Muito além do GNU: Os vários sabores de bibliotecas C

Muito além do GNU: Os vários sabores de bibliotecas C

Muito além do GNU: Os vários sabores de bibliotecas C

 Alguns dias atrás me deparei com o link do site osdev.org sobre implementações de biblioteca C; trata-se de um artigo bem interessante mas muito curto. Como eu já fiz vídeos e artigos relacionados ao tema para a minha série Muito além do GNU (lembrem-se que tudo no Linux é uma questão de escolha. Escolha diz mais respeito a liberdade do que uma ideologia ou uma simples licença), eu resolvi então explorar este texto fazendo minhas observações sobre cada uma delas acrescentando mais informação e adicionando outras.

 As bibliotecas C mais populares são a glibc, uclibc, musl e dietlibc; mas há um mundo muito mais vasto e amplo do que você pode imaginar e aqui vou eu abordar muitas outras. No total, até o momento eu cataloguei por volta de 18 diferentes implementações de biblioteca C.

 Eu não pretendo seguir na mesma ordem que está descrita no artigo e sim na minha própria ordem; basicamente, a ordem que eu conheci ou de forma que eu considero mais coerente de explicar.


Toca do Tux: uutils: Um coreutils escrito na linguagem Rust
Toca do Tux: uutils: Um coreutils escrito na linguagem Rust

There is a comparison table (http://www.etalabs.net/compare_libcs.html) of some of these.


Glibc

 De autoria de Roland McGrath e graças aos esforços de vários projetos e empresas que a mantem para que possam utilizá-la no Linux, é uma biblioteca absolutamente completa e possui suporte a quase todas as arquiteturas. Uma observação muito interessante feita no site:

"Ela não é escrita com nada além do Linux em mente, tornando-a um port difícil."

 Sim, apesar de a glibc ser uma biblioteca do projeto GNU, tecnicamente a glibc é uma biblioteca do Linux. Isso ocorreu porque no inicio dos anos 90 os desenvolvedores de Linux perceberam que glibc carecia de muitos recursos necessários para Linux e assim eles criaram um fork da versão 1.x que foi nomeada simplesmente libc e que conhecemos como libc4 que foi a ultima com suporte ao padrão a.out, a libc5 (/lib/libc.so.5 a primeira a ter suporte ao padrão ELF no lugar do a.out. Há algumas fontes que afiram que havia código da bibliotecas C do 4.4BSD, mas o link do projeto gnu não está mais disponível) e libc6 (/lib/libc.so.6) e foram o padrão nas distribuições Linux durante um bom tempo. A glibc 2.0 surgiu da libc6 e com o tempo, por uma questão de padronização, as distribuições voltaram a utilizar a glibc. Mais informações da libc5 e libc6 podem ser lidos clicando aqui. Já para saber mais sobre libc4, libc5 e libc6 consulte a manpage (man 7 libc).

 Houve também a Eglibc que foi uma variante da glibc fortemente focada em embarcados e com uma série opções e de suporte a arquiteturas que a glibc não possuía (especialmente PowerPC). A Eglibc foi a biblioteca padrão do Debian 5 e possuía suporte de um consorcio. O código da Eglibc foi fundido ao código da glibc na versão 2.20.

 No final das contas a GlibC se beneficiou muito do Linux assim como quase todas as ferramentas do projeto GNU. É difícil prever a linha do tempo das ferramentas GNU sem o Linux.

 Uma das grandes desvantagens da glibc podemos mencionar é o fato de  gerar binários muito grandes. no artigo Analisando 6 diferentes implementações do comando sed eu descrevo uma curiosidade relatada por Rob Landley que, um simples código "hello World" linkado estaticamente à glibc, gera um binário de 400k... Não é a toa que os desenvolvedores de embarcados se declaram inimigos mortais da glibc.

 E a outra desvantagem é estar sob a licença GPL que está em decadência desde 2007 por ser uma licença muito restritiva (até hoje não entendo o conceito de liberdade em algo tão restritivo. Algo totalmente incoerente).A criação da GPLv3 foi uma corda no pescoço da licença e já houveram planos no passado para migra a glibc para a terceira versão. Ainda bem que isso não ocorreu pois geraria um grande colapso nos projetos.


uClibc

 uClibc (pronuncia-se yew-see-lib-see) é uma biblioteca para Linux em embarcados no projeto µClinux. Bem menor do que a glibc porém com suporte a quase todas as suas aplicações e quase todas as arquiteturas (alpha, amd64, ARM, Blackfin, cris, h8300, hppa, i386, i960, ia64, m68k, mips/mipsel, PowerPC, SH, SPARC e v850). 

