language-b

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title	Doctorat — Langage B
description	Compétence niveau docteur en langage B. Couvre l'histoire du langage B (Ken Thompson, 1969), syntaxe, types, relations avec BCPL et C, le compilateur, la machine PDP-11, l'impact sur l'évolution des langages, et la préservation numérique.
category	research
lang	fr

Doctorat : Langage B

Présentation

Le langage B est un langage de programmation développé par Ken Thompson et Dennis Ritchie aux Bell Labs en 1969-1970, principalement pour le système d'exploitation UNIX sur la machine PDP-11. B est le prédécesseur direct du langage C et a servi de pont entre BCPL (Basic Combined Programming Language, 1967) et C (1972). Bien que B soit aujourd'hui un langage historiquement important plutôt qu'utilisé, son influence sur la programmation système moderne est incommensurable : il a introduit ou popularisé des concepts qui sont devenus la base de C, C++, Java, C#, et une grande partie de la programmation impérative moderne. B est un langage non typé (typeless), interprété/compilé vers du code threadé (threaded code), utilisant des pointeurs comme mécanisme central.

Histoire et Contexte

• 1966 : Martin Richards développe BCPL (Basic Combined Programming Language) au MIT
• 1969 : Ken Thompson (Bell Labs) développe le langage B en s'inspirant de BCPL
• 1969-1970 : Thompson utilise B pour implémenter les premières versions d'UNIX sur PDP-7
• 1971 : B est porté sur la PDP-11 (le premier système UNIX largement utilisé)
• 1971-1972 : Dennis Ritchie commence à étendre B, donnant naissance à "New B" puis C
• 1973 : Le noyau UNIX est réécrit en C, remplaçant B
• 1975-1980 : B devient largement obsolète, remplacé par C
• Importance historique : B est le chaînon manquant entre les langages de haut niveau d'exploration (BCPL) et les langages système modernes (C)

Architecture du Langage

• Typeless : B n'a pas de système de types — toutes les données sont des mots (words)
• Interpréteur/compilateur : B était initialement implémenté comme un compilateur vers du code threadé
• Interpréteur : Le B compiler produisait du "threaded code" exécuté par un interpréteur
• P-code like : B compile en bytecode interprété (précurseur du p-code Pascal, JVM bytecode)
• Pointeurs omniprésents : Le seul mécanisme de données était les pointeurs et les tableaux
• Auto-increment : L'opérateur *p++ (emprunté par C)
• Fonctions : Fonctions récursives, paramètres par valeur
• Fichiers : Les bibliothèques externes ("library" et "sys" sous UNIX)
• Système d'exploitation : B était le langage principal d'UNIX v1 (avant la réécriture en C)

Système de Types

• Pas de types : B est un langage typeless — contrairement à BCPL et à C
• Mot (word) : L'unité de donnée fondamentale est le mot machine
• Pointeurs : Toute donnée peut être traité comme un pointeur (ou inversement)
• Tableaux : Les tableaux sont des pointeurs — a[i] est équivalent à *(a+i)
• Entiers : Pas de distinction entre entier et pointeur
• Caractères : Pas de type char distinct — les caractères sont stockés dans des mots
• auto et extrn : Classes de stockage (auto = local, extrn = externe)
• Structures : Pas de struct — remplacées par des tableaux de mots
• Fonctions : Les fonctions retournent des mots

Compilation et Interprétation

• Compilateur B : B compile en threaded code (code threadé) — pas en code machine natif
• Threaded code : Suite d'adresses de sous-routines exécutées par l'interpréteur
• Interpréteur B : Exécute le code threadé généré par le compilateur
• Précurseur du bytecode : L'approche threaded code de B est un ancêtre du bytecode JVM
• Compilation rapide : La compilation B était conçue pour être rapide (itération rapide)
• PDP-7 : Premier système cible (mots de 18-bit)
• PDP-11 : Second système cible (mots de 16-bit)
• Aucun compilateur moderne : Pas de compilateur B maintenu pour les systèmes modernes
• Émulation : Les implémentations B historiques ne fonctionnent que sur des émulateurs PDP-11
• B compiler recovery : Des efforts de préservation numérique existent (PDP-11 Unix emulation)
• bcpl/b : BCPL (source de B) a une descendance plus accessible

Mémoire et Performances

• Mots machine : Toute la mémoire est adressée par mots (word-addressable)
• PDP-7 : 8K mots de mémoire (16K octets) — extrêmement contraint
• PDP-11 : 24K mots (48K octets) typiquement — espace d'adressage très limité
• Threaded code overhead : Interprétation threaded code = plus lent que code natif
• Mémoire compacte : Le threaded code est très dense (un mot par instruction virtuelle)
• Pas d'allocation dynamique : Pas de malloc — la mémoire est gérée statiquement
• Stack : Stack d'appel limitée (taille fixe dans l'interpréteur)
• Buffer overflow : Pas de vérification de bornes — comme BCPL et le C pré-ANSI
• Performance : Environ 10x plus lent que le code PDP-11 natif

