Третото издание на пачове за ядрото на Linux с поддръжка на езика Rust

Мигел Охеда (Miguel Ojeda), автор на проекта Rust-for-Linux, предложи на внимание на разработчиците на ядрото Linux трети вариант компоненти за разработка на драйвери за устройства на езика Rust. Поддръжката на Rust се разглежда като експериментална, но вече е одобрена за включване в клон linux-next. Разработката се финансира от компанията Google и организацията ISRG (Internet Security Research Group), която е основател на проекта Let’s Encrypt и допринася за популяризирането на HTTPS и развитието на технологии за повишаване на сигурността на интернет.

Напомняме, че предложените изменения дават възможност да се използва Rust като втори език за разработка на драйвери и модули на ядрото. Подкрепата за Rust се предлага като опция, която не е активна по подразбиране и не води до включването на Rust в броя на задължителните зависимости на ядрото. Използването на Rust за разработка на драйвери ще осигури с минимални усилия създаването на безопасни и по-качествени драйвери, лишени от проблеми като достъп до освобождаваща памет, разыменуване на нулеви указатели и изход извън границите на буфера.

Безопасността на работата с паметта в Rust се осигурява по време на компилация чрез проверка на указателите, проследяване на собствеността на обектите и отчитане на времето на живот на обектите (обхват), както и чрез оценка на коректността на достъпа до паметта по време на изпълнение на кода. Rust предлага също така средства за защита от аритметични препълвания, изисква задължителна инициализация на стойностите на променливите преди употреба, по-добро управление на грешки в стандартната библиотека, прилага концепцията за неизменяемост (immutable) на указателите и променливите по подразбиране и предлага силна статична типизация за минимизиране на логическите грешки.

В новия вариант на патчовете продължава премахването на забележките, изразени по време на обсъждането на първата и втората версия на патчовете. Най-забележителните промени:

• Осуществен е преход към използването на стабилната версия на компилатора Rust 1.57 и е осигурена свързаност с утвърдената версия на езика Rust 2021. По-рано патчовете бяха свързани с бета-версия на Rust и използваха някои възможности на езика, които попадат в категорията на нестабилните. Преходът към спецификацията Rust 2021 предостави възможност за работа по избягване на използването в патчовете на такива нестабилни функции, като const_fn_transmute, const_panic, const_unreachable_unchecked и core_panic и try_reserve.
• Продължава развитието на включения в патчовете вариант на Rust-библиотеката alloc, променена за елиминиране на функциите по разпределение на паметта от възможни генерирания на състояние «panic» при възникване на грешки, като например недостиг на памет. В новата версия са реализирани опции «no_rc» и «no_sync» за деактивиране на функционалността, не използвана в Rust-кода за ядрото, което прави библиотеката по-модулна. Продължава работата с основните разработчици на alloc, насочена към прехвърляне на необходимите за ядрото изменения в основния състав на библиотеката. В основната библиотека Rust (core) е пренесена опция «no_fp_fmt_parse», необходима за работата на библиотеката на ниво ядро.
• Проведена е чистка на кода, за да се избавим от възможните предупреждения на компилатора при компилиране на ядрото в режим CONFIG_WERROR. При компилирането на кода на езика Rust са включени допълнителни диагностични режими на компилатора и предупреждения на линтера Clippy.
• Предложени са абстракции за използване в кода на езика Rust за блокировки seqlock (последователни блокировки), callback повиквания за управление на захранването, I/O памет (readX/writeX), обработчици на прекъсвания и потоци, GPIO, достъп до устройства, драйвъри и удостоверения.
• Разширени са средствата за разработка на драйвъри с използване на преместващи мютекси, битови итератори, опростени обвивки над указатели, подобрена диагностика на сривове и инфраструктура, независима от шина данни.
• Подобрено е работата със справки с помощта на опростен тип Ref, основан на backend refcount_t, който използва идентичния API на ядрото за броене на справки. Поддръжката на типовете Arc и Rc, предоставени в стандартната библиотека alloc, е премахната и не е налична в кода, изпълняван на ниво ядро (за самата библиотека са подготовени опции, които деактивират тези типове).
• В състава на пачовете е добавен вариант на драйвера PL061 GPIO, пренаписан на Rust. Особеност на драйвера е, че неговата реализация почти ред по ред повтаря съществуващия драйвер GPIO на езика C. За разработчиците, желаещи да се запознаят със създаването на драйвери на Rust, е подготвено редово сравнение, позволяващо да се разбере в какви конструкции на Rust е преобразуван кодът на C.
• В основната кодова база на Rust е приет rustc_codegen_gcc, backend rustc за GCC, реализиращ възможността за предварителна (AOT) компилация с използването на библиотеката libgccjit. При подходящо развитие на backend-а, той ще позволи компилирането на използвания в ядрото Rust код с помощта на GCC.
• Освен компаниите ARM, Google и Microsoft, интерес към използването на езика Rust в ядрото на Linux е изразила и компанията Red Hat. Припомняме, че Google пряко осигурява поддръжка на проекта Rust for Linux, развива нова реализация на механизма за междупроцесно взаимодействие Binder на Rust и разглежда възможността за пренаписване на различни драйвери на Rust. Компанията Microsoft е започнала реализация на драйвери за Hyper-V на Rust. Компанията ARM работи върху подобряване на поддръжката на Rust за системи, базирани на ARM процесори. Компанията IBM е реализирала поддръжка на Rust в ядрото за системи PowerPC.

Източник: opennet.ru