 Foi escrita do zero por Erik Andersen, ex mantenedor do Busybox (que passou a bola para Rob Landley, autor do terminal de comandos toybox), iniciando em 1999 tendo apenas algumas partes de código derivados da glibc como pthreads (threads do Linux, o mesmo recurso que querem fazer uso dentro do sistema operacional RTOS X5) e o suporte a números randomicos.

 O uClibc foi descontinuada por volta de 2012 e criaram um fork chamado uClibc-ng. Aé aonde se sabe, existem poucos mantenedores da uClibc-ng, ou talvez somente um, sob o argumento que é a única que possui suporte a algumas plataformas de hardware antigos.

 Está sob a licença LGPL e o site da uClibc-ng pode ser conferido clicando aqui.


Musl

 Musl já apareceu várias vezes tanto aqui no blog quanto no canal. É construída sobre a API do Linux e a API POSIX e tem como princípios a simplicidade, eficiência de recursos, atenção em correções, segurança sob exaustão de recurso, fácil deploy e suporte de primeira classe para textos UTF-8/multilingual. A musl permite gerar binários menores (mesmo linkados estaticamente) e rápidos. Rich Felker criou o conceito Quality Safe Code; o que leva a biblioteca a ser correta no quesito conformidade e segurança.

Mais sobre a biblioteca Musl pode ser lido clicando aquioca do Tux: musl

 Com o fim da uClibc e depois de ter péssima experiência com programas linkados a outras bibliotecas (seja de forma dinâmica ou estática) que apresentaram falhas, Rich  Felker desenvolveu a musl como uma alternativa a glibc e a Uclibc para oferecer melhor experiência no uso de aplicações linkadas estaticamente (tanto no conceito de segurança quanto eficiência) em embarcados, servidores de desktops.



 Inicialmente esteve sob a licença GPL porém, depois de conversa com Rob Landley (autor do toybox) passou a disponibilizar a musl sob a licença MIT. Hoje a musl é utilizada como padrão nas distribuições Alpine Linux que é inclusive utilizada nas imagens DockerAdelie Linux que é baseada no Gentoo Linux e eu pretendo fazer um vídeo de Os vários Sabores de LinuxVoid Linux que foi criada para implementar os gerenciador de pacotes xbps (haja coragem); Alpaquita Linux criada pela empresa Bell soft para a execução de aplicações Java; Glaucus Linux que, diferente da distribuição Alpine Linux, faz uso do toybox como userspace ao invés do busybox (tive a honra de receber seu autor no meu canal) e há planos para a sua adoção no Debian e no Android.

 Possui em torno de 1200 funções além de todo um conjunto de funções matemática e de printf, porém ainda faltam system calls para serem implementadas. Natanael Copa, autor da distribuição Alpine Linux descreve em sua palestra o que é necessário para substituir a glibc pela musl. Foi a primeira biblioteca a adotar mutexes safe que o pessoal considera incrível, condvars e a primeira a ter working thread cancellation sem race conditions (todos recursos que foram ignorados por outras implementações).


Diet libc

 De autoria do alemão Felix von Leitner, foi criada com foco em otimização de tamanho dos binários assim como a musl e cumpre muito bem esse papel. Eu mesmo já fiz analises tanto no canal quanto aqui no blog compilando o embutils, o minised e o init system runit e os resultados de sua otimização de binários são surpreendentes. Há um vídeo no meu canal onde relato a sua história e recursos interessantes.

Está sob a licença GPLv2 mantendo a compatibilidade com a licença do kernel Linux, sua. Sua ultima versão foi em 2018 e há muitos recursos faltando conforme podemos conferir no link do Ethalabas porém, mesmo que não seja uma informação de conhecimento público, é uma biblioteca muito utilizada no mercado; então as empresas concentram esforços em sua continuidade.

