Шестая версия патчей для ядра Linux с поддержкой языка Rust

Мигель Охеда (Miguel Ojeda), автор проекта Rust-for-Linux, предложил для рассмотрения разработчиками ядра Linux выпуск v6 компонентов для разработки драйверов устройств на языке Rust. Это седьмая редакция патчей с учётом первого варианта, опубликованного без номера версии. Поддержка Rust рассматривается как экспериментальная, но уже включена в ветку linux-next и достаточно развита для начала работы по созданию слоёв абстракции над подсистемами ядра, а также для написания драйверов и модулей. Разработка финансируется компанией Google и организацией ISRG (Internet Security Research Group), которая является учредителем проекта Let’s Encrypt и способствует продвижению HTTPS и развитию технологий для повышения защищённости интернета.

В новой версии:

  • Инструментарий и вариант библиотеки alloc, избавленный от возможных генераций состояния «panic» при возникновении ошибок, обновлены до выпуска Rust 1.60, в которой стабилизирована поддержка режима «maybe_uninit_extra», применяемого в патчах к ядру.
  • Добавлена возможность выполнения тестов из документации (тесты, одновременно используемые в качестве примеров в документации), через преобразование во время компиляции тестов, завязанных на API ядра, в тесты KUnit, выполняемые во время загрузки ядра.
  • Тесты теперь не должны приводить к выводу предупреждения линтера Clippy, как и код для ядра на языке Rust.
  • Предложена начальная реализация модуля «net» с сетевыми функциями. Для кода на языке Rust предоставлен доступ к таких структурам, как «Namespace» (на основе структуры ядра «struct net»), SkBuff (struct sk_buff), TcpListener, TcpStream (struct socket), Ipv4Addr (struct in_addr), SocketAddrV4 (struct sockaddr_in) и их эквиваленты для IPv6.
  • Реализована начальная поддержка методов асинхронного программирования (async), реализованная в форме модуля kasync. Например, можно создавать работающий в асинхронном режиме код для манипуляции с TCP-сокетами: 
    
        async fn echo_server(stream: TcpStream) -› Result {
            let mut buf = [0u8; 1024];
            loop {
                let n = stream.read(&mut buf).await?;
                if n == 0 {
                    return Ok(());
                }
                stream.write_all(&buf[..n]).await?;
           }
        }
  • Добавлен модуль net::filter для манипуляции с фильтрами сетевых пакетов. Добавлен пример rust_netfilter.rs с реализацией фильтра на языке Rust.
  • Добавлена реализация простого мьютекса smutex::Mutex, не требующего привязки.
  • Добавлена блокировка NoWaitLock, которая никогда не приводит к ожиданию освобождения, а в случае занятия другим потоком приводит к выводу ошибки при попытке получения блокировки вместо остановки вызывающего.
  • ** Добавлена блокировка RawSpinLock отождествлённая с raw_spinlock_t в ядре, применяемая к секциям, которые не могут находится в состоянии ожидания.
  • Добавлен тип ARef для ссылок на объект, к которому применяется механизм подсчёта ссылок (always-refcounted).
  • В бэкенде rustc_codegen_gcc, позволяющем использовать библиотеку libgccjit от проекта GCC в качестве генератора кода в rustc для обеспечения в rustc поддержки доступных в GCC архитектур и оптимизаций, обеспечена возможность раскрутки компилятора (bootstrapping) rustc. Под раскруткой компилятора понимается возможность использования в rustc генератора кода на основе GCC для сборки самого компилятора rustc. Кроме того, в недавний выпуск GCC 12.1 включены исправления в libgccjit, необходимые для корректной работы rustc_codegen_gcc. Ведётся подготовка к предоставлению возможности установки rustc_codegen_gcc при помощи утилиты rustup.
  • Отмечается прогресс разработки фронтэнда gccrs с реализацией компилятора языка Rust на базе GCC. К работе над gccrs подключился второй разработчик, работающий в режиме полного рабочего для.

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.

Источник: http://www.opennet.ru/opennews/art.shtml?num=57153