第三届中国Rust开发者大会 组件化驱动、ROM运行环境与RustSBI 洛佳 华中科技大学 网络空间安全学院 2023年6月 本次演讲…… 关于我…… • 笔名洛佳 • 华中科技大学网络空间安全学院研一 在读（导师：周威老师） • 研究方向：物联网安全、系统安全 • 热爱开源，乐于尝试新技术 • RustSBI项目维护者 • 致力于向科研、教学和产业界推广 Rust语言 组件化驱动 合理利用嵌入式、桌面和服务器芯片片内 ROM代码，构造零开销的运行环境。进一 步地，可完成安全引导、安全镜像分发和 通常的嵌入式开发等功能。 # ROM运行环境 # 2023年的RustSBI 作为RISC-V SBI固件的RustSBI，2023年 将与UEFI、LinuxBoot擦出火花。在驱 动、环境和SBI接口的基础上，提供快速 实现具体引导流程的解决方案。 目录 组件化驱动 功 能 的 外 设 结 构 联合所有权、泛型等，暴露外设所有功能 外 设 及 其 寄 存 器 表 示 封装寄存器、位域表示和数据结构 分享性外设：以GPIO为例 • 从前级环境获取所有权，如从ROM 运行环境的#[entry]获得； • 配置GPIO状态后，只有对应外设类 型允许的操作函数能通过编译，否则 拒绝编译，避免不安全行为； • 开源标准抽象的功能，使用抽象规定 的调用方法。本芯片外设专属的功能

采用测试驱动开发完善库的功能 ................................................................................ 293 12.5. 处理环境变量 ................................................................................................ 中的函数式语言功能：迭代器与闭包 ...................................................................... 318 13.1. 闭包：可以捕获其环境的匿名函数 ............................................................................ 319 13.2. 使用迭代器处理元素序列 Rust 能让你在更为广泛的编程领域走得更远，写出自信。（这一点并不显而易见） 举例来说，那些“系统层面”的工作涉及内存管理、数据表示和并发等底层细节。从传统角度来 看，这是一个神秘的编程领域，只为浸润多年的极少数人所触及，也只有他们能避开那些臭名 昭著的陷阱。即使谨慎的实践者，亦唯恐代码出现漏洞、崩溃或损坏。 Rust 破除了这些障碍：它消除了旧的陷阱，并提供了伴你一路同行的友好、精良的工具。想 要

.. 11 1.2.2 引用外部文件模块 ................................................................ 11 1.2.3 多文件模块的层级关系 .......................................................... 12 1.2.4 module 路径 .......... ................................................................................. 61 6.1.2 闭包捕获周围环境的方式 ....................................................... 62 6.1.3 函数指针........................ 是一门系统级编程语言，被设计为保证内存和线程安全，并防止段错误。 作为系统级编程语言，它的基本理念是 “零开销抽象”。理论上来说，它的速 度与 C / C++ 同级。 Rust 可以被归为通用的、多范式、编译型的编程语言，类似 C 或者 C++。与 这两门编程语言不同的是，Rust 是线程安全的！ Rust 编程语言的目标是，创建一个高度安全和并发的软件系统。它强调安全性、 并发和内存控制。尽管

产品功能演示 • 应⽤场景概览 项⽬介绍 • 概念 • 架构设计 • 技术实现 设计与实现 ⼤纲 Amphitheatre 云开发环境（Cloud Development Environment），在云端即时启动新 的、⾃动化的开发环境，并在⼏秒钟内开始开发。就像 docker-compose up 或 docker build && kubectl apply 项⽬介绍 开发 作流，轻松发布! 开发⼯程师需要在本机安装各种编程语⾔的运⾏时和相关的框 架以及库，随着业务规模的增⻓，多语⾔多版本的维护和管理 变得越来越复杂。 技术栈杂多 研发流程⻓达⼗⼏个步骤：安装开发软件、配置环境、克隆代 码、开发、本地调试、提交代码、编译构建、⾃动化测试、部 署到测试环境、测试验收、合并代码到主线、部署到⽣产环 境… 研发流程繁⻓ 起因：开发者之痛 为了部署测试，不仅要学习容器化、Kubernetes，还要申请资 Outer Loop 戏单（正在测试中的环境） 1 排练（申请环境） 2 替换（切换版本） 3 演出（运⾏） 搭档 适⽤于 29+ 种 编程语⾔ 您可以在⼀个地⽅测量项⽬中所有 语⾔以及领域中所有项⽬的可靠 性、安全性和可维护性。 从语⾔到语⾔，我们为您提供有凝 聚⼒的体验和⼀致的指标集以及数 百条静态代码分析规则。 ⽆需配置环境，⽀持多种编程语⾔和框架 Kayn Sona

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 12.5. 处理环境变量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 13.1. 闭包：可以捕获其环境的匿名函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 是内置的依赖管理器和构建工具，它能轻松增加、编译和管理依赖，并使依赖在 Rust 生态系统中保持一致。 • Rustfmt 格式化工具确保开发者遵循一致的代码风格。 • rust-analyzer 为集成开发环境（IDE）提供了强大的代码补全和内联错误信息功能。 通过使用 Rust 生态系统中丰富的工具，开发者在编写系统级代码时可以更加高效。 学生 Rust 适合学生群体，也适合有兴趣学习系统概念的人。许多人通过

