編譯丨千山
相比Python、Java這樣的主流語言，Rust可能還比較小眾，但近兩年其影響力和所受關(guān)注度卻在與日俱增。
- 在 StackOverflow 開發(fā)者調(diào)查問卷中，Rust連續(xù)八年蟬聯(lián)最受歡迎編程語言榜首。
- 在新近出爐的Tiobe九月編程語言排行榜中，Rust排名更是上升到第17位。
- 不久前Jetbrains 官宣發(fā)布了獨(dú)立的Rust IDE :RustRover（詳見之前的報道《棄用開源插件！JetBrains決定對Rust出手！》）。
可以說，Rust正在進(jìn)入更加成熟與擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模的階段。在Rust的一眾支持者中，微軟可謂相當(dāng)高調(diào)。
今年4月，在BlueHat IL 2023會議上，Windows操作系統(tǒng)安全總監(jiān)David dwizzle Weston宣布 Rust 正式進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核。如今，微軟在擁抱Rust的道路上再次放出大招。
重寫內(nèi)核還不夠，Windows已經(jīng)開始有了適配Rust驅(qū)動的打算！昨天，微軟突然在Github上開放一個重磅項目——windows-drivers-rs，它支持開發(fā)人員使用Rust為Windows開發(fā)驅(qū)動程序。這是操作系統(tǒng)內(nèi)存安全編程的關(guān)鍵一步。
為此，Azure的CTO Mark Russinovich特意在X（推特）上發(fā)布了這個鏈接，并評論道:“致力于在Rust中實現(xiàn)Windows驅(qū)動程序的開發(fā)?！?/p>
1、打破閉源，微軟選擇Rust的背后
微軟對于Rust的看好可以追溯到多年以前。2019年7月，微軟研究院發(fā)布了一份聲明，希望“在漏洞發(fā)生之前消除一整類漏洞”，為內(nèi)存安全語言提供了理由，并指出“滿足這些要求的最有前途的新系統(tǒng)編程語言之一是最初由Mozilla發(fā)明的Rust編程語言”。
Rust語言的特性或者說其設(shè)計目標(biāo)之一就是提供內(nèi)存安全保證，避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏、緩沖區(qū)溢出等問題。這一點(diǎn)是微軟看重它的重要原因之一，此外，這門語言的并發(fā)性能也極為出色，它提供了輕量級的線程和異步編程模型，可以充分利用多核處理器的性能。
從現(xiàn)有公開資料來看，Windows的Rust改造始于2020年，由DWriteCore開始。DWriteCore 是 Windows 的DWrite引擎的Windows應(yīng)用程序SDK實現(xiàn)，用于文本分析、布局和渲染。DWriteCore 現(xiàn)在由大約152000行Rust代碼和大約96000行C++代碼組成。
2、拋棄C++，用Rust開發(fā)Windows
“說到語言，現(xiàn)在是時候停止用 C/C++ 啟動任何新項目了，并在那些需要使用 non-GC 語言的場景中使用 Rust。為了安全性和可靠性，業(yè)界應(yīng)該宣布棄用這些語言?！?/p>
這是去年Mark Russinovich在其社交賬號上公開發(fā)布的動態(tài)。作為Azure CTO，他的言論一石激起千層浪。
隨后C++之父 Bjarne Stroustrup的隔空回應(yīng)又讓這場辯論再添一絲火藥味?！靶碌恼Z言通常需要多年的時間和重大的努力，才能在其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中與成熟的語言相媲美。發(fā)燒友們很少看到這一點(diǎn)，他們的評論往往是相當(dāng)片面的?！?/p>
且不論這場battle結(jié)果如何，微軟官方雖然沒有明確表態(tài)，但在擁抱Rust的力度上卻是在穩(wěn)步推進(jìn)的。
由于各種技術(shù)和歷史原因，Windows主要是用C和C++編寫的?！按蠖鄶?shù)用戶模式代碼現(xiàn)在都是用C++編寫的，但大多數(shù)內(nèi)核代碼仍然是用C編寫的?！?/p>
微軟資深軟件工程師Raymond Chen在2018年表示，盡管Windows 11從那時起就出現(xiàn)了，但在開發(fā)新版本時，操作系統(tǒng)并沒有重寫。硬件制造商使用Windows驅(qū)動工具包使他們的設(shè)備能夠在Windows中工作，它仍然是一個C/ C++工具包。
而最新推出的名為windows-drivers-rs的項目帶來了全新的可能性。
根據(jù)新的基于Rust的驅(qū)動工具包的發(fā)布說明，其目的是同時支持 WDM（Windows 驅(qū)動程序模型）和 WDF（Windows 驅(qū)動程序框架）。WDM 驅(qū)動程序級別較低，與操作系統(tǒng)緊密綁定，而 WDF 驅(qū)動程序通過框架庫與系統(tǒng)交互。
該存儲庫包含Rust crate，允許開發(fā)人員使用WDM和WDF驅(qū)動程序開發(fā)模型創(chuàng)建Windows驅(qū)動程序。當(dāng)前版本的存儲庫包含以下crate、庫和宏集：wdk-build、wdk-sys、wdk、wdk-panic、wdk-alloc、wdk-macros。
3、處于早期，Rust重構(gòu)Windows或成定局
發(fā)布說明還提到，該項目仍處于早期開發(fā)階段，不建議用于商業(yè)用途。微軟鼓勵實驗和反饋，并指出開發(fā)人員可以在GitHub討論論壇上獲得反饋。
之所以稱為“早期”，是因為還面臨諸多挑戰(zhàn)，比如，如何處理異常?！皩τ赪indows內(nèi)核(以及一般的操作系統(tǒng))來說，結(jié)構(gòu)化異常處理是Windows開發(fā)的一個組成部分，也是讓Rust成為Windows內(nèi)核開發(fā)現(xiàn)實的真正障礙，”一名開發(fā)人員如是說。
Rust的錯誤處理機(jī)制中，錯誤分為兩類：可恢復(fù)的和不可恢復(fù)的。Rust更喜歡使用Result變量報告可恢復(fù)的錯誤，并在出現(xiàn)不可恢復(fù)的錯誤時使用panic failure退出。但這種故障處理在內(nèi)核代碼中是不可取的，因為它們會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
開發(fā)人員Johnny Shaw引用Linux Torvalds的話說，在Linux內(nèi)核（也采用Rust）的上下文中，“因為內(nèi)核代碼不同于隨機(jī)的用戶空間系統(tǒng)工具。內(nèi)存不足絕對不能導(dǎo)致中止。它只需要導(dǎo)致錯誤返回。”Torvalds認(rèn)為這是一個“根本問題”。
微軟新存儲庫的早期代碼包括如下注釋：
// FIXME: Should this trigger Bugcheck via KeBugCheckEx?
這個問題說明，將Rust引入底層Windows代碼不僅僅是為WDK api添加Rust語言綁定的問題。其牽涉的細(xì)節(jié)往往牽一發(fā)而動全身。
不過目前來看，內(nèi)存安全問題在Windows的安全性和穩(wěn)定性問題中占很大比重，轉(zhuǎn)向Rust是一個可能的解決方案。而且從積極的意義上來說，隨著內(nèi)存安全編程的重要性愈發(fā)受到行業(yè)認(rèn)可，業(yè)界對于Rust的探索會愈發(fā)深入，微軟則會繼續(xù)在保護(hù)原生代碼的前提下探究在Rust中重構(gòu)Windows的可能，進(jìn)而為Rust的工程化實踐添磚加瓦。
