"חלודה היא העתיד של תכנות המערכת, C הוא ההרכב החדש" - נאום של אחד המהנדסים המובילים של אינטל

במפגש הטכנולוגיה של קוד פתוח לאחרונה (OSTS) ג'וש טריפלט, מהנדס בכיר באינטל, אמר שהחברה שלו מעוניינת ש-Rust תגיע ל"שוויון" עם שפת C שעדיין שולטת במערכות ובפיתוח ברמה נמוכה בעתיד הקרוב. בנאומו תחת הכותרת "Intel and Rust: The Future of Systems Programming", הוא גם דיבר על ההיסטוריה של תכנות מערכות, כיצד C הפכה לשפת תכנות מערכות ברירת המחדל, אילו תכונות של Rust מעניקות לה יתרון על C, וכיצד היא יכולה לחלוטין להחליף את C בתחום זה של תכנות.

תכנות מערכות הוא פיתוח וניהול של תוכנות המשמשות כפלטפורמה ליצירת יישומי יישומים, המבטיחים שהאחרונים מקיימים אינטראקציה עם המעבד, זיכרון RAM, התקני קלט/פלט וציוד רשת. תוכנת מערכת יוצרת הפשטה מיוחדת בצורת ממשקים שעוזרים ליצור תוכנת יישום מבלי להתעמק בפרטים של אופן הפעולה של החומרה עצמה.

טריפלט עצמו מגדיר תכנות מערכות כ"כל דבר שאינו אפליקציה". הוא כולל דברים כמו BIOS, קושחה, מאגרי אתחול וליבת מערכת הפעלה, סוגים שונים של קוד משובץ ברמה נמוכה והטמעות של מכונות וירטואליות. באופן מעניין, טריפלט מאמינה שדפדפן אינטרנט הוא גם תוכנת מערכת, שכן הדפדפן הפך מזמן ליותר מ"רק תוכנית", והפך ל"פלטפורמה עצמאית עבור אתרי אינטרנט ויישומי אינטרנט".

בעבר, רוב תוכניות המערכת, כולל BIOS, מאגרי אתחול וקושחה, נכתבו בשפת assembly. בשנות ה-1960, החלו ניסויים לספק תמיכה בחומרה לשפות ברמה גבוהה, מה שהוביל ליצירת שפות כמו PL/S, BLISS, BCPL ו-ALGOL 68.

ואז, בשנות ה-1970, יצר דניס ריצ'י את שפת התכנות C עבור מערכת ההפעלה יוניקס. נוצר בשפת התכנות B, שאפילו לא הייתה לה תמיכה בהקלדה, C היה מלא בפונקציות חזקות ברמה גבוהה שהתאימו ביותר לכתיבת מערכות הפעלה ומנהלי התקנים. כמה רכיבים של UNIX, כולל הליבה שלו, נכתבו בסופו של דבר מחדש ב-C. לאחר מכן, תוכניות מערכת רבות אחרות, כולל מסד הנתונים של Oracle, חלק ניכר מקוד המקור של Windows ומערכת ההפעלה לינוקס, נכתבו גם ב-C.

ג' קיבלה תמיכה אדירה בכיוון הזה. אבל מה בדיוק גרם למפתחים לעבור אליו? טריפלט מאמינה שכדי להניע מפתחים לעבור משפת תכנות אחת לאחרת, על האחרונה לספק תחילה תכונות חדשות מבלי לאבד תכונות ישנות.

ראשית, השפה חייבת להציע תכונות חדשות "מרשימות באופן סביר". "הוא לא יכול להיות טוב יותר. זה חייב להיות טוב יותר בצורה משמעותית כדי להצדיק את המאמץ והזמן ההנדסי שלוקח לבצע את המעבר", הוא מסביר. בהשוואה לשפת ההרכבה, ל-C היו הרבה דברים להציע. זה תמך בהתנהגות בטוחה למדי, סיפק ניידות וביצועים טובים יותר עם מבנים ברמה גבוהה, ויצר קוד קריא הרבה יותר בסך הכל.

שנית, השפה חייבת לספק תמיכה בפיצ'רים ישנים, מה שאומר שבהיסטוריה של המעבר ל-C, מפתחים היו צריכים להיות בטוחים שהיא לא פחות פונקציונלית משפת assembly. טריפלט מסביר: "שפה חדשה לא יכולה רק להיות טובה יותר, היא חייבת להיות גם טובה באותה מידה." בנוסף להיותה מהירה יותר ותומכת בכל סוג נתונים ששפת assembly יכולה להשתמש בו, ל-C היה גם מה שטריפלט כינה "פתח בריחה" - כלומר, היא תמכה בהכנסת קוד שפת assembly בתוך עצמה.

טריפלט מאמין ש-C הופכת כעת למה שהייתה שפת אסמבלינג לפני שנים רבות. "C הוא ההרכב החדש", הוא מצהיר. כעת מפתחים מחפשים שפה חדשה ברמה גבוהה שלא רק תפתור את הבעיות שהצטברו ב-C שכבר לא ניתן לתקן, אלא גם תציע פיצ'רים חדשים ומלהיבים. שפה כזו חייבת להיות משכנעת מספיק כדי לגרום למפתחים לעבור אליה, חייבת להיות מאובטחת, לספק ניהול זיכרון אוטומטי ועוד הרבה יותר.

