ErrorOr:让错误变成类型,并在 syscall 关口翻译

ErrorOr:让错误变成类型

解法是给错误一个类型。ErrorOr<T>(third_party/Cinux-Base/include/cinux/expected.hpp)——一个值或错的判别联合体:要么持有一个 T(成功),要么持有一个 Error(失败),用一个内部标志区分。核心长这样:

cpp

// expected.hpp
template <typename T>
class ErrorOr {
    ErrorOr(T value);      // 成功:存值
    ErrorOr(Error err);    // 失败:存错

    bool ok() const;       // 成了吗
    T&   value();          // 取值——失败时调它,直接 assert 给你看
    Error error();         // 取错
};

那个 Error 不是个数字,是个有名字的枚举:

Ok / OutOfMemory / InvalidArgument / NotFound / IOError / AlreadyExists /
PermissionDenied / WouldBlock / BufferOverflow / NotImplemented /
BrokenPipe / ConnectionRefused / TimedOut / Busy

配一个 error_string(Error),把 Error::NotFound 翻成 "NotFound"。从此日志里再也不是光秃秃的 -1,而是"这是个 NotFound"——一眼就知道往哪查。

两个设计决定值得讲:

为什么不抛异常? 内核没有运行时,异常要靠 unwind 表和栈展开,那是用户态 C++ 的奢侈品,内核背不起。ErrorOr 是个判别联合体,零额外开销,还能把"这是个可能失败的调用"明明白白写进函数签名里——光看 ErrorOr<Inode*> lookup(...),你就知道它可能失败、失败时拿到的是个 Error。

value() 失败时为什么 assert? 这是刻意的。它把"你忘了先 ok() 检查、就直接取值"这种最常见的误用,从"静默用一个错误值"变成"当场炸给你看"。在内核里,炸在 assert 上,比把一个垃圾指针一路传到文件系统深处要好排查一万倍——编译器和 assert 替你盯着,而不是等用户态收到一个莫名其妙的 -1。

三种"会失败的调用",三种 ErrorOr

会失败的调用,失败的样子各不相同,ErrorOr 用三种形态对应。看 libs/ext2/ext2_common.hpp 的真实签名:

cpp

ErrorOr<int64_t> read (const Inode*, uint64_t off, void* buf, uint64_t cnt);  // 读:返回字节数
ErrorOr<void>    stat(const Inode*, struct stat* st);                          // 查属性:只关心成不成
ErrorOr<Inode*>  lookup(...);                                                  // 找一个对象:成功返指针

ErrorOr<int64_t>:像 read/write 这种"返回一个数量"的。成功时 value() 是字节数,0 干干净净表示 EOF——不再是"0 到底是 EOF 还是错"的歧义;
ErrorOr<Inode*>:像 lookup/create 这种"返回一个对象"的。失败时不用再靠"返 nullptr"这种和"合法的空值"混在一起的约定;
ErrorOr<void>:像 stat/unlink 这种"只关心成不成"的。ok() 就行,不占返回位。

这套用下来,错误有了名字、有了类型、有了"非处理不可"的强制性——三态歧义、信息丢失、编译器帮不上忙,三个老病一起治。

用户态看不懂 ErrorOr:syscall 关口的翻译

到这,内核内部全是 ErrorOr,干净。可用户程序看不懂 ErrorOr——它是个 C++ 类型,而系统调用是 ABI,用户态可能是 musl、busybox 写的 C 程序。Linux 的 ABI 约定是:syscall 失败返回负的 errno(比如 -ENOENT、-EACCES),C 库的 strerror(errno) 能把它说成人话。

所以内核在 syscall 这道关上做一次翻译。kernel/errno.hpp 有个 to_errno:

cpp

// kernel/errno.hpp —— 把内核的 Error 翻成 POSIX errno
constexpr int to_errno(cinux::lib::Error e);
// NotFound→ENOENT、PermissionDenied→EACCES、IOError→EIO ……

syscall handler 失败时这么写(kernel/syscall/sys_mkdir.cpp,真实代码):

cpp

auto parent_result = fs->lookup(parent_buf);
if (!parent_result.ok()) {
    return -to_errno(parent_result.error());   // Error 翻成 -errno,交给用户态
}
cinux::fs::Inode* parent = parent_result.value();  // ok 了才敢取值

这套翻译是双向的好:内核内部全程 ErrorOr(错误有名字有类型,编译器帮你盯);用户态看到的还是标准 -errno(musl 的 strerror、busybox 的 perror 全照常工作,不用适配)。ErrorOr 这个 C++ 类型被这道翻译关死死挡在内核里,绝不泄到 ABI。

这背后是一条值得记住的原则:内核用什么语言、什么范式,是它自己的事;但它对外的 ABI,得跟 Linux 对齐。 内核内部用 C++ 的 ErrorOr 提升工程质量,对外老老实实讲 Linux 的 -errno——两不耽误。

ErrorOr:让错误变成类型,并在 syscall 关口翻译 ​