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 第 16 章 附录 370 16.1 编程环境安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 16.2 一起参与创作 . . . 与阅读代码相比，编写代码的过程往往能带来更多收获。动手学，才是真的学。 第 0 章 前言 www.hello‑algo.com 6 图 0‑3 运行代码示例 运行代码的前置工作主要分为三步。 第一步：安装本地编程环境。请参照附录所示的教程进行安装，如果已安装，则可跳过此步骤。 第二步：克隆或下载代码仓库。前往 GitHub 仓库。如果已经安装 Git ，可以通过以下命令克隆本仓库： git clone https://github GitHub 仓库。 3. 阶段三：搭建知识体系。在学习方面，我们可以阅读算法专栏文章、解题框架和算法教材，以不断丰富 知识体系。在刷题方面，可以尝试采用进阶刷题策略，如按专题分类、一题多解、一解多题等，相关的 刷题心得可以在各个社区找到。 如图 0‑8 所示，本书内容主要涵盖“阶段一”，旨在帮助你更高效地展开阶段二和阶段三的学习。 第 0 章 前言 www.hello‑algo.com 9

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 第 16 章 附录 369 16.1 编程环境安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 16.2 一起参与创作 . . . 与阅读代码相比，编写代码的过程往往能带来更多收获。动手学，才是真的学。 第 0 章 前言 hello‑algo.com 6 图 0‑3 运行代码示例 运行代码的前置工作主要分为三步。 第一步：安装本地编程环境。请参照附录所示的教程进行安装，如果已安装，则可跳过此步骤。 第二步：克隆或下载代码仓库。前往 GitHub 仓库。如果已经安装 Git ，可以通过以下命令克隆本仓库： git clone https://github 轮的重复后，就能将其牢记在心。 3. 阶段三：搭建知识体系。在学习方面，我们可以阅读算法专栏文章、解题框架和算法教材，以不断丰富 知识体系。在刷题方面，可以尝试采用进阶刷题策略，如按专题分类、一题多解、一解多题等，相关的 刷题心得可以在各个社区找到。 如图 0‑8 所示，本书内容主要涵盖“阶段一”，旨在帮助你更高效地展开阶段二和阶段三的学习。 第 0 章 前言 hello‑algo.com 9 图

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 第 16 章 附录 371 16.1 编程环境安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 16.2 一起参与创作 . . . 与阅读代码相比，编写代码的过程往往能带来更多收获。动手学，才是真的学。 第 0 章 前言 hello‑algo.com 6 图 0‑3 运行代码示例 运行代码的前置工作主要分为三步。 第一步：安装本地编程环境。请参照附录所示的教程进行安装，如果已安装，则可跳过此步骤。 第二步：克隆或下载代码仓库。前往 GitHub 仓库。如果已经安装 Git ，可以通过以下命令克隆本仓库： git clone https://github GitHub 仓库。 3. 阶段三：搭建知识体系。在学习方面，我们可以阅读算法专栏文章、解题框架和算法教材，以不断丰富 知识体系。在刷题方面，可以尝试采用进阶刷题策略，如按专题分类、一题多解、一解多题等，相关的 刷题心得可以在各个社区找到。 如图 0‑8 所示，本书内容主要涵盖“阶段一”，旨在帮助你更高效地展开阶段二和阶段三的学习。 第 0 章 前言 hello‑algo.com 9 图

路径算法 • … 图深度学习 • 图嵌入 • 图卷积 • 图注意力网络 • 图自编码器 图查询及其应用场景 图查询 • 使用图数据库的查询语言进行点边的关联查询，可以快速完成传统数据库难以完成的 多度点边关 联 当前图的典型应用场景 路径识别 群体挖掘 节点识别 相似节点 链接预测 连接强度 一致行动人 同事关系 实际控制人 可能认识的人 上下游 同爱好的人 亲属关系 …  针对大规模图优化的存算引擎 - 配合 Atlas 图平台，实现无代码图分析 - Query 性能分析模块，启发式提示优化 - 内置多种分析函数，面向分析师友好 -MVOCC 保证事务一致性 - 多副本管理保证数据服务高可用 - 在线备份提供容灾保障 高速 易用 可靠 Why Rust ？ Performance • Blazingly fast and memory-efficient 内存缓存结构：加速图数据查询 • 由于图数据的查询通常是 IO 密集型，且访问的数据随机又分散，拥有内存缓存能起到很 好的加速效果 • 要想让内存缓存发挥最大的作用，就要能在有限的内存中存下尽量多的图数据 • 例如，对于属性的存储，可以通过自行序列化 / 反序列化大幅节省内存 • 而自定义存储格式往往需要内存的精细操作，由于 Rust 允许在 unsafe 下访问裸指针， 可以实现零开销读取

Rust编译速度之殇 提升编译效率成为近年社区重点工作 并行编译或成下一代编译效率突破利器 2017-2021，Rust编译速度已提升一倍以上 Rust社区编译器性能工作组 Rust编译器并行化 Cargo多crate并行 二进制生成并行 更多更好的并行化？ Rust编译器架构 语法树生成 宏展开 命名解析 泛型解析 类型检查 借用检查 单态化 二进制生成 增量编译系统 底层数据 结构 Rust语言编译器结构总览 挑战：消减共享数据结构效率损失 动态线程安全检查 —— 自动切换数据同步模式 数据结 构方法 数据 同步 数据 同步 返回结果 线程数为1 线程数>1 Lock 单线程 同步器 多线程 同步器 挑战：并行环境内存分配器的设计 allocator1 allocator2 allocator3 allocatorN ... thread1 thread2 thread3 thread4 ... Allocator thread2 thread3 threadN ... 根据Key哈希值决定索引 Sharded数据结构设计 Rust并行编译的未来 · 抹平共享数据结构造成的性能差距 · 多线程环境下的编译器度量方案 · 针对并行环境的编译器测试 · 深化编译器并行化 从并行编译到并行程序设计 用巧妙的数据结构设计化解效率瓶颈 • thread_local • specialization • WorkerLocal