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用Rust重写Linux内核,这可能吗?

来源: 时间:2021-03-29
在 C 语言唱主角的 世界,Rust 语言来了。
 
众所周知,Linux 是 C 语言的代言人。但是,时代变了,Rust 兴起并且正赢得更多人的支持,它开始逐渐扮演 Linux 系统语言的角色。
 
1、Rust 在 Linux 圈子中的尝试
在 2020 年 Linux Plumbers 峰会上,开发人员认真考虑了将 Rust 语言用于 Linux 内联代码的想法。
 
目前,已经有很多 Linux 中的 Rust 内容被推向市场。比如,2020 年,AWS 发布了 Bottlerocket,这是一种专为运行容器而打造的基于 Linux 的开源操作系统,其中包含大量的 Rust 代码。
 
Sylvestre Ledru 白天是 Mozilla 的主管,晚上是 Debian Linux 开发人员。他已经使用 LLVM 编译器基础架构及其 Clang C 语言前端和工具链基础架构,将一个 Rust 版本的 Coreutils 移植到了 Linux 中。据了解,Coreutils 是 GNU Shell 核心实用程序。
 
基于这些内容,他已经启动了 Linux 并运行了一些更受欢迎的 Debian 软件包。虽然 Ledru 承认这一平台还没有准备好投入生产,但经过很多繁重的工作后,它现在已经可以使用了。总有一天,它会发展到替代 GNU Coreutils 的地步。
 
2、Rust 很香,有机会进入 Linux
某种程度上,Rust 之所以受欢迎,是因为开发人员用 Rust 更容易编写出安全的软件。一直以来,安全性深深困扰着微软和谷歌等公司。比如,微软的研究人员称,该公司每年修复的漏洞中有 70% 与内存安全有关。同样,谷歌调查发现,Chrome 代码库中所有严重的安全漏洞,70% 是内存管理的安全漏洞。
 
这些安全问题正好可以用 Rust 来解决。AWS 产品经理 Samartha Chandrashekar 表示,“它有助于确保线程安全,并防止与内存相关的错误,例如可能导致安全漏洞的缓冲区溢出。
 
在 Linux 圈子里,2019 年 Linux 安全峰会揭示,大约三分之二的 Linux 内核漏洞来自内存安全问题。
 
从理论上讲,Rust 可以使用本质上更安全的应用程序接口(API)完全避免这些漏洞。
 
那么,关于 Linux 中 Rust 地位,Linux 开发人员 Nelson Elhage 总结道:Linux Rust 的支持者并不是“提议将 Linux 内核用 Rust 重写;他们只是努力想做到让新的代码可以用 Rust 来编写。Rust 支持的三个潜在关注点包括利用内核中的现有 API、架构支持”,以及处理 Rust 和 C 之间的应用程序二进制接口(ABI)兼容性。
 
3、Linux 之父的观点:驱动程序可能率先 Rust 化
当然,Rust 能否替代 C 语言,主导 Linux 世界?
Linux 之父 Linus 和 Linux 稳定内核的维护者 Greg Kroah-Hartman 或许最有发言权。
 
Linus 一直在“等待与观察”。他说:“我对这个项目很感兴趣,但我认为它是由非常热衷于 Rust 的人们推动的,而且我想看看它在实践中的效果究竟如何。”
 
“从个人来说,”他表示,“绝不会‘推动’Linux 中的 Rust 运动,但考虑到 Rust 所承诺的优势和它能够避免的一些安全隐患,我愿意接受它,但我也知道有时诺言不会兑现。”
 
Linus 认为,Rust 的首要目标似乎是驱动程序,这是因为在那里,你可以找到许多不同的可行目标,并且内核的这些部分相当小巧且独立。对某些人来说,这可能没那么有趣,但它是非常明显的目标。
 
在他看来,首先考虑驱动程序的另一个原因是“任何对驱动程序的初期尝试都发生在架构层面。很多驱动程序只关联了少数几个目标架构,因此 Rust 代码在某些架构上不被支持的问题在这里并不算什么大事。”
 
Linux 稳定内核的维护者 Greg Kroah-Hartman 认同 Linus 的说法,“驱动程序可能是这类尝试的推荐领域,因为它们是内核源代码依赖树的'末端枝叶'。它们依赖于核心内核功能,但没有任何内容依赖它们”。
 
Linus 知道有些人完全不喜欢用户空间中有 Rust 的存在。“人们在抱怨用户空间中的'Rust 化'对未来的内核来说并不是什么好迹象,但究竟如何,我们可以拭目以待。内核与用户空间项目是不一样的——内核在某些方面更难处理(我们使用了很多非常奇怪的头文件,这些文件推动了可以称为“C”的边界),但是在其他许多方面又更容易(主要因为内核是完全自包含的,因此最终二进制文件不依赖其他项目”。
 
“一切都归结为如何将用 C 编写的内核核心结构和长期规则之间的交互映射到 Rust 结构和长期规则中,以让 Rust 编写的驱动程序能够正确使用它们。想要将所有这些组织起来的开发人员将需要大量的用心努力,我祝他们好运。”Greg Kroah-Hartman 补充说。
 
4、写在最后:
尽管几乎可以肯定,Linux 从 C 移植到 Rust 中这样的事情不会很快发生,但是将基于 Rust 的用户空间程序、驱动程序以及最后,将基于 Rust 的 Linux 内核引入 Linux 操作系统的前景引发了很多兴趣和实际行动。
 
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