"כל שפה שרוצה להיות טובה יותר מ-C חייבת להציע הרבה יותר מסתם הגנה מפני הצפת חיץ אם היא באמת רוצה להיות אלטרנטיבה משכנעת. מפתחים מתעניינים בשימושיות ובביצועים, כותבים קוד שמובן מאליו ועושה יותר עבודה בפחות שורות. יש לטפל גם בבעיות אבטחה. קלות שימוש וביצועים הולכים יד ביד. ככל שאתה צריך לכתוב פחות קוד כדי להשיג משהו, כך יש לך פחות הזדמנות לעשות טעויות כלשהן, הקשורות לאבטחה או לא", מסביר טריפלט.

השוואה בין Rust ו-C

עוד ב-2006, Graydon Hoare, עובד מוזילה, החל לכתוב את Rust כפרויקט אישי. ובשנת 2009, מוזילה החלה לתת חסות לפיתוח של Rust לצרכיה, וגם הרחיבה את הצוות להמשך פיתוח השפה.

אחת הסיבות שמוזילה התעניינה בשפה החדשה היא שפיירפוקס נכתב בלמעלה מ-4 מיליון שורות של קוד C++ והיו לו לא מעט נקודות תורפה קריטיות. Rust נבנה מתוך מחשבה על אבטחה ותמימות, מה שהופך אותה לבחירה אידיאלית לשכתוב רבים מהרכיבים של Firefox כחלק מפרויקט Quantum לעיצוב מחדש לחלוטין של ארכיטקטורת הדפדפן. מוזילה משתמשת גם ב-Rust כדי לפתח את Servo, מנוע עיבוד HTML שיחליף בסופו של דבר את מנוע העיבוד הנוכחי של Firefox. חברות רבות אחרות החלו להשתמש ב-Rust עבור הפרויקטים שלהן, כולל Microsoft, Google, Facebook, Amazon, Dropbox, Fastly, Chef, Baidu ועוד רבים.

Rust פותר את אחת הבעיות החשובות ביותר של שפת C. היא מציעה ניהול זיכרון אוטומטי כך שמפתחים לא יצטרכו להקצות ידנית ולאחר מכן לשחרר אותו עבור כל אובייקט באפליקציה. מה שמייחד את Rust משפות מודרניות אחרות הוא שאין לו אספן אשפה שמסיר אוטומטית אובייקטים שאינם בשימוש מהזיכרון, וגם אין לו את סביבת זמן הריצה הנדרשת כדי לגרום לזה לעבוד, כמו Java Runtime Environment עבור Java. במקום זאת, ל-Rust יש מושגים של בעלות, הלוואות, הפניות ותקופת חיים. "ל-Rust יש מערכת להכרזה על קריאות לאובייקט כדי לציין אם הבעלים משתמש בו או סתם שואל אותו. אם אתה פשוט שואל אובייקט, המהדר יעקוב אחרי זה ויבטיח שהמקור יישאר במקומו כל עוד אתה מתייחס אליו. Rust גם תבטיח שהאובייקט יוסר מהזיכרון ברגע שהשימוש בו יסתיים, תוך הכנסת קריאה מתאימה לקוד בזמן ההידור ללא זמן נוסף", אומר טריפלט.

היעדר זמן ריצה מקורי יכול להיחשב גם כמאפיין חיובי של Rust. טריפלט מאמין שהשפות בהן הוא פועל קשות לשימוש ככלי תכנות מערכות. כפי שהוא מסביר: "עליך לאתחל את זמן הריצה הזה לפני שתוכל לקרוא לקוד כלשהו, ​​עליך להשתמש בזמן הריצה הזה כדי לקרוא לפונקציות, וזמן הריצה עצמו עשוי להפעיל קוד נוסף מאחורי הגב שלך בזמנים בלתי צפויים."

Rust גם שואפת לספק תכנות מקביל מאובטח. אותן תכונות שהופכות אותו לבטוח בזיכרון עוקבות אחר דברים כמו איזה חוט הבעלים של איזה אובייקט ואילו חפצים ניתן להעביר בין חוטים ואיזה צריך מנעול.

כל התכונות הללו הופכות את Rust למשכנע מספיק עבור מפתחים לבחור בה ככלי חדש לתכנות מערכות. עם זאת, מבחינת מחשוב מקביל, Rust עדיין קצת מאחורי C.

בכוונת טריפלט ליצור קבוצת עבודה מיוחדת שתתמקד בהחדרת הפיצ'רים הדרושים ל-Rust כך שתוכל להשתוות, לעלות ולהחליף את C באופן מלא בתחום תכנות המערכות. IN שרשור על Reddit, המוקדש לנאומו, אמר כי "קבוצת FFI/C Parity נמצאת בתהליך יצירה ועדיין לא החלה לעבוד", לעת עתה הוא מוכן לענות על כל שאלה, ובעתיד הוא בהחלט יפרסם תוכניות מיידיות לפיתוח Rust כחלק מיוזמתו עבור כל בעלי העניין.

ניתן להניח שקבוצת FFI/C Parity תתמקד קודם כל בשיפור התמיכה בריבוי השחלות ב-Rust, הצגת תמיכה ב-BFLOAT16, פורמט נקודה צפה שהופיעה במעבדי Intel Xeon Scalable החדשים, וכן ייצוב הרכבה הכנסת קוד.

מקור: 3dnews.ru