«Rust er fremtiden for systemprogrammering, C er den nye Assembly» — presentasjon fra en av de ledende ingeniørene i Intel

Vid det nyligen genomförda Open Source Technology Summit (OSTS) Josh Triplett, ledande ingenjör på Intel, berättade om att hans företag är intresserat av att Rust inom en snar framtid ska nå "paritet" med det fortfarande dominerande språket C inom system- och lågnivåutveckling. I sin presentation under rubriken "Intel och Rust: framtiden för systemprogrammering" berättade han även om historien bakom systemprogrammering, hur C blev det "standard" systemprogrammeringsspråket, vilka möjligheter Rust erbjuder som ger det fördelar över C och hur det inom en snar framtid kan ersätta C helt i detta område av programmering.

Systemprogrammering handlar om att utveckla och hantera programvara som tjänar som plattform för att skapa applikationer, vilket möjliggör deras interaktion med processorer, RAM, in- och utmatningsenheter och nätverksutrustning. Systemprogramvaran skapar en speciell abstraktion i form av gränssnitt som hjälper till att skapa applikationsprogramvara utan att behöva förstå detaljerna i hur "maskinvaran" fungerar.

Triplett definierar systemprogrammering som "allt som inte är en applikation". Det omfattar saker som BIOS, bootloaders och systemkärnor, olika typer av inbyggd lågnivåkod, samt implementationer av virtuella maskiner. Intressant nog anser Triplett att en webbläsare också är systemprogramvara, eftersom webbläsaren har blivit mer än "bara ett program" och har utvecklats till en självständig "plattform för webbplatser och webbapplikationer."

Tidigare skrevs de flesta systemprogram, inklusive BIOS, bootloaders och firmware, på assembler. På 1960-talet inleddes experiment med att ge hårdvarustöd för högre nivåspråk, vilket ledde till skapandet av språk som PL/S, BLISS, BCPL och ALGOL 68.

På 1970-talet skapade Dennis Ritchie programmeringsspråket C för operativsystemet Unix. C, som utvecklades baserat på det typfria programmeringsspråket B, erbjöd kraftfulla hög-nivåfunktioner som var särskilt lämpade för att skriva operativsystem och drivrutiner. Flera komponenter i UNIX, inklusive dess kärna, blev så småningom omskrivna i C. Många andra systemprogram, inklusive Oracle-databasen, största delen av Windows-källkoden och operativsystemet Linux, har också skrivits i C.

C fick stort stöd i detta avseende. Men vad var det som fick utvecklarna att byta till det? Triplett anser att för att motivera utvecklare att byta från ett programmeringsspråk till ett annat, måste det nya språket framför allt erbjuda nya funktioner utan att förlora de gamla möjligheterna.

För det första måste språket erbjuda "tillräckligt imponerande" nya funktioner. "Det kan inte vara bara lite bättre. Det måste vara betydligt bättre för att rättfärdiga den insats och tid som ingenjörerna behöver för att göra övergången", förklarar han. Jämfört med assembler-språket hade C många saker att erbjuda. Det stöder till viss del säker typning, ger bättre portabilitet och prestanda med hög-nivåkonstruktioner, samt genererar i allmänhet mycket mer läsbar kod.

För det andra måste språket stödja gamla funktioner, vilket innebär att utvecklarna bör vara övertygade om att C är lika funktionellt som assembler-språket. Triplett förklarar: "Ett nytt språk kan inte bara vara bättre, det måste också vara minst lika bra". Förutom att C var snabbare och stödde alla datatyper som assembler-språket kunde använda, hade det också det som Triplett kallade en "nödhålsöppning", vilket innebär att det stödde insättningar av assemblerkod internt.

Triplet anser att C nu blir vad assembler språket var för många år sedan. "C är det nya Assembler", säger han. Nu söker utvecklare ett nytt hög-nivåspråk som inte bara löser de problem som uppstått i C, som det redan är omöjligt att åtgärda, utan också erbjuder nya imponerande funktioner. Ett sådant språk måste vara tillräckligt övertygande för att få utvecklare att byta till det, måste vara säkert, erbjuda automatisk minneshantering och mycket mer.

