LWN：數(shù)據(jù)類型的命名差異！

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What's in a (type) name?

By Jonathan Corbet
September 2, 2022
DeepL assisted translation
https://lwn.net/Articles/906496/

內(nèi)核的 manual pages （https://www.kernel.org/doc/man-pages/ ）項(xiàng)目的地位比較特別。它是作為一個獨(dú)立的項(xiàng)目來管理的，沒有跟內(nèi)核的文檔放在一起，它的任務(wù)是記錄內(nèi)核中系統(tǒng)調(diào)用的接口，以及由 C 庫為這些接口所提供的 wrapper API。有時這兩個目的會有一些沖突，這可以從去年的一個關(guān)于是否使用 C 標(biāo)準(zhǔn)類型名稱（standard type names）來描述內(nèi)核定義的結(jié)構(gòu)的討論中就可以看到。

C 語言的 <stdint.h> 頭文件為那些需要準(zhǔn)確規(guī)定如何表示整型變量的開發(fā)者定義了一些 type。例如，int16_t 是一個 16 位的有符號類型，而 uint64_t 是一個 64 位、無符號類型。在定義那些硬件實(shí)現(xiàn)的、通過通信協(xié)議交換的、或在用戶和內(nèi)核空間之間傳遞的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，需要控制到這種程度。

然而，內(nèi)核并不使用這些類型來定義其系統(tǒng)調(diào)用接口。相反，內(nèi)核有自己的內(nèi)部定義的類型。例如，內(nèi)核的 API 定義不是使用 uint64_t，而是使用 __u64。這種情況已經(jīng)存在了很久，實(shí)際上在標(biāo)準(zhǔn) C 類型出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在了，這是 kernel 項(xiàng)目日常工作方式的一部分。

一般來說，man page 需要展示出內(nèi)核中對數(shù)據(jù)類型的定義。因此，例如，bpf()手冊中對 bpf_attr union 中的一部分的定義是：

struct {    /* Used by BPF_MAP_*_ELEM and BPF_MAP_GET_NEXT_KEY
               commands */
  __u32         map_fd;
  __aligned_u64 key;
  union {
    __aligned_u64 value;
    __aligned_u64 next_key;
  };
  __u64         flags;
};

這些類型對于內(nèi)核開發(fā)者來說會非常熟悉，但對于用戶空間開發(fā)者來說，它們看起來就可能有點(diǎn)怪了。早在 2021 年 4 月，man-pages 的共同維護(hù)者 Alejandro Colomar 就決定來改寫 man pages，使用標(biāo)準(zhǔn)的 C 類型，讓這些內(nèi)容看起來更熟悉和正常一些。也許是因?yàn)樗矚g挑戰(zhàn)，Colomar 是從 bpf() man page 開始的；在打上了他的 patch 后，上述結(jié)構(gòu)被定義為：

struct {    /* Used by BPF_MAP_*_ELEM and BPF_MAP_GET_NEXT_KEY commands */
  uint32_t                     map_fd;
  uint64_t [[gnu::aligned(8)]] key;
  union {
    uint64_t [[gnu::aligned(8)]] value;
    uint64_t [[gnu::aligned(8)]] next_key;
  };
  uint64_t                     flags;
};

這個 patch 立即被 BPF 維護(hù)者 Alexei Starovoitov 否決了，他說："man page 應(yīng)該按照.h 文件中的方式來描述內(nèi)核 api"。Colomar 回答說，無論哪種方式，實(shí)際使用的類型都是一樣的，而且他改動之后對用戶來說更好：

如果我們有一個固定寬度的整數(shù)類型的標(biāo)準(zhǔn)語法（實(shí)際上其他類型也一樣），那么 man page 就應(yīng)該盡可能地遵循這個標(biāo)準(zhǔn)。任何背離標(biāo)準(zhǔn)（無論是 C 還是 POSIX）的做法都應(yīng)該有一個強(qiáng)大的理由，否則就只會造成混亂。

但 Starovoitov 堅(jiān)決反對這個做法，他說，man page 應(yīng)該按照代碼所 include 的相關(guān)內(nèi)核頭文件里的定義來描述這些類型。

