Выпуск Rust 1.96. Оценка пригодности Rust для создания прошивок к микроконтроллерам

Езикът за програмиране Rust 1.96, основан от проекта Mozilla, но сега разработен под егидата на независимата организация с нестопанска цел Rust Foundation, беше пуснат. Езикът се фокусира върху безопасността на паметта и предоставя инструменти за постигане на висок паралелизъм на изпълнение на задачи, като същевременно се справя без използването на събирач на боклук и среда за изпълнение (средата за изпълнение се свежда до основна инициализация и поддръжка на стандартната библиотека).

Методите за управление на паметта на Rust са предназначени да елиминират грешки при манипулиране на указатели и да предпазват от проблеми, произтичащи от управление на паметта на ниско ниво, като например достъп до памет след като е била освободена, разреференциране на нулеви указатели, препълване на буфера и т.н. Проектът разработва мениджъра на пакети Cargo за разпространение на библиотеки, улесняване на компилациите и управление на зависимостите. Хранилището crates.io се поддържа за хостване на библиотеки.

Безопасността на паметта е осигурена в Rust по време на компилиране чрез проверка на референции, проследяване на собствеността на обекта, проследяване на продължителността на живот на обекта (обхвати) и оценка на коректността на достъпа до паметта по време на изпълнение на кода. Rust също осигурява защита срещу целочислени препълвания, изисква променливите да бъдат инициализирани преди употреба, обработва грешките по-добре в стандартната библиотека, прилага концепцията за неизменни препратки и променливи по подразбиране и предлага силно статично въвеждане за минимизиране на логическите грешки.

Основни иновации:

• Добавлен модуль range с реализацией новых типов, развиваемых для замены устаревших типов Range, RangeInclusive, RangeToInclusive и RangeFrom, и позволяющих хранить диапазоны в Copy-структурах. Тип Range определяет диапазоны, ограниченные минимальным и максимальным допустимым значением (но не входящим в него), тип RangeFrom определяет числа начиная с указанного значения, а тип RangeInclusive — значения указанного диапазона с обеими его границами. В будущих выпусках дополнительно появятся типы RangeFull и RangeTo, старая реализация будет перенесена в core::range::legacy::*, а синтаксис «N..M» переведут на новый вариант типов.

  Новые типы отличаются тем, что вместо типажа Iterator реализуют типаж IntoIterator, т.е. вместо встроенного итератора определяют то, как преобразовать тип в итератор. Подобный подход позволяет использовать с новыми типами операцию копирования (типаж Copy, показывающий, что значения типа можно дублировать через простое копирование), которая ранее была недоступна из-за несовместимости с типами со встроенными итераторами.
  Например, новые типы дают возможность сохранить границы среза в структуру, которая полностью копируется без раздельного сохранения начального и конечного значений:

  use core::range::Range;

  #[derive(Clone, Copy)]
  pub struct Span(Range<usize>);

  impl Span {
  pub fn of(self, s: &str) -> &str {
  &s[self.0]
  }
  }

• Добавлены макросы «assert_matches!» и «debug_assert_matches!», проверяющие соответствие значения указанному шаблону и аварийно завершающие выполнение при расхождении. От выражений «assert!(matches!(..))» и «debug_assert!(matches!(..))» новые макросы отличаются выводом отладочной информации со значениями, вызвавшими сбой. Для избежания пересечений со сторонними макросами, поставляемыми с аналогичными именами, новые макросы требую явного импорта библиотеки «core::assert_matches».

  use core::assert_matches;

  fn get_random_number() -> u32 {
  4
  }

  fn main() {
  assert_matches!(get_random_number(), 1..=6);
  }

• При сборке для целевой платформы WebAssembly прекращена передача компоновщику опции «—allow-undefined», разрешавшей связывание при наличии неопределённых символов, которые преобразовывались в импорт из модуля «env». При сборке для WebAssembly все связанные с компоновкой символы теперь по умолчанию обязательно должны быть определены. Для возвращения старого поведения можно использовать переменную окружения «RUSTFLAGS=-Clink-arg=—allow-undefined» или выражение ‘#[link(wasm_import_module = «env»)]» в коде.
• Нова част от API е преместена в категорията на стабилни, включително методите и имплементациите на характеристиките са стабилизирани:
  • assert_matches!
  • debug_assert_matches!
  • From<T> for AssertUnwindSafe<T>
  • From<T> for LazyCell<T, F>
  • From<T> for LazyLock<T, F>
  • core::range::RangeToInclusive
  • core::range::RangeToInclusiveIter
  • core::range::RangeFrom
  • core::range::RangeFromIter
  • core::range::Range
  • core::range::RangeIter
• В пакетном менеджере Cargo устранена уязвимость CVE-2026-5223, которая может использоваться для перезаписи исходного кода другого crate-пакета в локальном кэше пакетов из того же репозитория через манипуляции с символическими ссылками внутри crate-а пакетов. Уязвимость проявляется только при работе со сторонними репозиториями пакетов и не затрагивает пользователей репозитория crates.io, так как в crates.io запрещена загрузка пакетов с символическими ссылками.

Дополнительно можно отметить публикацию (PDF) результатов анализа пригодности языка Rust для разработки прошивок для микроконтроллеров и встраиваемых систем с ограниченными ресурсами.
Исследование проведено компанией STMicroelectronics при участии нескольких европейских университетов. Двум изолированным командам разработчиков была поставлена задача по реализации одной и той же прошивки для микроконтроллеров STM32U585AI с ядром Arm Cortex-M33. Первая команда создавала прошивку на Си, а вторая на Rust.

Тестирование выполненной работы не выявило заметных преимуществ в использовании языка Си вместо Rust при разработке прошивок для микроконтроллеров при сравнении потребления памяти и производительности. Более того, задействование написанного на Rust системного runtime от открытого проекта Ariel OS позволило добиться потребления памяти в проекте на Rust ниже, чем в реализации на языке Си, использующей традиционный стек для разработки прошивок на базе библиотеки newlib.

Размер результирующей прошивки составил 84100 байт в проекте на Rust и 76744 байта в проекте на Си (на 10% меньше), но потребление оперативной памяти в прошивке на Rust оказалось значительно ниже — 24640 байтов против 42608 байтов. Что касается производительности, то при тестировании начальных прототипов, разработанных за 6 недель, реализация на Rust в два раза опережала, реализацию на Си, но обе реализации значительно отставали от расчётной максимальной производительности. После 4 недель, выделенных на оптимизацию, обе реализации достигли примерно одинакового результата, близкого к расчётному максимуму.

Източник: opennet.ru