Издање Rust 1.96: Процена Rust-ове погодности за развој фирмвера микроконтролера

Објављен је програмски језик Rust 1.96, који је основао пројекат Mozilla, али је сада развијен под покровитељством независне непрофитне организације Rust Foundation. Језик се фокусира на безбедност меморије и пружа алате за постизање високог паралелизма извршавања задатака, а да притом не користи сакупљач смећа и runtime (runtime је сведен на основну иницијализацију и одржавање стандардне библиотеке).

Рустове методе управљања меморијом су дизајниране да елиминишу грешке у манипулацији показивачима и заштите од проблема који настају услед управљања меморијом ниског нивоа, као што су приступ меморији након што је ослобођена, дереференцирање нултих показивача, прекорачење бафера и тако даље. Пројекат развија менаџер пакета Cargo за дистрибуцију библиотека, олакшавање изградње и управљање зависностима. Репозиторијум crates.io се одржава за хостовање библиотека.

Безбедност меморије је обезбеђена у Русту у време компајлирања кроз проверу референци, праћење власништва над објектима, праћење животног века објекта (опсега) и процену исправности приступа меморији током извршавања кода. Руст такође пружа заштиту од прекорачења целог броја, захтева обавезну иницијализацију вредности променљивих пре употребе, боље обрађује грешке у стандардној библиотеци, подразумевано примењује концепт непроменљивих референци и променљивих, нуди снажно статичко куцање како би се минимизирале логичке грешке.

Главне иновације:

• 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
  }

  фн маин() {
  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.
• Нови део АПИ-ја је премештен у категорију стабилних, укључујући методе и имплементације особина које су стабилизоване:
  • 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.

Извор: опеннет.ру