Coccinelle. Linux միջուկի աղբյուրից աղբյուր փոխակերպման գործիք

Coccinelle-ը աղբյուրից-աղբյուր փոխակերպման հզոր գործիք է, որն ի սկզբանե նախագծված է ավտոմատացնելու լայնածավալ փոփոխությունները Linux միջուկի կոդերի բազայում: Այն օգտագործում է տիրույթին հատուկ լեզու, որը կոչվում է SmPL (Semantic Patch Language)՝ արտահայտելու կոդերի օրինաչափություններ և փոխակերպումներ՝ հնարավորություն տալով ծրագրավորողներին գտնել և շտկել սխալները, թարմացնել հնացած API-ները և վերափոխել C կոդերի միլիոնավոր տողեր վիրաբուժական ճշգրտությամբ:

Ի՞նչ է Coccinelle-ը և ինչո՞ւ է դա անհրաժեշտ Linux միջուկին:

Լինուքսի միջուկը պատմության մեջ խոշորագույն համատեղ ծրագրային նախագծերից մեկն է, որը պարունակում է կոդերի ավելի քան 30 միլիոն տող, որոնք տրամադրվել են հազարավոր մշակողների կողմից: Երբ ներքին API-ն փոխվում է կամ հայտնաբերվում է կրկնվող սխալի օրինաչափություն, յուրաքանչյուր տուժած ֆայլի ձեռքով թարմացումը ոչ միայն հոգնեցուցիչ է, այլ գործնականում անհնար է առանց նոր սխալների ներմուծման: Սա հենց այն խնդիրն է, որի համար ստեղծվել է Coccinelle-ը:

Մշակված Inria-ի և Կոպենհագենի համալսարանի հետազոտողների կողմից՝ Coccinelle-ը թույլ է տալիս միջուկի սպասարկողներին գրել իմաստային պատչեր՝ հակիրճ կանոններ, որոնք նկարագրում են և՛ կոդի օրինակը, որը պետք է համապատասխանի, և՛ փոխակերպումը, որը պետք է կիրառել: Ի տարբերություն պարզ տեքստի որոնման և փոխարինման կամ կանոնավոր արտահայտությունների, Coccinelle-ն հասկանում է C-ի շարահյուսությունը և իմաստաբանությունը: Այն կարող է համընկնել կոդին՝ անկախ բացատներից, փոփոխականների անվանումներից կամ կառուցվածքային փոքր տարբերություններից, ինչը շատ ավելի հուսալի է դարձնում լայնածավալ ավտոմատացված վերամշակման համար:

Իր ներդրումից ի վեր Coccinelle-ն պատասխանատու է Linux միջուկում հազարավոր պարտավորությունների համար, և դրա ինտեգրումը միջուկի զարգացման աշխատանքային հոսքին այն դարձրել է էկոհամակարգի անփոխարինելի մասը:

Ինչպե՞ս է աշխատում SmPL-ը (իմաստային կարկատակի լեզուն):

Coccinelle-ի հիմքում ընկած է SmPL-ը, որը կարկատանի նման նշում է, որը թույլ է տալիս ծրագրավորողներին արտահայտել փոխակերպումները այնպես, որ ծանոթ լինի: Իմաստային կարկատակը նման է միասնական տարբերությանը, որն օգտագործում է -` նշելու կոդը, որը պետք է հեռացվի, և +` նշելով, թե ինչ պետք է փոխարինի այն: Այնուամենայնիվ, SmPL-ն աշխատում է վերացական շարահյուսական ծառի մակարդակով, այլ ոչ թե հում տեքստի վրա:

Օրինակ, եթե միջուկը հնազանդում է այնպիսի ֆունկցիա, ինչպիսին է kmalloc-ը, որը զուգակցված է memset-ի հետ` հօգուտ kzalloc-ի, ծրագրավորողը կարող է գրել կարճ SmPL կանոն, որը կհամապատասխանի հին օրինաչափության բոլոր օրինակներին ամբողջ կոդերի բազայում և այն ինքնաբերաբար փոխարինում է: Կանոնը հաշվի է առնում արգումենտների հերթականության, ցուցիչի տեսակների և հարակից համատեքստի տատանումները. ոչ մի կանոնավոր արտահայտություն չի կարող հուսալիորեն կարգավորել:

«Coccinelle-ը ոչ միայն գտնում է տեքստի համընկնում, այլ հասկանում է կոդի կառուցվածքը: Այս իմաստային իրազեկումն այն է, ինչը թույլ է տալիս նրան փոխակերպումներ կատարել կոդերի միլիոնավոր տողերում՝ առանց ռեգրեսիաներ ներմուծելու, ինչը նրան առանձնացնում է գտնելու և փոխարինելու բոլոր ընդհանուր գործիքից»:

SmPL-ն աջակցում է նաև մետափոփոխականներին, որոնք գործում են որպես նիշեր, որոնք կարող են համապատասխանել ցանկացած արտահայտության, նույնացուցիչի կամ տեսակի: Սա կանոնները դարձնում է շատ վերօգտագործելի և հարմարեցված օրինաչափություններին, որոնք մի փոքր տարբեր ձևերով են երևում կոդերի բազայում:

Որո՞նք են Coccinelle-ի օգտագործման ամենատարածված դեպքերը:

Coccinelle-ի բազմակողմանիությունը գերազանցում է պարզ API-ի միգրացիան: Միջուկի մշակողները և սպասարկողները հիմնվում են դրա վրա առաջադրանքների լայն շրջանակի համար, որոնք հակառակ դեպքում հսկայական ժամանակ և ուշադրություն կխլեն:

• API-ի էվոլյուցիա. Երբ ֆունկցիաների ստորագրությունները փոխվում են կամ փաթեթավորվում են, Coccinelle-ը կարող է ավտոմատ կերպով թարմացնել զանգերի յուրաքանչյուր կայք՝ ապահովելով ենթահամակարգերի հետևողականությունը:
• Bug detection: SmPL rules can identify recurring bug patterns such as missing null checks, incorrect error handling, use-after-free conditions, and resource leaks.
• Կոդերի արդիականացում. Քանի որ կոդավորման ստանդարտները զարգանում են, Coccinelle-ն օգնում է տեղափոխել ժառանգական օրինաչափությունները ժամանակակից համարժեքներ, օրինակ՝ փոխարինելով ձեռքով գլորված օղակները ստանդարտացված մակրոներով:
• Գրավի զարգացումներ. Երբ գրադարանը կամ վարորդի միջերեսը փոխվում է, բոլոր կախված ծածկագիրը պետք է հարմարվի: Coccinelle-ն կառավարում է այս «կողմնակի զարգացումները»՝ փոփոխություններ տարածելով յուրաքանչյուր ստորին սպառողի վրա:
• Ոճի կիրառում․