[PATCH] GCC 16.2 Ada：修复自动 Lock_Free 受保护对象的清理遗漏

Sat, Sep 12 2026 05:06:22 KST

摘要

我在 FreeBSD 15.1 amd64 上复现了 GCC/GNAT 16.2.0 Ada 前端的一个缺陷。当反复构造生命周期很短的简单受保护对象时，该缺陷会导致进程内存无限增长。

一个符合 GNAT 自动 Lock_Free 实现条件的受保护类型，可能先被展开为包含原生 System.Tasking.Protected_Objects.Protection _object 字段和 Initialize_Protection 的表示形式，随后在分析受保护体时才被标记为 lock-free。之后生成清理代码时会信任这个较晚确定的 Uses_Lock_Free 状态，因此即使原生 _object 已经被创建并初始化，也会省略 Finalize_Protection。

这是 GCC 上游编译器的缺陷，但其可见的运行时后果是在 FreeBSD 上复现的。这里同时提供一个小型 FreeBSD ports 风格的下游补丁，使启用 Ada 的 GCC 16.2 port 无需等待上游处理即可包含此修复。

FreeBSD port 范围

测试所用编译器是一个启用了 Ada 的 GCC 16.2.0 构建，它基于 FreeBSD GCC port 的配置和补丁集。

当前官方 lang/gcc16 port 并未启用 Ada 前端，因此我并不是在声称当前 lang/gcc16 二进制软件包本身会受到影响。本报告没有调查基于较早 GCC 版本的 FreeBSD Ada ports，也不对它们是否受影响作任何声明。

用于 GCC 16.2 基线的 FreeBSD GCC port 补丁没有修改与该缺陷有关的三个 GCC Ada 源文件（exp_ch7.adb、exp_ch9.adb、sem_ch9.adb）。

可稳定复现的编译器症状

对于 GCC/GNAT 16.2.0，默认的自动选择情形会产生：

case                 Initialize  Finalize  lock-free ops  Protection field
default (automatic)         yes        no   yes            present
Lock_Free => True            no        no   yes            absent
Lock_Free => False          yes       yes   no             present

不一致的默认情形就是这个 bug。

最小源代码如下：

procedure Protected_Finalize is
   protected type Prot is
      procedure Touch;
   private
      Value : Integer := 0;
   end Prot;

   protected body Prot is
      procedure Touch is
      begin
         Value := Value + 1;
      end Touch;
   end Prot;

   Object : Prot;
begin
   Object.Touch;
end Protected_Finalize;

使用以下命令编译：

gcc16 -c -O0 -fdump-tree-original protected_finalize.adb

未经修改的 GCC 16.2 tree dump 中包含 system.tasking.protected_objects.initialize_protection，但不包含 system.tasking.protected_objects.finalize_protection。

FreeBSD 运行时后果

使用每批 100 个请求、共 50 批的独立工作负载时，GCC/GNAT 16.2.0 基线产生：

case                    constructions   RSS growth   VSZ growth
plain_eight                        0       +4 KiB       0 KiB
direct_protected_one           5,000     +628 KiB    +528 KiB
protected_one                  5,000     +628 KiB    +528 KiB
protected_eight               40,000    +5012 KiB   +5016 KiB
lock_free_eight              40,000       +4 KiB       0 KiB

线程数和文件描述符数保持稳定。在 FreeBSD 上，原生受保护对象路径最终会使用 pthread_mutex_init / pthread_mutex_destroy，因此应生成的 finalization 一旦缺失，就会直接表现为原生互斥量状态所占内存的增长。

根本原因

GCC 16.2 前端的处理顺序如下：

Expand_N_Protected_Type_Declaration
  -> Uses_Lock_Free is still False
  -> generate native Protection _object
Build_Record_Init_Proc
  -> generate Initialize_Protection
Analyze_Protected_Body
  -> automatically Set_Uses_Lock_Free
cleanup generation
  -> Is_Simple_Protected_Type tests not Uses_Lock_Free
  -> skip existing Finalize_Protection path

LLDB 跟踪确认，对于该复现程序，Make_Initialize_Protection 会在较晚的 Set_Uses_Lock_Free 之前到达。

修复

该修复让 Is_Simple_Protected_Type 根据实际已经构造出的展开表示来分类类型，而不是依据之后仍可能发生变化的 Uses_Lock_Free 标志。它先检查对应 record 已经完成分析并且包含 _object，然后复用 Find_Protection_Type 来确认该字段是普通的 System.Tasking.Protected_Objects.Protection 类型。

