Пускане на Rust 1.84. Ядра Tock и Vekos, написани на Rust. Диаект Mini-C

Публикацията на езика за програмиране с общо предназначение Rust 1.84, създаден от проекта Mozilla, който в момента се развива под покровителството на независимата неправителствена организация Rust Foundation. Езикът се фокусира върху безопасната работа с паметта и предоставя средства за постигане на висока паралелизация на задачите, без да използва сборщик на боклук и runtime (runtime се състои само от основна инициализация и поддръжка на стандартната библиотека).

Методите за работа с паметта в Rust освобождават разработчиците от грешки при манипулиране на указатели и ги защитават от проблеми, произлизащи от ниско ниво работа с паметта, като достъп до освободена памет, разыменоване на нулеви указатели, излизане извън границите на буфера и др. За разпространение на библиотеки, осигуряване на компилация и управление на зависимостите проектът продължава да развива пакетния мениджър Cargo. Поддържа се хранилище за библиотеки на crates.io.

Безопасната работа с паметта в Rust се осигурява по време на компилацията чрез проверка на референтите, проследяване на притежанието на обекти, вземане под внимание на времето на живот на обектите (област на видимост) и оценка на коректността на достъпа до паметта по време на изпълнението на кода. Rust също така предоставя средства за защита срещу препълване на цели числа, изисква задължителна инициализация на стойностите на променливите преди тяхната употреба, по-добре обработва грешките в стандартната библиотека, прилага концепцията за неизменяемост (immutable) на референтите и променливите по подразбиране и предлага силна статична типизация за минимизиране на логическите грешки.

Основни нововъведения:

• В пакетния мениджър Cargo е стабилизиран механизмът за обработка на зависимости, който избира версиите на зависимите компоненти, като взема предвид съвместимостта с версиите на компилатора Rust, заявени като минимално поддържани от проекта (MSRV, Minimum Supported Rust Version). Новата функция позволява на разработчиците да избегнат ръчното избиране на стари версии на всяка зависимост в проекти, които поддържат съвместимост със стари версии на инструмента Rust. Новият режим на определяне на зависимости ще бъде активиран по подразбиране в версия Rust 1.85, а за момента е достъпен като опция, за която в секцията „[resolver]“ в файла „.cargo/config.toml“ трябва да се посочи ‘incompatible-rust-versions = “fallback”.’
• Започнат е преводът на компилатора към нов обработчик на типове (trait solver), предназначен за проверка на границите на приложимост на типажите, нормализация на типовете и оценка на съвместимостта на типовете. В версия 1.84 новият обработчик е ангажиран с проверката на съгласуваност на реализациите на типажите, т.е. с оценката за съществуването на не повече от един типаж за разглеждания тип, вземайки предвид кода от другите crate-пакети. Указаната проверка позволи да се избегнат проблемите в старата реализация на обработчика на типове, които потенциално можеха да доведат до конфликти поради пресичане на различни реализации на типажите.
• Предложен нов API «Strict Provenance», който може да се използва за преобразуване на указател в цяло число и обратно, като се вземат предвид прикрепените към указателя метаданни с информация за произхода и обхвата на употреба (освен адреса, към указателя се прикрепя стойността «provenance» с информация за връзката с други указатели, което позволява да се определи къде и кога указателят може да достъпва паметта). При преобразуването на указателя в цяло число и обратно възниква неопределено поведение поради трудности при проследяване произхода на получения указател. Новият API позволява извършването на нискоуровневи операции с указатели, като например запазване на допълнителна информация в младшите битове на указателя, без да се преобразува указателят в цяло число.
• Нов набор от API е преведен в категорията стабилни, включително стабилизирани методи и реализации на типажи:
  • Ipv6Addr::is_unique_local
  • Ipv6Addr::is_unicast_link_local
  • core::ptr::with_exposed_provenance
  • core::ptr::with_exposed_provenance_mut
  • ::addr
  • ::expose_provenance
  • ::with_addr
  • ::map_addr
  • ::isqrt
  • ::checked_isqrt
  • ::isqrt
  • NonZero::isqrt
  • core::ptr::without_provenance
  • core::ptr::without_provenance_mut
  • core::ptr::dangling
  • core::ptr::dangling_mut
  • Pin::as_deref_mut
• Признак «const» приложен в функциите:
  • AtomicBool::from_ptr
  • AtomicPtr::from_ptr
  • AtomicU8::from_ptr
  • AtomicU16::from_ptr
  • AtomicU32::from_ptr
  • AtomicU64::from_ptr
  • AtomicUsize::from_ptr
  • AtomicI8::from_ptr
  • AtomicI16::from_ptr
  • AtomicI32::from_ptr
  • AtomicI64::from_ptr
  • AtomicIsize::from_ptr
  • ::is_null
  • ::as_ref
  • ::as_mut
  • Pin::new
  • Pin::new_unchecked
  • Pin::get_ref
  • Pin::into_ref
  • Pin::get_mut
  • Pin::get_unchecked_mut
  • Pin::static_ref
  • Pin::static_mut
• Стабилизирана поддръжка на асемблерни inline-вмъквания за архитектури s390x и Arm64EC.
• За целевата платформа WebAssembly е стабилизирана поддръжка на функционалности multivalue, reference-types и tail-call.
• Реализиран е втори ниво на поддръжка за платформата wasm32v1-none. Втори ниво на поддръжка означава гаранция за компилация.

