還在使用 89 年版 C 語言的 Linux 內(nèi)核，現(xiàn)在終于要做出改變了。今天，Linux 開源社區(qū)宣布，未來會(huì)把內(nèi)核 C 語言版本升級(jí)到 C11，預(yù)計(jì) 5.18 版之后生效，也就是今年 5 月。

這個(gè)決定很突然，從發(fā)起問題到官方聲明，不過才一個(gè)星期，要知道說服固執(zhí)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(diǎn)偶然的因素。

一個(gè) bug 的連鎖反應(yīng)

問題的起源是來自上周的一次 Linux 社區(qū)討論。

一位名叫 Jakob Koschel 的博士生，在研究阻止與內(nèi)核鏈表 primitive 相關(guān)的預(yù)測(cè)執(zhí)行漏洞時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問題。

Linux 內(nèi)核廣泛使用由 struct list_head 定義的雙向鏈表：

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

這種結(jié)構(gòu)通常嵌入到其他結(jié)構(gòu)中。通過這種方式，可以使用任何相關(guān)的結(jié)構(gòu)類型制作鏈表。

除此之外，內(nèi)核還提供大量可用于遍歷和操作鏈表的函數(shù)和宏。list_for_each_entry () 就是其中之一，這是偽裝成一種控制結(jié)構(gòu)的宏。問題就出在這個(gè)宏上。假設(shè)內(nèi)核包含如下結(jié)構(gòu)：

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

list 中的元素可用于創(chuàng)建 foo 結(jié)構(gòu)的雙向鏈表。假設(shè)有一個(gè)叫做 foo_list 的結(jié)構(gòu)聲明作為此類鏈表的頭，使用以下代碼可以遍歷此鏈表：

struct foo *iterator;

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

list 參數(shù)告訴宏在 foo 結(jié)構(gòu)中 list_head 結(jié)構(gòu)的名稱。這個(gè)循環(huán)將為列表中的每個(gè)元素執(zhí)行一次，迭代器指向該元素。由此導(dǎo)致了 USB 子系統(tǒng)中的一個(gè) 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(xiǎn)的事情，所以 Koschel 提交了一個(gè)修復(fù)補(bǔ)丁，在循環(huán)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(gè)補(bǔ)丁，也沒有看到它與預(yù)測(cè)執(zhí)行漏洞的關(guān)系。在 Koschel 詳細(xì)解釋后，Linus 承認(rèn)這只是一個(gè)普通的 bug。

然而事情并沒有那么簡(jiǎn)單，Linus 不久后意識(shí)到了真正的根源：傳遞給鏈表遍歷宏的迭代器，必須在循環(huán)本身之外的范圍內(nèi)聲明。這種非預(yù)測(cè)性 bug 發(fā)生的原因是，C89 中沒有“在循環(huán)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(gè) HEAD 入口泄漏到循環(huán)之外，僅僅是因?yàn)槲覀儾荒茉谘h(huán)本身中聲明迭代器變量。

如果可以編寫一個(gè)可以聲明自己的迭代器列表遍歷宏，那么迭代器在循環(huán)之外將不可見，并且不會(huì)出現(xiàn)此類問題。但是，由于內(nèi)核停留在 C89 標(biāo)準(zhǔn)上，因此無法在循環(huán)中聲明變量。

Linus 決定，那咱們還是升級(jí)吧，也許是時(shí)候轉(zhuǎn)向 C99 標(biāo)準(zhǔn)了。雖然它也有 20 多年的歷史，但至少比 C89 新，可以在循環(huán)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?yàn)槲覀冊(cè)谝恍┕爬系?gcc 編譯器版本中遇到了一些奇怪的問題，不能隨便升級(jí)。

但是，現(xiàn)在 Linux 內(nèi)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(yīng)該不會(huì)有了。

而另一位核心開發(fā)者 Arnd Bergmann 認(rèn)為，咱們完全可以升級(jí)到 C11 甚至更高版本。但如果升級(jí)到 C17 或 C2x，會(huì)破壞對(duì) gcc-5/6/7 的支持，因此升級(jí)到 C11 更容易實(shí)現(xiàn)。

最終，Torvalds 贊成這個(gè)想法：“好的，請(qǐng)?zhí)嵝盐遥屛覀冊(cè)?5.18 合并窗口的早期嘗試一下。”接下來遷移到 C11 可能會(huì)導(dǎo)致一些意想不到的 bug，但如果一切順利，下一個(gè) Linux 內(nèi)核版本將正式轉(zhuǎn)向 C11。

參考鏈接：

[1]https://lwn.net/SubscriberLink/885941/01fdc39df2ecc25f/

[2]https://news.ycombinator.com/item?id=30459634