Mais sobre a diet libc pode ser conferido aqui no blog


skalibs

 skalibs é um pacote que centraliza bibliotecas C pequenas e seguras utilizadas para a construção de todos programas da skarnet.org. A ideia é não ter que baixar e compilar bibliotecas grandes e se preocupar com problemas de portabilidade. skalibs está sob a licença ISC e pode ser baixada através do comando

git clone git://git.skarnet.org/skalibs

 ou através de seu repositório GitHub mirror.

Saiba mais sobre a origem da skalibs clicando aqui


Newlib

 Newlib é uma biblioteca fortemente focada em embarcado. Alias, essa é uma das bibliotecas mais amada pelos desenvolvedores de embarcados. É utilizado até mesmo pelos amantes de Dreamcast (e eu não gosto, né). Ela conglomera várias partes de biblioteca sob licenças open-source. e em seu site oficial só é disponibilizada na forma de código fonte.

 Possui suporte a mais ou menos 400 funções e requer threading. Nesse embalo surge a Relibc.


Relibc

 relibc é uma biblioteca C POSIX escrita em Rust. De origem do sistema operacional redoxOS e possui port para Linux. Foi desenvolvida para ser uma alternativa a newlib (por isso coloquei nessa ordem) no RedoxOS e também possuir suporte a system calls do Linux (se system calls Linux tem muito bem) por meio do sc crate.


Bionic

 Bionic é a principal biblioteca do Android; foi construída com porões de bibliotecas do NetBSD,  do OpenBSD, porções de bibliotecas de FreeBSD e partes próprias. Está sob a licença BSD para evitar os conflitos que vem ocorrendo com a GPL; existe até uma política do Android de não haver programas sob GPL no user space do Android.

 Possui suporte a arquiteturas ARM e depois foi estendida a x86 além de suporte a interfaces do kernel Linux. existem algumas limitações como não possuir suporte a locales (até aonde me lembro, a musl também não possui quando tentei compilar o htop que descobri isso), a libthread_db ou libm e possui sua propria implementação pthreads baseada nos futexes do Linux. Existe um relato do Rob Landley que para poder executar o X11 no Android, seria necessário reescrever várias parte do X11 para ser compatível com a Bionic.


olibc

 olibc (Another C Library optimized for Embedded Linux) derivada da bionic, o objetivo da olibc é fundir as melhorias feitas por várias empresas de SoC como a Qualcomm, Texas Instruments, Linaro, etc. A olibc pode se beneficiar de recursos do ARMv7 como NEON, Thumb-2, VFPv3/VFPv4 e as ultimas otimizações de recentes versões dos compiladores.


PDCLib

 PDCLib (ou The Public Domain C Library) visa fornecer uma implementação completa do padrão C99 (nada mais, nada menos do que definido no ISO/IEC 9899. Nem mesmo outras extensões como POSIX) sob a licença CC0 ("No rights reserved").

 Foi desenvolvida originalmente por Martin “Solar” Baute em 2002 e depois de 10 anos, Erin Shepherd assumiu o desenvolvimento até 2018 que implementou muitos recursos significativos (o currículo da Erin é incrível). Em 2018, Martin retornou ao desenvolvimento da PDClib.

 A versão 1.0 ainda não foi disponibilizado mas a PDClib é boa para linkar ao kernel e possui suporte a 120 funções e não possui suporte. Tudo o que já foi implementado pode ser conferido no site oficial clicando aqui:



GitHub da PDCLIB

GitHub da Erin Shepherd

PDCLIB no GitHub do XboxDev


PDPCLIB

 Não confunda PDCLIB (The Public Domain C Library visto anteriormente) com a PDPCLIB (Public Domain Project C Library. Um P a mais e pode confundir dois projetos). Essa biblioteca faz parte do projeto PDOS (Public Domain Operating System) que se trata (digamos) de um clone antigo MSDOS. (mas com suporte tanto a 32 bits do Windows e do MSDOS. Há uma de suas distribuições com suporte a API MVS API em AMODE de 24, 31, 32 e 64 bit).


