이식 가능한 실행 파일용으로 개발된 표준 C 라이브러리 Cosmopolitan 2.0 출시

인터프리터와 가상 머신을 사용하지 않고 다양한 운영 체제용 프로그램을 배포하는 데 사용할 수 있는 표준 C 라이브러리와 범용 실행 파일 형식을 개발하는 Cosmopolitan 2.0 프로젝트 릴리스가 발표되었습니다. GCC 및 Clang에서 컴파일하여 얻은 결과는 모든 Linux 배포판, macOS, Windows, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD에서 실행될 수 있고 심지어 BIOS에서도 호출할 수 있는 정적으로 링크된 범용 실행 파일로 컴파일됩니다. 프로젝트 코드는 ISC 라이센스(MIT/BSD의 단순화된 버전)에 따라 배포됩니다.

범용 실행 파일을 생성하기 위한 컨테이너는 Unix, Windows 및 macOS에서 사용되는 여러 가지 형식을 결합하여 하나의 파일에 다양한 운영 체제(PE, ELF, MACHO, OPENBSD)에 특정한 세그먼트와 헤더를 결합하는 것을 기반으로 합니다. 단일 실행 파일이 Windows 및 Unix 시스템에서 실행되도록 하려면 Thompson Shell이 ​​"#!" 스크립트 마커를 사용하지 않는다는 사실을 활용하여 Windows PE 파일을 쉘 스크립트로 인코딩하는 것이 좋습니다. 여러 파일을 포함하는 프로그램을 생성하기 위해(모든 리소스를 하나의 파일로 연결) 특별히 설계된 ZIP 아카이브 형태의 실행 파일 형성을 지원합니다. 제안된 형식의 구성표(예: hello.com 애플리케이션):

MZqFpD='BIOS 부트 섹터' exec 7 $(command -v $0) printf '\177ELF...LINKER-ENCODED-FREEBSD-HEADER' >&7 exec "$0" "$@" exec qemu-x86_64 "$0" "$ @" 1번 출구 REAL 모드… ELF 세그먼트… OPENBSD 참고… MACHO 헤더… 코드 및 데이터… ZIP 디렉토리…

파일 시작 부분에는 Windows PE 형식 헤더로 인식되는 "MZqFpD"라는 레이블이 표시됩니다. 이 시퀀스는 "pop %r10;" 명령에서도 디코딩됩니다. jno0x4a; jo 0x4a", "jg 177x0" 명령어에 대한 "\47ELF" 라인은 진입점으로 전달하는 데 사용됩니다. Unix 시스템은 exec 명령을 사용하는 쉘 코드를 실행하여 이름 없는 파이프를 통해 실행 코드를 전달합니다. 제안된 방법의 한계는 Thompson Shell 호환 모드를 지원하는 쉘만 사용하여 Unix 계열 운영 체제에서 실행할 수 있다는 것입니다.

qemu-x86_64 호출은 추가 이식성을 제공하며 x86_64 아키텍처용으로 컴파일된 코드가 ARM 프로세서가 장착된 Raspberry Pi 보드 및 Apple 장치와 같은 비 x86 플랫폼에서 실행될 수 있도록 합니다. 또한 이 프로젝트는 운영 체제(베어메탈) 없이 실행되는 독립형 애플리케이션을 만드는 데 사용될 수도 있습니다. 이러한 응용 프로그램에서는 부트로더가 실행 파일에 연결되고 프로그램은 부팅 가능한 운영 체제 역할을 합니다.

프로젝트에서 개발된 표준 C 라이브러리 libc는 2024개의 기능을 제공합니다(첫 번째 릴리스에는 약 1400개의 기능이 있었습니다). 성능 측면에서 Cosmopolitan은 glibc만큼 빠르게 작동하며 Musl 및 Newlib보다 눈에 띄게 앞서 있습니다. 하지만 Cosmopolitan은 glibc보다 코드 크기가 훨씬 작고 대략 Musl 및 Newlib에 해당합니다. memcpy, strlen 등 자주 호출되는 함수를 최적화하기 위해 매크로 바인딩을 사용하여 함수를 호출하는 "트리클다운 성능" 기술이 추가로 사용됩니다. 여기서 컴파일러는 코드 실행과 관련된 CPU 레지스터에 대한 정보를 받습니다. 변경 가능한 레지스터만 저장하여 CPU 상태를 저장할 때 리소스를 절약할 수 있는 프로세스입니다.