显式 Lock_Free => True 的表示中没有 _object 字段，因此其行为保持不变；带 entry 的受保护类型也继续沿用原来的路径。

FreeBSD ports 风格的补丁包含在下面：

patch-gcc_ada_exp__ch7.adb

可在 GCC 16.2 源码根目录中使用 patch -p0 应用。

补丁验证

FreeBSD 补丁中实际生效的那段编译器修改，已在隔离的 GCC/GNAT 16.2 编译器树中完成构建和测试。

补丁后的结果为：

default (automatic)   Initialize=yes  Finalize=yes  lock-free=yes
Lock_Free => True     Initialize=no   Finalize=no   lock-free=yes
Lock_Free => False    Initialize=yes  Finalize=yes  lock-free=no

在相同工作负载下，FreeBSD 上的独立运行测试中，各种情形都没有出现与构造次数成比例的增长：

plain_eight                RSS +4 KiB, VSZ 0 KiB
direct_protected_one       RSS +4 KiB, VSZ 0 KiB
protected_one              RSS +4 KiB, VSZ 0 KiB
protected_eight            RSS +4 KiB, VSZ 0 KiB
lock_free_eight            RSS +4 KiB, VSZ 0 KiB

选定的一组 GCC Ada DejaGNU 回归测试完成，其中 20 项测试按预期通过、0 项意外失败、0 项 unresolved 测试。额外检查表明，在自动选择情形下，受保护 subtype、数组和堆对象的成对 finalization 已恢复；一个带 entry 的受保护类型，其 tree dump 在补丁前后逐字节完全相同。

请求 FreeBSD 采取的措施

在该问题被其所使用的编译器源码修复之前，请考虑在启用了 Ada 的 GCC 16.2 port（例如未来的 GNAT 16 port 或等价 port）中加入这里提供的源码补丁。

如果有助于审查，我可以提供独立运行时复现程序、原始测量数据、编译器 tree dump、LLDB 顺序跟踪以及 DejaGNU 摘要。完整证据保留在本地；这个小型源码补丁和本报告旨在足以支持 FreeBSD 的初步审查。

如果 maintainer 要求使用 Bugzilla

FreeBSD 对现有 port 提交补丁的常规路径是 Bugzilla。如果 Ada maintainer 在选定受影响或目标 port 后希望在那里跟踪此问题，可使用：

Product:   Ports & Packages
Component: Individual Port(s)
Summary:   [PATCH] lang/<maintainer-selected-port>: fix GCC 16.2 Ada protected cleanup

请以未压缩形式附上 patch-gcc_ada_exp__ch7.adb。不要只是为了填写该字段而用 lang/gcc16 代替：它当前的官方构建并未启用 Ada。应使用 FreeBSD maintainer 所选择的确切目标 port。

patch-gcc_ada_exp__ch7.adb：

--- gcc/ada/exp_ch7.adb.orig
+++ gcc/ada/exp_ch7.adb
@@ -5432,12 +5432,34 @@
    ------------------------------

    function Is_Simple_Protected_Type (T : Entity_Id) return Boolean is
+      Comp    : Entity_Id;
+      Rec_Typ : Entity_Id;
+
    begin
-      return
-        Is_Protected_Type (T)
-          and then not Uses_Lock_Free (T)
-          and then not Has_Entries (T)
-          and then Is_RTE (Find_Protection_Type (T), RE_Protection);
+      if not Is_Protected_Type (T) or else Has_Entries (T) then
+         return False;
+      end if;
+
+      Rec_Typ := Corresponding_Record_Type (T);
+
+      if No (Rec_Typ) or else not Analyzed (Rec_Typ) then
+         return False;
+      end if;
+
+      --  Base the decision on the representation that was actually built.
+      --  Automatic lock-free selection may happen after the corresponding
+      --  record and its initialization procedure have already been created.
+
+      Comp := First_Component (Rec_Typ);
+      while Present (Comp) loop
+         if Chars (Comp) = Name_uObject then
+            return Is_RTE (Find_Protection_Type (T), RE_Protection);
+         end if;
+
+         Next_Component (Comp);
+      end loop;
+
+      return False;
    end Is_Simple_Protected_Type;

    -------------------------------