"Ett språk som vill vara bättre än C måste erbjuda mycket mer än bara skydd mot buffertöverflöd om det verkligen vill bli ett övertygande alternativ. Utvecklare är intresserade av användbarhet och prestanda, att skriva kod som inte kräver förklaringar och utför mer arbete med färre rader. Säkerhetsproblem måste också lösas. Användarvänlighet och prestanda är oskiljaktigt kopplade. Ju mindre kod du behöver skriva för att uppnå något, desto mindre riskerar du att göra några säkerhetsrelaterade fel", förklarar Triplet.

Jämförelse mellan Rust och C

Redan 2006 började Graydon Hoare, en anställd på Mozilla, skriva Rust som ett personligt projekt. År 2009 började Mozilla finansiera utvecklingen av Rust för sina egna behov och utvidgade dessutom teamet för vidareutveckling av språket.

En av anledningarna till att Mozilla blev intresserad av ett nytt språk är att Firefox var skrivet på mer än 4 miljoner rader C++-kod och hade ganska många kritiska sårbarheter. Rust skapades med krav på säkerhet och parallellitet i åtanke, vilket gör det till ett utmärkt val för att skriva om många komponenter i Firefox inom ramen för Quantum-projektet för en fullständig omarbetning av webbläsarens arkitektur. Mozilla använder också Rust för att utveckla Servo, en HTML-renderingsmotor som i framtiden kommer att ersätta den nuvarande renderingsmotorn i Firefox. Många andra företag har börjat använda Rust för sina projekt, inklusive Microsoft, Google, Facebook, Amazon, Dropbox, Fastly, Chef, Baidu och många andra.

Rust löser ett av de viktigaste problemen med C-språket. Det erbjuder automatisk minneshantering, så utvecklare behöver inte manuellt allokera och sedan frigöra minne för varje objekt i applikationen. Det som särskiljer Rust från andra moderna språk är att det inte har någon skräpsamling, som automatiskt tar bort oanvända objekt från minnet, samt ingen körmiljö som är nödvändig för dess drift, som Java Runtime Environment för Java. Istället använder Rust koncepten ägande, låning, referenser och livslängd. "I Rust finns det ett system för att deklarera objektanrop, vilket gör att du kan ange om det används av sin ägare eller om det bara är en låning. Om du bara lånar ett objekt kommer kompilatorn att övervaka detta och säkerställa att originalet förblir på plats så länge du refererar till det. Dessutom kommer Rust att se till att objektet tas bort från minnet så snart det inte längre används, genom att infoga den lämpliga anropet i koden under kompileringen utan extra tidskostnader," säger Triplett.

Avsaknaden av en egen körmiljö kan också ses som en positiv aspekt av Rust. Triplett anser att språk som körs med hjälp av den är svåra att använda som verktyg för systemprogrammering. Som han förklarar: "Du måste initiera denna körmiljö innan du kan anropa någon kod, du måste använda denna körmiljö för att kalla funktioner, och själva körmiljön kan köra ytterligare kod bakom din rygg vid oväntade tillfällen."

Rust strävar också efter att säkerställa säkert parallellt programering. De funktioner som gör den minnessäker övervakar sådana saker som vilken tråd som äger vilket objekt och vilka objekt som kan överföras mellan trådar och vilka som behöver låsas.

Alla dessa funktioner gör Rust tillräckligt övertygande för att utvecklare ska välja det som ett nytt verktyg för systemprogrammering. Men när det gäller parallella beräkningar ligger Rust fortfarande lite efter C.

Triplet planerar att skapa en specialarbetsgrupp som ska arbeta med att implementera nödvändiga funktioner i Rust så att det helt kan jämföras med, överträffa och ersätta C inom systemprogrammering. tråden på Reddit, som handlar om hans presentation, meddelade han att "FFI/C Parity-gruppen är i processen att skapas och har ännu inte börjat arbeta", men att han är redo att svara på alla frågor och i framtiden kommer att publicera närmaste planer för utvecklingen av Rust inom ramen för hans initiativ för alla intresserade.

Man kan anta att FFI/C Parity-gruppen i första hand kommer att arbeta med att förbättra stödet för flertrådad programkörning i Rust, implementera stöd för BFLOAT16, ett talformat för flyttal som introducerades i de nya Intel Xeon Scalable-processorerna, samt stabilisera inbäddning av kod i assembler.

Källa: 3dnews.ru