2021 年 5 月，Colomar 又回來提供了新版本的 patch，跟前一版本相比變化不大。同樣沒有變化的是人們對它的態(tài)度。這一次，Greg Kroah-Hartman 也表達(dá)了他的反對意見，他說所涉及的類型 "不一樣，它們生活在不同的命名空間和世界中，不可能在所有場景下都是可以直接交換的"。不過，GNU C 庫的開發(fā)者 Zack Weinberg 并不同意這個觀點(diǎn)：

C 結(jié)構(gòu)的手冊文檔 不應(yīng)該 跟頭文件中的實(shí)際聲明一致。文檔中的字段類型通常是跟實(shí)際使用的類型在賦值時兼容（assignment-compatible），但并非總是如此。我們不能保證字段的順序與頭文件相同，也不能保證列出的字段的集合是完整的。

這個論點(diǎn)未能說服內(nèi)核社區(qū)，他們?nèi)匀粡?qiáng)烈反對這一改動。這場討論后來平息了一年多。

2022 年 8 月，Colomar 又回來了，同樣是帶著一個新的 patch，修改了更多的文件；他提供了從三個不同的開發(fā)者那里得到的 Nacked-by tag。不出所料，這些開發(fā)者在風(fēng)平浪靜的這一年間并沒有改變態(tài)度來同情這個做法。Starovoitov 重申了他的反對意見，并要求 Colomar 不要再發(fā)送 patch 了：

Colomar 的回應(yīng)是繼續(xù)推進(jìn)，并將該 patch 合入到 man-pages 倉庫中了。如果有一個內(nèi)核補(bǔ)丁遇到了這樣的反對，幾乎可以肯定永遠(yuǎn)不會被合入，但 man-pages 不是 kernel 項(xiàng)目。Colomar 似乎是目前唯一活躍的 man-pages 維護(hù)者；自從 2021 年 8 月 man pages 5.13 發(fā)布后，長期維護(hù)者 Michael Kerrisk 似乎已經(jīng)從相關(guān)活動中消失了。因此，當(dāng)涉及到這個領(lǐng)域的決定時，沒有人能夠推翻 Colomar 的決定。

這次討論的大部分內(nèi)容都跟之前類似，但這次 Linus Torvalds 也加入了討論。他指出，內(nèi)核的類型不可能與標(biāo)準(zhǔn)的 C 類型相同，否則會產(chǎn)生命名空間（namespaces）問題：內(nèi)核不能包括 <stdint.h> 來定義這些類型，但也不能在用戶空間使用的文件中定義這些類型且不產(chǎn)生沖突。Torvalds 同意其他人的意見，即文檔應(yīng)該與實(shí)際使用的類型相匹配：

老實(shí)說，我不認(rèn)為這有 很大 的區(qū)別，但是跟文檔來源不匹配的文檔最終只會讓人產(chǎn)生困惑。有人會說 "這不對"，甚至可能修改 struct 的定義來跟文檔相符。

這條信息，加上 Kroah-Hartman 提出的 revert 這個改動的要求，說服 Colomar 退讓了。他的總結(jié)語是：

你說服了我。手冊將完全按照內(nèi)核中的類型來進(jìn)行記錄。這樣更簡單。

由于這個 patch 在 Greg 要求我這么做的情況下最近被我 revert 掉了，所以我將保持這種方式。我想這可以結(jié)束 man-pages 的討論。

當(dāng)然，有趣的是，內(nèi)核確實(shí)在內(nèi)部定義了許多標(biāo)準(zhǔn)類型（standard types），而且有成千上萬的變量都是用這些類型定義的。在內(nèi)核中使用標(biāo)準(zhǔn) C 類型本身不是問題，只有在用戶空間的 API 定義中使用它們時，才會有問題。如果有足夠強(qiáng)的意愿，很可能是一個可以解決的問題，但這不是個不費(fèi)吹灰之力的小工作。所以看起來 man-page 將繼續(xù)按照內(nèi)核的用戶空間 API 頭文件中實(shí)際使用的類型來進(jìn)行記錄。

全文完
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