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用 Rust 重写 Linux 内核,这可能吗?

2021 年 3 月 25 日

用Rust重写Linux内核,这可能吗?

众所周知,Linux 是 C 语言的代言人。但是,时代变了,Rust 正在兴起并赢得越来越多人的支持,它开始逐渐扮演 Linux 系统语言的角色。


在 2020 年 Linux Plumbers 峰会上,开发人员认真考虑过将 Rust 语言用于 Linux 内联代码的想法。此外,已经有很多 Linux 中的 Rust 内容被推向市场。比如,AWS 在 2020 年发布了 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。


另一个例子则与 Sylvestre Ledru 有关。他白天的身份是 Mozilla 的主管,而晚上却是 Debian Linux 开发人员。 Ledru 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 并运行了一些最受欢迎的 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。

挺进 Linux 世界,Rust 机会在哪?


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。此前,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。谷歌的调查也发现,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使用 Rust 来解决。AWS 产品经理 Samartha Chandrashekar 表示,“Rust 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“。


据悉,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 中的 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。

Linux 之父:驱动程序可能率先 Rust 化


当然,Rust 能否替代 C 语言,主宰 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,并且我想看看它在实践中的效果究竟如何。”


Linus 表示,“绝不会推动 Linux 中的 Rust 运动。但是,鉴于 Rust 的优势,我愿意接受它。”


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首选领域,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。

写在最后:


目前,几乎可以肯定,用 Rust 重写 Linux 这样的事短时不会发生,但是 Linux 中用户空间程序和驱动程序却有可能率先 Rust 化。

2021 年 3 月 25 日 14:334812
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万佳 InfoQ编辑

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轮子,任何时候都要造,不造不行,你们想想,你带着老婆,出了城,吃着火锅还唱着歌,突然就被新手取代了! 所以,有輪子造的日子,才是好日子! (出自讓子彈飛一會)
2021 年 04 月 01 日 16:00
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不要重复造轮子
2021 年 03 月 31 日 10:13
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