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微软解释:为什么 Rust 是系统编程最佳选择?

2019-07-24 16:28:11来源:开源中国

上周,MSRC(微软安全响应中心)透露出拥抱Rust 的打算,随后他们将这个话题扩展为一个系列,进一步阐述了使用安全的系统编程语言的的必要性,以及选择Rust的原因。

在该系列最新一篇文章中,MSRC 团队首席云开发布道师Ryan Levick解释了为什么他们认为Rust编程语言目前是业界采用的最佳选择,不仅仅是因为它能够以内存安全的方式编写系统级程序。

“首先,已经有很多出色的内存安全语言在微软内外广泛使用,包括.NET语言(像是C#或F#)和其他语言(例如Swift、Go和Python)。我们鼓励目前使用C或C++的人将其中任意一种语言纳入考虑。不过现在谈论的是对安全的系统编程语言的需求,此类工作负载需要C、C++和Rust能够提供的速度和可预测的性能。通过垃圾回收实现内存安全的语言不是系统编程的理想选择,因为它们的运行时间会导致不可预测的性能和不必要的成本。”

性能和控制

Levick指出,最好先考虑一下无法从 C和C++放弃的东西——性能和控制,就能更清楚地明白 Rust为什么是一个好的选择。像C和C++一样,Rust有一个最小的可选“运行时”。Rust的标准库同样依赖于libc,但标准库也是可选的,因此在没有操作系统的平台上运行也是可能的。

仍然像C和C++一样,Rust为程序员在何时分配内存以及分配内存的多少上提供了精细的控制,使程序员能够非常清楚地知道程序每次运行时的确切执行方式。在原始速度、控制和可预测性方面,这对于性能来说意味着什么?那就是,“Rust、C和C++可以用类似的术语来思考”。

安全

Rust与C和C++的区别在于其强大的安全保障,某种程度上来说Rust完全是内存安全(memory safe)的。正如之前那篇文章提到的,微软大约70%的安全问题是内存安全问题。如果这些软件用Rust编写,那么这 70%的安全问题很可能就不存在。

在系统编程中,有时程序员必须执行无法静态验证为安全的操作。Rust为程序员提供了将这些操作封装在安全抽象中的工具,这意味着曾经降级为代码注释或约定的东西可以由Rust编译器静态强制执行。

不仅仅是性能与安全

Rust最初引起MSRC的兴趣正是由于上述性能与安全方面的特性。但它的的魅力不止于此,已经有其他微软团队开始采用Rust,主要出于以下原因:

根据微软内部调查,采用它的最主要原因是“精密性”(correctness)——“if it compiles, then it works”。

Rust静态地强制执行程序的许多属性,已经远超内存安全性,还包括空指针安全性和数据争用安全性(即没有来自两个或多个线程的一块内存的不同步访问)。

Rust的丰富类型系统使编写富有表现力的程序成为可能。 具有相关数据的枚举和强大的trait系统等概念进一步强化了Rust的目标,即尽可能使程序无错误。

Rust现有的社区对该语言有很大益处。虽然Rust仍然是一种年轻语言,但它拥有一个健康的生态系统,既能够促进开源社区发展强大,又能够支持生产用户。

Levick表示有足够的理由相信Rust会有一个光明的未来,“虽然现在大规模采用Rust还为时过早,但早期采用Rust通常是非常积极且正面的”。他们相信Rust在编写安全的系统软件时会改变游戏规则。Rust提供编写底层系统所需的性能和控制,同时使软件开发人员能够编写更健壮、安全的程序。

不过,MSRC在研究Rust时发现了一些问题,其中包括如何规范Rust的“不安全”(unsafe)超集的使用,缺乏与C++的一流互操作性,以及与现有Microsoft工具的互操作性。这确实对微软采用Rust提出了挑战,但MSRC还是满怀期待:“我们对这些可能性感到兴奋。虽然还有许多关于Rust如何适应整个Microsoft工程的问题需要弄清楚,但我们鼓励其他人一同加入,认真考虑这门语言,以满足他们的系统编程需求。”

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