Вторая редакция патчей для ядра Linux с поддержкой языка Rust

Мигель Охеда (Miguel Ojeda), автор проекта Rust-for-Linux, предложил для рассмотрения разработчиками ядра Linux обновлённый вариант компонентов для разработки драйверов устройств на языке Rust. Поддержка Rust рассматривается как экспериментальная, но уже согласована для включения в ветку linux-next. В новом варианте устранены замечания, высказанные в процессе обсуждения первой версии патчей. Линус Торвальдс уже подключился к обсуждению и предложил изменить логику обработки некоторых битовых операций.

Напомним, что предложенные изменения дают возможность использовать Rust в качестве второго языка для разработки драйверов и модулей ядра. Поддержка Rust преподносится как опция, не активная по умолчанию и не приводящая к включению Rust в число обязательных сборочных зависимостей к ядру. Использование Rust для разработки драйверов позволит с минимальными усилиями создавать безопасные и более качественные драйверы, избавленные от таких проблем как обращение к области памяти после её освобождения, разыменование нулевых указателей и выход за границы буфера.

Безопасная работа с памятью обеспечивается в Rust во время компиляции через проверку ссылок, отслеживание владения объектами и учёт времени жизни объектов (области видимости), а также через оценку корректности доступа к памяти во время выполнения кода. Rust также предоставляет средства для защиты от целочисленных переполнений, требует обязательной инициализации значений переменных перед использованием, лучше обрабатывает ошибки в стандартной библиотеке, применяет концепцию неизменяемости (immutable) ссылок и переменных по умолчанию, предлагает сильную статическую типизацию для минимизации логических ошибок.

Наиболее заметные изменения в новой версии патчей:

• Код для распределения памяти избавлен от возможных генераций состояния «panic» при возникновении ошибок, таких как нехватка памяти. В состав включён вариант Rust-библиотеки alloc, в которой переделан код для обработки сбоев, но конечной целью является перенос в основную редакцию alloc всех возможностей, необходимых для ядра (изменения уже подготовлены и переданы в состав стандартной библиотеки Rust).
• Вместо ночных сборок для компиляции ядра с поддержкой Rust теперь можно использовать бета выпуски и стабильные релизы компилятора rustc. В настоящий момент в качестве эталонного компилятора используется rustc 1.54-beta1, но после выхода релиза 1.54 в конце месяца, в качестве эталонного будет поддерживаться именно он.
• Добавлена поддержка написания тестов с использованием штатного для Rust атрибута «#[test]» и возможность применения doctests для документирования тестов.
• Добавлена поддержка архитектур ARM32 и RISCV в дополнение к ранее поддерживаемым x86_64 и ARM64.
• Улучшены реализации GCC Rust (GCC-фронтэнда для Rust) и rustc_codegen_gcc (бэкенд rustc для GCC), который теперь проходит все базовые тесты.
• Преложен новый уровень абстракции для использования в программах на языке Rust механизмов ядра, написанных на языке Си, таких как красно-чёрное дерево, объекты с подсчётом ссылок, создание файловых дескрипторов, задачи, файлы и векторы ввода/вывода.
• В компонентах для разработки драйверов улучшена поддержка модуля «file_operations», макроса «module!», регистрации макросов и рудиментарных драйверов (probe и remove).
• В Binder реализована поддержка передачи файловых дескрипторов и LSM-хуков.
• Предложен более функциональный пример драйвера на Rust — bcm2835-rng для аппаратного генератора случайных чисел плат Raspberry Pi.

Дополнительно упоминаются проекты некоторых компаний, связанные с использованием Rust в ядре:

• Компания Microsoft выразила интерес к участию в работе по интеграции поддержки Rust в ядро Linux и готова в ближайшие месяцы предоставить реализации драйверов для Hyper-V на Rust.
• Компания ARM работает над улучшением поддержи Rust для систем на базе процессоров ARM. Проекту Rust уже предложены изменения, переводящие 64-разрядные системы ARM в число платформ первого уровня поддержки (Tier-1).
• Компания Google напрямую обеспечивает поддержку проекта Rust for Linux, развивает новую реализацию механизма межпроцессного взаимодействия Binder на Rust и рассматривает возможность переработки на Rust различных драйверов. Через ISRG (Internet Security Research Group) компания Google обеспечила финансирование работы по интеграции в ядро Linux поддержки Rust.
• Компания IBM реализована поддержку Rust в ядре для систем PowerPC.
• Лаборатория LSE (Systems Research Laboratory) разработала SPI-драйвер на Rust.

Источник: opennet.ru