새 릴리스의 변경 사항은 다음과 같습니다.

• zip 파일 내의 내부 리소스에 액세스하기 위한 구성표가 변경되었습니다(파일을 열 때 이제 zip:.. 접두사를 사용하는 대신 일반적인 /zip/... 경로가 사용됩니다). 마찬가지로 Windows에서 디스크에 액세스하려면 "C:/..." 대신 "/c/..."와 같은 경로를 사용할 수 있습니다.
• 범용 실행 파일의 형식을 정의하는 새로운 APE(Actually Portable Executable) 로더가 제안되었습니다. 새로운 로더는 mmap을 사용하여 프로그램을 메모리에 배치하고 더 이상 내용을 즉시 변경하지 않습니다. 필요한 경우 범용 실행 파일을 개별 플랫폼에 묶인 일반 실행 파일로 변환할 수 있습니다.
• Linux 플랫폼에서는 binfmt_misc 커널 모듈을 사용하여 APE 프로그램을 실행할 수 있습니다. binfmt_misc를 사용하는 것이 가장 빠른 시작 방법입니다.
• Linux의 경우 OpenBSD 프로젝트에서 개발한 promise() 및 unveil() 시스템 호출 기능 구현이 제안되었습니다. C, C++, Python 및 Redbean 프로그램에서 이러한 호출을 사용하기 위한 API와 임의 프로세스를 격리하기 위한 promise.com 유틸리티가 제공됩니다.
• 빌드에서는 Landlock Make 유틸리티(보다 엄격한 종속성 검사 기능과 Landlock 시스템 호출을 사용하는 GNU Make 버전)를 사용하여 프로그램을 시스템의 나머지 부분과 격리하고 캐싱 효율성을 향상시킵니다. 옵션으로 일반 GNU Make를 사용하여 빌드하는 기능이 유지됩니다.
• 멀티스레딩을 위한 함수(_spawn() 및 _join())가 구현되었습니다. 이는 다양한 운영 체제에 특정한 API를 통한 범용 바인딩입니다. POSIX 스레드 지원을 구현하기 위한 작업도 진행 중입니다.
• _Thread_local 키워드를 사용하면 스레드별로 별도의 저장소(TLS, Thread-Local Storage)를 사용할 수 있습니다. 기본적으로 C 런타임은 기본 스레드에 대해 TLS를 초기화하므로 최소 실행 파일 크기가 12KB에서 16KB로 늘어났습니다.
• 모든 함수 호출 및 stderr에 대한 시스템 호출에 대한 정보를 출력하기 위해 "--ftrace" 및 "--strace" 매개변수에 대한 지원이 실행 파일에 추가되었습니다.
• Linux 5.9+, FreeBSD 8+ 및 OpenBSD에서 지원되는 closefrom() 시스템 호출에 대한 지원이 추가되었습니다.
• Linux 플랫폼에서는 vDSO(가상 동적 공유 객체) 메커니즘을 사용하여 clock_gettime 및 gettimeofday 호출의 성능이 최대 10배 향상되었습니다. 이를 통해 시스템 호출 핸들러를 사용자 공간으로 이동하고 컨텍스트 전환을 피할 수 있습니다.
• 복소수 작업을 위한 수학 함수가 Musl 라이브러리에서 이동되었습니다. 많은 수학 함수의 작업이 가속화되었습니다.
• 네트워크 기능을 비활성화하기 위해 nointernet() 함수가 제안되었습니다.
• 효율적으로 문자열을 추가하기 위한 새로운 함수 추가:append,appendf,appendr,appends,appendw,appendz,kappendf,kvappendf,vappendf.
• 높은 권한으로 작동하도록 설계된 kprintf() 함수 계열의 보호 버전을 추가했습니다.
• SSL, SHA, curve25519 및 RSA 구현의 성능이 크게 향상되었습니다.

출처 : opennet.ru