一些看法，他认为虽然内核项目总体发展快速，但内核代码仍然使用1989年版本的C语言标准，而5.18内核可能会结束这种情况。

是的，没错，拥有30年历史的Linux内核C语言要升级了。Linux开源社区已经宣布，2022年五月将把内核C语言版本升级到C11。

源于一次补丁，Linux内核缺陷显现
这一决定很迅速，从问题发起到官方拍板宣布用时短短一周。

这一提案要从 Linux 内核贡献者Jakob Koschel的补丁系列说起。

他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内核中大量使用了由struct list_head定义的双链表。
[mw_shl_code=applescript,true]struct list_head {
        struct list_head *next, *prev;
    };[/mw_shl_code]
这种结构通常被嵌入到一些其他结构中。通过这种方式，让任何相关的结构类型都能创建链表。随着类型的出现，内核提供了大量可以用来遍历和操作链表的函数和宏。其中之一是list_for_each_entry()，它是一个伪装成控制结构的宏。为了了解这个宏的使用方法，内核中包括以下结构：
[mw_shl_code=applescript,true]    struct foo {
            int fooness;
        struct list_head list;
    };[/mw_shl_code]
list中的元素可以用来创建一个由foo结构组成的双链列表；一个单独的list_head结构通常被视为这个列表的开头，假设有一个叫做foo_list的列表。可以用下面的代码遍历这个列表。
[mw_shl_code=applescript,true]    struct foo *iterator;


    list_for_each_entry(iterator, &foo_list, list) {
            do_something_with(iterator);
    }
    /* Should not use iterator here */[/mw_shl_code]
list参数告诉宏在foo结构中的list_head结构的名称。对于迭代器指向的列表中的每个元素，该循环将执行一次。

但这样USB子系统中会出现错误，传递给这个宏的迭代器在退出宏后仍可以使用，这是件非常危险的事。Koschel提交补丁，修复了这个错误。根据列表中发生的情况，该迭代器的内容可能出人意料，即使在没有预测执行的情况下。Koschel重写了相关代码，循环后不再需要通过迭代器解决问题。

Linus拍板：Linux内核C语言将升级为C11
事实上，Linux内核的发明人及该计划的合作者Linus Torvalds开始对于这一补丁并不感冒，也不理解它和预测执行漏洞的关系。

不过，在Koschel进一步解释情况后，Torvalds认同"这只是一个常规的错误，简单明了"。但随后他又谈到了问题的真正根源：传递给列表遍历宏的迭代器必须在循环本身之外的范围内声明。

这种非投机性错误之所以会发生，是因为我们在历史上没有C99风格的"在循环中声明变量"。所以list_for_each_entry()——以及所有其他的——往往会将最后一个HEAD条目从循环中泄露出来，仅仅是因为我们无法在循环本身中声明迭代器变量。

如果有可能编写一个可以声明自己的迭代器的列表遍历宏，那么这个迭代器在循环之外是不可见的，就不会出现这种问题。但是，由于内核停留在C89标准上，在循环中声明变量是不可能的。

Torvalds说，也许现在已经到了考虑转向C99标准的时候了——虽然它已经有了20多年的历史，但依旧是最新的版本，足以允许块级变量声明。正如他所指出的，之所以过去没有这样做，"因为我们在一些古老的gcc版本中遇到了一些问题，破坏了文件的初始化器"。但是，与此同时，内核已经把它的最低GCC要求移到了5.1版本，所以也许那些错误已经不重要了。

Linux内核的开发者Arnd Bergmann也非常赞同这一观点，他认为内核有向前发展的可能。事实上，他建议，在进行改变的同时，有可能达到C11标准（从2011年开始），尽管他不确定C11是否会带来对内核有用的新东西。甚至有可能转移到C17甚至尚未完成的C2x版本的语言。然而，这同样存在一个问题，那就是"会破坏对gcc-5/6/7的支持"，而目前内核仍然支持这些版本。将GCC的最低版本提高到8.x，可能会和用户社区目前愿意接受的版本有很大的差距。

不过，转移到C11将不需要改变GCC的最低版本，因此可能更容易做到。Torvalds对这个想法表示赞同，并且希望最终能够取得成果。在Bergmann确认这可行之后，Torvalds宣布在5.18合并窗口进行早期尝试。

值得注意的是，在合并窗口和5.18版本之间可能发生很多事情。迁移到新版本的语言标准，可能导致内核中一些不明显的地方出现小bug，而往往一个小小的bug就有可能导致现在的改变被撤销。但是，如果一切顺利的话，下一个内核版本就可能会被正式迁移到C11上。将list_for_each_entry()的所有用户和变种（在内核中有超过15,000个）转换为不暴露内部迭代器的新版本，不过这可能要花不少时间。

你对这次升级有什么看法呢，你觉得升级后会带来什么改变？欢迎大家在下方留言！

【参考资料】Moving the kernel to modern C [LWN.net]