23、Arachne：用于系统应用的表达性切面语言

Arachne：用于系统应用的表达性切面语言

1. 引言

在现实世界中，应用程序通常由多个不同的关注点组成。系统级C应用也不例外，安全、网络、缓存和预取等问题往往分散在整个程序代码中。在服务器环境中，这些问题需要在运行时进行隔离和处理，因为服务器的停机时间必须尽可能短。

例如，安全漏洞（如双重释放错误和缓冲区溢出）可能在服务器部署后才被发现；硬件资源可能不足，需要使用更合适的网络协议或在Web缓存中引入预取策略。以Squid Web缓存为例，这些问题分散在大量代码中，而且为了避免性能损失，不能停止该应用程序。

面向方面编程（AOP）理论上可以对这些横切关注点进行模块化处理。然而，这些关注点具有三个特点，使得基本的切面技术难以应用：
- 这些关注点在执行点之间存在复杂的关系，例如网络协议通常用执行点序列来表达，而非单个执行点。
- 需要在应用程序运行时“即时”处理这些关注点，因此需要动态切面编织器。
- 由于性能考虑，这些关注点在设计时缺乏模块化，使用面向方面（AO）技术应尽量减少对效率的影响。

目前，现有的C语言切面系统都不适合对这些关注点进行模块化处理。本文介绍了Arachne系统，它的核心是一种新的表达性切面语言，提供了序列构造，可对函数调用事件和全局变量的本地别名访问进行量化。

2. 动机

传统C应用涉及多个横切关注点，在切面语言的表达能力和编织器的约束方面都具有挑战性。下面讨论C应用中的四个关注点：

2.1 双重释放错误

Unix系统引入了 brk 系统调用，允许程序动态调整堆的大小。后来，标准C库提供了