眾所周知，我們平時在寫 Go 應(yīng)用程序時會先在本地環(huán)境開發(fā)，更大規(guī)模的企業(yè)會配發(fā)云環(huán)境。以此確保開發(fā)環(huán)境的效率，以及與部署環(huán)境的對齊。

部署環(huán)境需要特定的系統(tǒng)（Windows、Linux 等）似乎也成為了常見的共識。但其實在其他業(yè)務(wù)場景下也有不需要系統(tǒng)的訴求。

今天分享給大家的是 Go 針對裸機(jī)環(huán)境的新支持場景考慮。

新提案：增加裸機(jī)環(huán)境支持

提案背景

該提案《proposal: all: add bare metal support^[1]》由 @Andrea Barisani 提出：

圖片

核心提議的內(nèi)容是：引入一個新的 GOOS 目標(biāo)值，例如 GOOS=none（或現(xiàn)有的 GOOS=tamago），允許 Go 應(yīng)用程序在沒有底層操作系統(tǒng)支持的環(huán)境中運行，即所謂 “裸機(jī)” 運行模式。

這相當(dāng)于做到了以下事項：

• 在沒有 Linux、Windows、macOS 等 OS 系統(tǒng)下，Go 應(yīng)用程序也可以運行；
• Go 程序通過定義一組與底層硬件相關(guān)的函數(shù)，由 Go runtime 與外部驅(qū)動（也是 Go 實現(xiàn)）共同支持運行；
• 不依賴操作系統(tǒng) syscall，完全在 runtime 和硬件之間運行。

摘 TamaGo 項目果子

可能有了解的同學(xué)一看，這表示是個大需求。畢竟以前 Go 一直都是支持帶環(huán)境的，沒有支持過裸機(jī)運行環(huán)境。開發(fā)工作量和涉及的影響面也未免太多了。

實際上這個提案是個摘果子的活，開源項目 TamaGo^[2] 已經(jīng)面向該需求已經(jīng)經(jīng)歷了多年開發(fā)。

目前具備一定的成果和成熟度：

• Go 標(biāo)準(zhǔn)庫兼容性良好，通過了大部分分發(fā)測試；
• 跨平臺支持完善：支持 amd64、arm、riscv64；
• 網(wǎng)絡(luò)棧通過注入 SocketFunc，可自定義虛擬網(wǎng)絡(luò)，甚至用于 js/wasip1；
• 支持用戶態(tài)執(zhí)行（以 Go app 形式運行在沙箱環(huán)境中）；
• 不再局限于 ARM，擴(kuò)展到了 KVM 環(huán)境的 microVM，如 Firecracker、Cloud Hypervisor；
• 變更對 Go 官方發(fā)行版幾乎無侵入性（硬件驅(qū)動與構(gòu)建系統(tǒng)保持外部化）。

可能存在的問題

社區(qū)反饋中，Google 內(nèi) Go 團(tuán)隊成員 @Michael Pratt 對 Go 裸機(jī)運行（bare metal Go）感到很興奮。

也指出了以下幾點主要的兼容性挑戰(zhàn)：

• 問題 1：為 runtime 提供穩(wěn)定的 API
• 問題 2：可用于實現(xiàn) runtime API 的語言子集

問題 1：為 runtime 提供穩(wěn)定的 API

• Go 的 兼容性承諾（Go 1 Compatibility Promise） 要求 runtime 依賴的 API 是長期穩(wěn)定的；
• 當(dāng)前提案中定義的 tamago runtime API 大致可行，但 go:linkname 機(jī)制需要更好的替代；
• 社區(qū)中也有人希望類似 API 能用于在最小化 WASM 運行時上運行 Go（如不支持 WASI 的環(huán)境），因此該 API 也應(yīng)適用于 GOOS=none GOARCH=wasm。

問題 2：可用于實現(xiàn) runtime API 的語言子集

• Go runtime 本身用的是一套“不完全定義”的 Go 子集，具有一定特殊性；
• 在標(biāo)準(zhǔn)編譯器下，某些微小的變化（例如啟發(fā)式加了一個內(nèi)存分配）可能會
• 導(dǎo)致在不可分配位置出錯，但目前因為 runtime 是官方源碼，可以一起調(diào)整；
• 一旦開啟 GOOS=none，任何 runtime 的變動都不能破壞對已有裸機(jī)實現(xiàn)的兼容，因此：可能需要定義一套“穩(wěn)定、安全”的 Go 語言子集，用于實現(xiàn)裸機(jī)所需的這些底層 API；
• 這是一個很大的工作量。

對 Go 的發(fā)展意義和價值

• 使 Go 成為裸機(jī)開發(fā)語言：無需 C 或匯編，完整 Go 開發(fā)體驗；
• 構(gòu)建最小化系統(tǒng)：比如可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）、引導(dǎo)加載器（如 go-boot）；
• 沙箱與虛擬化創(chuàng)新：可用于構(gòu)建 Soft Isolation VM、serverless 運行時；
• Go runtime 的可插拔性增強(qiáng)：提升多平臺抽象能力；

總結(jié)

從本文分析的結(jié)果來看，如果 Go 支持裸機(jī)環(huán)境，將會進(jìn)一步提高其在新領(lǐng)域的優(yōu)勢和實踐的機(jī)會。

但是結(jié)合 Go 團(tuán)隊維護(hù)成員的結(jié)論來看，將裸機(jī)支持合入 master 分支前仍然存在的兩個關(guān)鍵工程難題：分別是：

• 如何為裸機(jī)提供一個長期維護(hù)、穩(wěn)定的運行時接口（API）；
• 如何保障這些接口的實現(xiàn)不會因 Go 語言或編譯器變更而“突然失效”。

這些問題都需要通盤考慮并做出一些基本的解決方案。雖然很希望 Go 可以進(jìn)一步擴(kuò)大輻射范圍，但可能我們還是需要再等等。

參考資料

[1] proposal: all: add bare metal support: https://github.com/golang/go/issues/73608

[2] TamaGo: https://github.com/usbarmory/tamago