20.3 高级编程语言选择 --- Golang

接下来我们看一下对比方法，图中左边是Biscuit，这是一个我们为了论文专门用Golang写的内核，它以大概类似的方式提供了Linux中系统调用的子集。Biscuit和Linux的系统调用有相同的参数和相同的调用方式。并且我们在内核之上运行的是相同的应用程序，这里的应用程序是NGINX，这是一个web server，这里我们将相同的应用程序分别运行在Biscuit和Linux之上，应用程序会执行相同的系统调用，并传入完全相同的参数，Biscuit和Linux都会完成涉及系统调用的相同操作。之后，我们就可以研究高级编程语言内核和Linux之间的区别，并讨论优劣势是什么。以上就是对比方法的核心。

因为Linux和Biscuit并不完全一样，它们会有一些差异，所以我们花费了大量的时间来使得这里的对比尽可能得公平。

有很多同学可能会问，这里会使用什么样的高级编程语言呢？基于以下原因，我们选用了Golang。

• 这是一个静态编译的编程语言，和Python不同，这里没有解释器。我们喜欢静态编译的语言的原因是编译语言性能通常更好，实际上Go编译器就非常好，所以基本上来说这是一种高性能编程语言。

• 另外，Golang被设计成适合系统编程，而内核就是一种系统编程所以Golang也符合这里的场景。例如：

  • Golang非常容易调用汇编代码，或者其他的外部代码

  • Golang能很好地支持并发

  • Golang非常的灵活

• 另一个原因是Golang带有Garbage Collector。使用高级编程语言的一个优点就是你不需要管理内存，而GC是内存管理的核心。

在我们开始写论文的时候，Rust并不十分流行，并且也不是十分成熟和稳定。但是如果你现在再做相同的事情，你或许会想要用Rust来实现。因为Rust也是为系统编程而设计，它有一个小的运行时，它能生成好的代码。不过Rust相比Golang还有一个缺点，Rust认为高性能程序不能有GC，所以Rust不带GC。实际上Rust的类型系统以一种非常聪明且有趣的方式实现，所以GC对于Rust并不是必须的。这里涉及到一个有趣的问题：通过高级编程语言实现内核时，GC的代价到底有多少？而Rust通过不使用GC而跳过了这个问题。

学生提问：如果我们这里使用Rust而不是Golang来实现高级编程语言内核，通过一定的优化有没有可能达到比C内核更高的性能？

Frans教授：因为我们没有做过这样的实验，所以我就猜一下。我觉得不会有比C内核更高的性能，但是基本在同一个范围内。因为C是如此的底层，你可以假设你在Rust做的工作，都可以在C中完成。

这里有一个问题，并且在这节课最后我们会再次回顾这个问题。我们想要使用高级编程语言内核的部分原因是为了避免一类特定的Bug，那么你可以问自己的一个问题的是，你们在实验中遇到的Bug，是否可以通过使用高级编程语言来避免？我肯定你可以回想起一些Bug，它们耗费了你很多的时间，很多精力，现在你可以问自己，如果实验中的XV6是使用某种高级编程语言实现的，你的生活会不会更轻松一些？你是否能有更多时间做一些其他的事情。让我们记住这个问题，并在这节课结束的时候再看这个问题。