Écosystème et Outils

• Interpréteur mini-B : Version simplifiée incluse dans les premiers UNIX
• lib : Bibliothèque standard B (I/O, chaînes)
• sys : Interface système UNIX (lecture/écriture de fichiers, etc.)
• Éditeur : ed (éditeur ligne standard UNIX)
• Debogueur : Pas de débogueur pour B (db pour PDP-11 assembly)
• Assembleur : as (assembleur PDP-11) pour les parties critiques
• Système : UNIX premier edition (V1) — écrit principalement en B + assembleur
• Fichiers : Source B (suffixe .b), code threadé (.o)
• BCPL : Compilateur BCPL plus largement disponible (sur Multics, etc.)
• Disponibilité moderne : B n'est pas disponible sur les systèmes modernes (sauf émulation PDP-11)

Concurrence et Parallélisme

• Pas de concurrence native : B est séquentiel (UNIX v1 ne supportait pas le multitâche)
• Processus : UNIX fork() était en assembleur — pas accessible depuis B
• Signaux : Pas de signaux dans le langage
• Parallélisme : Pas de support — les machines PDP n'avaient qu'un seul CPU
• Context switching : Le contexte d'exécution B est défini par l'interpréteur

Patterns Avancés

• Tableaux comme pointeurs : a[i] = *(a+i) — convention héritée par C
• Pointeurs auto-incrément : *p++ = val — pattern adopté par C (et des décennies de code C)
• Setjmp/longjmp : Patterns de contrôle non-local (précurseur des exceptions)
• Opaque types : Pointeurs vers des structures de données non typées
• Interpréteur dans le langage : Le threaded code de B est un précurseur des DSL
• Paradigme impur : Fonctions avec effets de bord (modification de pointeurs globaux)
• String (août 1972) : Les chaînes sont des tableaux de mots terminés par un mot nul
• Interrupt handlers : Gestion des entrées/sorties et interruptions (code machine)

Optimisation

• Threaded code density : Optimise la taille du code (important sur les machines à mémoire limitée)
• Direct threading : Optimisation du threaded code pour réduire l'overhead d'interprétation
• Tail-call optimization : Les fonctions terminales optimisées par le compilateur B
• Inlining : Certaines fonctions sont inlinées manuellement (écrites en assembleur)
• Optimisation manuelle : Réécriture des points chauds en assembleur PDP-11
• Pas d'optimisation du compilateur : Le compilateur B ne faisait pas d'optimisation significative

Interopérabilité

• B ↔ assembleur PDP-11 : Les fonctions B peuvent appeler du code assembleur
• Assembleur pour les performances : Les parties critiques d'UNIX étaient en assembleur
• Syscalls : Interface système UNIX via des appels assembleur (trap)
• B ↔ BCPL : Pas d'interop directe (BCPL était sur Multics/Honeywell)
• B → C : La transition de B à C s'est faite progressivement (fonction par fonction)
• bcpl → b → c : Évolution linéaire de la syntaxe et des concepts

Applications Industrielles

• UNIX Operating System v1 : Premier système d'exploitation UNIX (1971)
• PDP-11 : Systèmes de mini-ordinateurs DEC
• Text processing : ed, roff (traitement de texte)
• File system : Gestionnaire de fichiers UNIX
• Device drivers : Pilotes de périphériques PDP-11
• Assembleur, linker : Outils de développement
• Background : B était avant tout un outil de recherche aux Bell Labs
• Impact indirect : A influencé des systèmes non-UNIX via C
• Usage moderne : Aucun — B est strictement historique

Sécurité

• Pas de mémoire safe : B n'a aucune protection mémoire (typeless)
• Word access : Les mots sont la seule abstraction — pas de type checking
• Buffer overflow : Aucune vérification de bornes
• Pointeurs sauvages : L'absence de types rend tout pointeur plausible
• Privilège : Le code B s'exécutait en mode noyau (UNIX v1 n'avait pas de distinction kernel/user)
• Aucun exploit connu : Pas de CVE connues pour B (obsolète avant les bases de données de vulnérabilités)
• Leçons pour C : Les problèmes de sécurité de C (buffer overflow, format string) ont leurs racines dans B

Veille Technologique

• "The Development of the C Language" (Ritchie, 1993) : Histoire de B et C
• "UNIX Time-Sharing System" (Ritchie & Thompson, 1974) : Contexte UNIX v4
• "Bell Labs PDP-11 Unix Emulation" : Projets de préservation (SIMH, PUPS)
• BCPL Language Documentation : docs.crayne.net — BCPL (précurseur)
• History of Programming Languages (HOPL) : Conférences ACM
• Computer History Museum : Archives de code source UNIX ancien
• Bell Labs : Archives des documents originaux B
• TUHS (The UNIX Heritage Society) : Préservation des sources UNIX anciens
• Ressources :
  • "The B Manual" (Ken Thompson, 1972) — spécification originale
  • "BCPL to B to C" (Dennis Ritchie) — article historique
  • "The Unix Tree" (TUHS) — code source UNIX V1 en B
• Impact moderne : Le langage B a montré qu'un langage simple et typeless peut construire un système d'exploitation complet — une leçon qui a mené au succès de C