Допълнително, заслужава да се отбележат няколко проекта, свързани с Rust:

• Публикувано е издание на операционната система Tock 2.2, написана на езика Rust и предназначена за използване в микроконтролери. Системата позволява организирането на паралелното изпълнение на няколко ненадеждни приложения на вградени устройства с ограничен обем на RAM, като сензори, TPM (Trusted Platform Module), ключове за автентикация и носими устройства. Поддържат се платформи с микроконтролери на базата на архитектури ARM Cortex-M и RISC-V. Ключова особеност на Tock е изолацията на нивата приложения, ядро и драйвери, както и изолацията на всяко приложение и драйвер поотделно. За изолация се използват както възможностите на езика Rust, така и разделянето на ниво защита на паметта.
• Проектът VEKOS (Verified Experimental Kernel OS) развива ядро на операционната система на езика Rust, осигуряващо верификация на изпълняваните компоненти. При всяка операция с файловата система, създаването на процес и разпределянето на памет се генерира криптографско потвърждение, позволяващо верификация на операцията по време на нейното изпълнение (реализацията се сравнява с приложението на блокчейн за верификация на действия в операционната система). В файловата система VKFS за осигуряване на целостта и защита от злоупотреби задним числом се използва структура „Merkle Tree“, всяка клонка от която верифицира всички подлежащи клонки и възли, благодарение на дървовидното хеширане. Разпределянето на паметта се извършва в режим COW (Copy-On-Write).
• Група изследователи от Microsoft и Inria развива подмножество на езика C — Mini-C, предназначено за автоматичен превод на програми на езика C в представяне на езика Rust. В отличие от компилатора c2rust, новият проект позволява генерирането на Rust код без използване на unsafe, но е насочен главно към преобразуването на C проекти с формално доказателство за надеждност. Предполага се, че ще бъде по-лесно първоначално да се преведе C проект в представяне на Mini-C, в което не се допускат аритметични операции с указатели, отколкото да се пренапишат unsafe блоковете след директна компилация от C в Rust.

  Реализация компилятора е базирана на инструментария KaRaMeL. Mini-C е разработен и тестван в рамките на проект за пренаписване на Rust на криптографската библиотека HACL*, за която е предоставено формално доказателство за надеждност. Такова доказателство е използвано за демонстриране на възможността за генериране на безопасен код на Rust от Mini-C.

• Даниел Стенберг (Daniel Stenberg), авторът на утилитата curl, обяви спирането на разработката и поддръжката на проекта Curl, алтернативен HTTP-бекенд, написан на Rust с използване на библиотеката Hyper. Причината е липсата на интерес от страна на разработчици и потребители.
• Обявен е бета релиз на командната обвивка Fish 4.0, пренаписана на Rust. Отбелязва се, че след две години разработка, кодовата база на Fish е напълно пренаписана от C++ на Rust. Преминаването на Rust е решило проблемите с многопоточността, осигурило е съвременен инструментариум за откриване на грешки на етапа на компилация, повишило е безопасността при работа с паметта и е направило проекта по-привлекателен за нови разработчици.
• Проектът Tor публикува версия Arti 1.3.2, алтернативна реализация на Tor клиента, написана на Rust. Arti предлага вградена библиотека, която могат да използват различни приложения. При създаването на Arti е взет предвид предишният опит в разработката на Tor, за да се избегнат известни архитектурни проблеми, да се направи проектът по-модулен и ефективен. Клон 1.x е обозначен като подходящ за ползване от обикновени потребители и осигурява същото ниво на конфиденциалност, удобство и стабилност, каквото е основната реализация на C. В новата версия продължава разработката на RPC, извършена е подготовка за реализиране на поддръжка на релейни услуги и е добавена защита от DoS атаки на Onion услуги.
• Публикувана е версия 0.15 на игровия двигател Bevy, написан на Rust. В двигателя се прилага датацентричен модел (Data Driven) за определяне на игровата логика, построен върху набор от готови компоненти Bevy ECS (Entity Component System), които могат да се изпълняват паралелно. Поддържа се 2D и 3D рендеринг, скелетна анимация, определяне на графа на рендеринга, система за форматиране на сцени, фреймуърк за изграждане на потребителски интерфейс, внасяне на промени в сцените и ресурсите без необходимост от рестартиране.
• Публикувана е конзолната текстова редакция Helix 25.01, написана на Rust, която разширява идеите, заложени в vim и neovim. Поддържа интеграция с LSP сървъри и Tree-sitter, едновременно маркиране на няколко блока, използване на множество курсори при редактиране, теми на оформлението, отладъчен протокол DAP (Debug Adapter Protocol).
• В браузърния двигател Servo, написан на Rust, е добавена поддръжка за тъмен режим на оформлението. Размерът на браузъра ServoShell е намален с 20%. Поддръжката на уеб спецификации е разширена до възможността за влизане и четене на съобщения в Discord (изпращането на съобщения все още не е възможно).
• Компанията Mozilla представи инструмента Uniffi for React Native за създаване на модули за React Native на езика Rust.
• Извършено е тестване на производителността на кодиращите устройства за изображения в PNG формат. Декодерите на Rust (png, zune-png, wuffs) се оказаха по-бързи от декодерите на C (libpng, spng, stb_image). Например, crate пакетът png (image-rs) надмина libpng с 1.8 пъти на x86 система и с 1.5 пъти на ARM система. image-rs: 375.401 MP/s (средно) 318.632 MP/s (геометрично средно) zune-png: 376.649 MP/s (средно) 302.529 MP/s (геометрично средно) wuffs: 376.205 MP/s (средно) 287.181 MP/s (геометрично средно) libpng: 208.906 MP/s (средно) 173.034 MP/s (геометрично средно) spng: 299.515 MP/s (средно) 235.495 MP/s (геометрично средно) stb_image: 234.353 MP/s (средно) 171.505 MP/s (геометрично средно)

Източник: opennet.ru