Издание на стандардната библиотека C Cosmopolitan 2.0, развиена за преносливи извршни датотеки

Објавено е објавувањето на проектот Cosmopolitan 2.0, развивајќи ја стандардната библиотека C и универзален формат на извршна датотека што може да се користи за дистрибуција на програми за различни оперативни системи без употреба на толкувачи и виртуелни машини. Резултатот добиен со компајлирање во GCC и Clang се компајлира во статички поврзана универзална извршна датотека што може да се изврши на која било дистрибуција на Linux, macOS, Windows, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, па дури и повикана од BIOS-от. Проектниот код се дистрибуира под лиценцата ISC (поедноставена верзија на MIT/BSD).

Контејнерот за генерирање на универзални извршни датотеки се заснова на комбинирање сегменти и заглавија специфични за различни оперативни системи (PE, ELF, MACHO, OPENBSD) во една датотека, комбинирајќи неколку различни формати што се користат во Unix, Windows и macOS. За да се осигура дека една извршна датотека работи на системите Windows и Unix, трик е да се кодираат датотеките на Windows PE како скрипти на школка, искористувајќи го фактот што Thompson Shell не го користи маркерот за скрипта „#!“. За да креирате програми кои вклучуваат неколку датотеки (поврзување на сите ресурси во една датотека), тој поддржува формирање на извршна датотека во форма на специјално дизајнирана ZIP архива. Шема на предложениот формат (пример апликација hello.com):

MZqFpD='BIOS BOOT SECTOR' exec 7 $(command -v $0) printf '\177ELF...LINKER-ENCODED-FREEBSD-HEADER' >&7 exec "$0" "$@" exec qemu-x86_64 "$0" "$ @" излез 1 ВИСТИНСКИ РЕЖИМ… ELF SEGMENTS… OPENBSD ЗАБЕЛЕШКА… MACHO HEADER… КОД И ПОДАТОЦИ… ZIP ДИРЕКТОР…

На почетокот на датотеката, означена е ознаката „MZqFpD“, која се перцепира како заглавие на форматот Windows PE. Оваа низа е исто така декодирана во инструкцијата „pop %r10; jno 0x4a ; jo 0x4a“, и линијата „\177ELF“ до инструкцијата „jg 0x47“, кои се користат за проследување до влезната точка. Системите Unix користат школка која ја користи командата exec, пренесувајќи го извршниот код низ неименувана цевка. Ограничување на предложениот метод е можноста да се работи на оперативни системи слични на Unix само со користење на школки кои поддржуваат режим на компатибилност на Thompson Shell.

Повикот qemu-x86_64 обезбедува дополнителна преносливост и дозволува кодот компајлиран за архитектурата x86_64 да работи на платформи кои не се x86, како што се плочките Raspberry Pi и уредите на Apple опремени со ARM процесори. Проектот може да се користи и за креирање самостојни апликации кои работат без оперативен систем (гол метал). Во такви апликации, подигнувачот е прикачен на извршната датотека, а програмата делува како бутабилен оперативен систем.

Стандардната библиотека C libc развиена од проектот нуди 2024 функции (во првото издание имаше околу 1400 функции). Во однос на перформансите, Cosmopolitan работи брзо како glibc и е забележливо пред Musl и Newlib, и покрај фактот што Cosmopolitan е помал по големина на код од glibc и приближно одговара на Musl и Newlib. За да се оптимизираат често повикуваните функции како memcpy и strlen, дополнително се користи техниката „trickle-down performance“, во која се користи макро врзување за повикување на функцијата, во која компајлерот е информиран за регистрите на процесорот вклучени во извршувањето на кодот. процес, кој овозможува заштеда на ресурси при зачувување на состојбата на процесорот со зачувување само променливи регистри.

Меѓу промените во новото издание:

• Шемата за пристап до внатрешните ресурси во zip-датотеката е променета (при отворање на датотеки, сега се користат вообичаените патеки /zip/... наместо да се користи префиксот zip:..). Слично на тоа, за пристап до дисковите во Windows, можно е да се користат патеки како „/c/...“ наместо „C:/...“.
• Предложен е нов подигнувач APE (Actually Portable Executable), кој го дефинира форматот на универзалните извршни датотеки. Новиот натоварувач користи mmap за да ја смести програмата во меморијата и повеќе не ја менува содржината во лет. Доколку е потребно, универзалната извршна датотека може да се конвертира во обични извршни датотеки врзани за поединечни платформи.
• На платформата Линукс, можно е да се користи модулот за јадрото binfmt_misc за извршување на програмите APE. Забележано е дека користењето binfmt_misc е најбрзиот метод за лансирање.
• За Linux, предложена е имплементација на функционалноста на системските повици pledge() и unveil() развиени од проектот OpenBSD. Обезбедено е API за користење на овие повици во програми во C, C++, Python и Redbean, како и алатка pledge.com за изолирање на произволни процеси.
• Изградбата ја користи алатката Landlock Make - издание на GNU Make со построга проверка на зависноста и користење на системскиот повик Landlock за да се изолира програмата од остатокот од системот и да се подобри ефикасноста на кеширањето. Како опција, можноста за градење со обичен GNU Make е задржана.
• Имплементирани се функции за повеќенишки - _spawn() и _join(), кои се универзални врзувања преку API-и специфични за различни оперативни системи. Во тек е работа и на имплементација на поддршката на POSIX Threads.
• Можно е да се користи клучниот збор _Thread_local за да се користи посебно складирање за секоја нишка (TLS, Thread-Local Storage). Стандардно, времето за извршување C го иницијализира TLS за главната нишка, што предизвика минималната големина на извршната датотека да се зголеми од 12 KB на 16 KB.
• Поддршката за параметрите „--ftrace“ и „--strace“ е додадена во извршните датотеки за да се извлечат информации за сите повици на функции и системски повици до stderr.
• Додадена е поддршка за системскиот повик closefrom(), поддржан на Linux 5.9+, FreeBSD 8+ и OpenBSD.
• На платформата Linux, перформансите на повиците clock_gettime и gettimeofday се зголемени до 10 пати со користење на механизмот vDSO (виртуелен динамичен споделен објект), што овозможува да се премести управувачот на системски повици во корисничкиот простор и да се избегнат прекинувачите на контекстот.
• Математичките функции за работа со сложени броеви се преместени од библиотеката Musl. Работата на многу математички функции е забрзана.
• Функцијата nointernet() е предложена за оневозможување на мрежните способности.
• Додадени се нови функции за ефикасно додавање низи: appendd, appendf, appendr, appends, appendw, appendz, kappendf, kvappendf и vappendf.
• Додадена е заштитена верзија на семејството на функции kprintf(), дизајнирана да работи со зголемени привилегии.
• Значително подобрени перформанси на имплементациите на SSL, SHA, curve25519 и RSA.

Извор: opennet.ru