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System-call wrappers for glibc

By Jonathan Corbet

LPC

glibc，又名GNU C Library，过去长久以来大家对它的印象都是不愿意为Linux新加的系统调用增加wrapper（封装函数）。因此，其实有很多系统调用多年来一直都没有得到glibc的支持。不过情况在转变。2019 Linux Plumbers Conference会议的Toolchain microconference上，Maciej Rozycki介绍了一下glibc关于system-call wrapper的最新观点，不过也又一次提醒大家，要加一个新的系统调用，会有非常多的工作要做。

Rozycki和Dmitry Levin共同主持了这个环节，不过他并不是负责这部分工作的人，只是代真正的负责人Florian Weimer来做这个介绍，因为Weimer没能赶来参加这个会议。

背景信息：user space运行的应用程序并不是直接调用进入kernel的，而是调用一个wrapper函数，由wrapper函数来决定调用哪个系统调用。通常wrapper函数只是把参数排列好，做些准备，然后就trap进kernel mode。某些情况下，wrapper提供的接口可能跟kernel提供的差异非常大。

其实也并不是一定要提供一个专门的wrapper函数的，application总是可以通过直接调用syscall()来调用任何系统调用的。不过，Rozycki认为还是尽量需要让application避免使用syscall()，例如syscall()不会检查传入参数的类型。system-call number（系统调用编号）在每个体系架构上都不一样，并且不同体系架构的ABI可能也是有区别的。这些导致很难用syscall()调用来实现可移植性强的代码。此外，POSIX线程和线程取消功能也会导致一些问题。所以最好是能把application会用到的系统调用都封装到C库函数里去。

所以glibc项目的做法现在有了改变，此前它不愿意接受新的系统调用wrapper，现在愿意接受了。不过没法一下子把所有syscall都加进来，每个新加的syscall都会需要清理掉一些障碍，例如在glibc manual里写清楚文档，并且完成copyright-assignment文档，毕竟glibc是Free Software Foundation的项目。这里引起了大家的热烈讨论，关于syscall wrapper的copyright需求，是否在承认ABI的copyright？会场讨论下来居然没有结论。Rozycki提到最后一点障碍，就是缺少reviewer，这是其他自由软件项目的共同问题。

glibc项目采取的策略是尽量避免模拟系统调用。如果某个系统调用不可用，那么glibc就会返回ENOSYS结束。因为模拟出来的系统调用，很容易出现各种意外错误，所以只会用在一些不重要的场景下。glibc也要求wrapper的名字要跟体系架构无关，否则的话就会是维护者的噩梦了。可能的话，glibc开发者还希望能把某个syscall在所有体系结构的支持都在同一个release版本里面实现出来，否则会需要人为维护支持状态，很麻烦的。

glibc开发者也从以前的经验得出一个教训（kernel开发者也有同感）：multiplexing system call的支持非常麻烦。这会导致参数类型的检测变得非常困难，尤其是要支持可变参数数量（有些函数做不同操作的时候接受不通参数）的话。出于这个原因，大家可以看到futex()或者bpf()这种系统调用很可能会被glibc实现成很多个独立wrapper，每种行为都有一个特制的wrapper。

还有一些ABI相关的规则。比如ssize_t或者size_t应该备用在所有buffer size的场合，无论kernel里面用的是什么类型。这样能够让这个参数的用途更明晰。flag不应该用long类型，因为32位架构系统上如何处理高32位是一个没有定论的行为。错误值应该利用errno来返回出来，除了POSIX线程调用是例外。glibc开发者还希望每个新加的系统调用能有一个单独的kernel UAPI头文件来放置相关的类型和常量，这样在include时就能只包含相关信息，而不会引入太多无关的声明。

Rozycki总结时提出，希望大家能更好的跟各个C函数库项目配合。例如，所有跟ABI改动相关的patch，都应该抄送C函数库相关开发者。不过我倒是发现有时候C函数库开发者对kernel社区提出的要求跟这个很不一样，今后应该如何避免呢？听众中有个建议是应该有更多glibc开发者加入linux-api mailing list，还有个建议是所有改动都加上Florian :)

结束之前，Christian Brauner总结指出，此前要给glibc加入新改动是很麻烦的，不过最近几年已经有了不少变化。哪怕是不起眼的gettid()系统调用，在经过了长期激烈的争论之后，也已经合入了，很多人都表示很惊奇。glibc社区现在跟kernel社区互动更加频繁，希望这个变化能一直保持下去，并且kernel社区也能投桃报李。

[Your editor thanks the Linux Foundation, LWN's travel sponsor, for supporting his travel to this event.]