 A PDPCLIB é biblioteca do PDOS que visa ser uma biblioteca C que visa junto ao GCCMVS (um port do GCC para mainframes da IBM) produzir binários sem restrições devido a sua licença (domínio público). A PDPCLIB segue os padrões da ISO/IEC 9899:1990 (aka ANSI X3.159-1989 aka C90 aka C89) e funciona não somente no MSDOS, no Win32 e no  PDOS/386 mas também no OS/2, MVS (mainframe), CMS, VSE e AmigaOS. 


mlibc

 Escrita em C++, mlibc tem como foco ser totalmente portável e na modularidade. mlibc possui uma variedade de recursos POSIX/Linux/ANSI e é capaz de executar vários programas como Weston, GCC, LLVM, Bash, GTK2/3 e muitos outros mas sem perder o foco na portabilidade (assumindo poucas systemcalls do sistema operacional hospedeiro). Está sob a licença MIT.

mlibc - an existing libc with similar goals to LLVM libc - Runtimes / C - LLVM Discussion Forums


Libc11

 Como o próprio nome já menciona, é focada em ser escrita totalmente na implementação do padrão C11 (ISO/IEC 9899:2011)  e nada mais. Está sob a licença unlicense (public domain), teve seu inicio em 2014 porém seu desenvolvimento anda bem parado. Seu antigo site (http://libc11.org/) está fora do ar, mas existem alguns repositórios git que podem ser encontrados.

GitHub - public-domain/libc11: implementation of the C11 standard library

GitHub - dryc/libc11: A public domain implementation of the C11 standard library.


klibc

 Na computação, klibc é um subconjunto minimalista da biblioteca C padrão desenvolvida por H. Peter Anvin. Ele foi desenvolvido principalmente para ser usado durante o processo de inicialização do Linux e faz parte do espaço inicial do usuário, ou seja, componentes usados durante a inicialização do kernel, mas que não são executados no modo kernel.



Documentação sobre a klibc

Link para baixar a klibc no site kernel.org (e tem gente que acha que o site do kernel só tem kernel)

Mais sobre o Initramfs pode ser lido no site LWN.net


nolibc

 Essa é uma biblioteca do kernel Linux. Foi adicionada ao kernel 5.0 no commit 66b6f755ad45 como uma biblioteca mínima que fornece emulação de baixo nível quando o Linux for inicializado somente para executar um único e minúsculo programa.

 Foi criado por Paul McKenney ao trabalhar para reduzir o tamanho do initrd (que é de 40MB) e do initramfs (que é 10MB) gerados pelo comando mkinitramfs e pelo dracut onde a maioria das coisas eram inúteis. Assim, eliminando o que não era necessário para o dash (e a maioria eram coisas relacionadas a biblioteca), Paul conseguiu reduzir para ~2MB.


Neatlibc

 Neatlibc foi desenvolvida pelo iraniano Ali Gholami Rudi para focar principalmente em bootstrapping de seu compilador neatcc. a neatlibc possui suporte as arquiteturas x86, x86_64, ARM de 32 bits; há muitas funções que não são implementadas na neatlibc mas a maioria dos programas desenvolvidos por Ali (http://litcave.rudi.ir/) podem ser compilados com o neatcc e linkados a neatlibc.


Sortix Libc

 Escrita do zero para o sistema operacional Sortix OS, foi implementada grandes partes do padrão POSIX que permite ter suporte a ~70 partes de software de terceiros.




libslack

 Libslack é uma pequena biblioteca de utilidades gerais que foi projetada com uma coleção de módulos e várias funcionalidades para torar a programação no UNIX/C um pouco mais fácil. A principio foi implementada para ser parte do programa daemon embora alguns códigos datam de antes do do daemon. A libslack possui vários recursos que podem ser conferidos clicando aqui. Está sob a licença GPLv3 e disponível para Linux, Solaris/OpenSolaris,OpenBSD, FreeBSD, NetBSD, MacOSX/macOS, kFreeBSD e GNU/Hurd.


MyOS libc

 E por ultimo temos a myOS libc que resumidamente seria você mesmo desenvolver sua própria biblioteca C. A ideia é servir como uma das soluções mais óbvias implementando os recursos personalizados que precisa a seu kernel e ao resto do sistema operacional sem camadas de portabilidade. Outra parte interessante seria a melhor integração com funcionalidades do seu hardware.


 O artigo não inclui o link para o desenvolvimento da biblioteca, então eu resolvi adicionar por conta própria.


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