第三届中国 Rust 开发者大会 Rust 异步并发框架在移动端的应用 陈明煜 chenmingyu4@huawei.com 华为 公共开发部 嵌入式软件能力中心 本科就读加州大学圣地亚哥分校，毕业时长两年半， Rustacean 在 华为 目前正在使用 Rust 开发并行调度框架等模块。 Rust 异步并发框架在移动端的应用 陈明煜 chenmingyu4@huawei.com Ylong Runtime 并发框架 目录 Table of Contents #2 社区并发框架介绍以及与移动端的不适配性 Introduction to third party Runtime crates and their incompatibility with mobile environment Rust 异步机制 Asynchronous Rust 异步并发框架是许多大型应用、系统具备的底层能力。 任务调度颗粒度更小，充分利用线程资源  更可控的线程数  单个任务资源占用：几十 KB -> 几百 Byte  任务切换时间 : 10 微秒 -> 100 纳秒 Rust 语言并没有提供异步并发框架， 只提供异步所需的基本特性：  Future  async / await  Waker asyn c Future Waker poll Syntax sugar wake

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 16. 无畏并发 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3. 共享状态并发 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 16.4. 使用 Sync 与 Send Traits 的可扩展并发 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 17.2. 并发与 async . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

240 46.5.1 构建用于生成代码的脚本 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 46.5.2 构建用于构建 C++ 或执行任意操作的脚本 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 46.6 依赖于 Crate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 嵌入式 Rust：进阶篇 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 XIII 并发：上午 305 57 欢迎了解 Rust 中的并发 306 58 线程 307 58.1 范围线程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 62.3 并发编程：上午练习 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 XIV 并发：下午 326 63 异步 Rust 327 63.1 async/await . . . . . . . . .

语言设计的看法主要是：重大创新，却又博采众长。 Rust 为了解决内存安全问题重新设计了类型系统，提出了所有权的概念，同时 为了能够解决当前大多数语言无法检测到的运行时错误，rust 创造性地设计了 无畏并发。Rust 借鉴了很多优秀语言的设计理念，以及快速迭代的社区，这些 都是 Rust 受到赞赏的重要因素。 Rust 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 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 Rust 借用了 C 和 C++ 的语法，它不允许空指针和悬 挂指针，二者是 C 和 C++ 中系统崩溃、内存泄露和不安全代码的根源。 Rust 中有诸如 if 程序设计语言的本质在于赋能（empowerment）：无论你现在编写的是何 种代码，Rust 能让你在更为广泛的编程领域走得更远，写出自信。 比如，“系统层面”（“systems-level”）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，只为浸淫多 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

架构，大规模集群 分布式存储及并行计 算， Shared Nothing 模式支 持存储计算分离 高性能 基于 Rust 开发的分布式存储引 擎及图计算引擎，精细的内存 管理设计，内置索引系统，支 持毫秒级的并发查询响应速度 易用 AQL(Atlas Graph Query Language) ，类 SQL 的图查询 语言，内置上百种分析函数， 面向分析师友好，拥抱标准， 基于 openCypher 向 事务管理 MVOCC 计算层 Cypher AST 优化器 图计算 内存加速引 擎 服务接口 HTTP/RPC Spark 连接器 Python UDF 执行器 索引管理 一致性存储 RAFT 分片管理 元数据 集群管理 用户权限 GNN 应用层 Atlas 图平台 Atlas Studio Atlas Client 基础 starts •2023-11 – DIS ballot ends •2024-04 – International Standard 类 SQL 语言，简单易用，面向分析师友好 查询引擎：计算请求执行流程 Cypher AST Unresolved Logical Plan Logical Plan Optimized Logical Plan Physical Plan Program

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 考虑内部编译流程并行化 Rust并行并发 编译时线程安全检查 一些常见线程安全数据结构 常用Rust并行并发库 Rust并行并发 增加程序复杂度 线程安全数据结构造成效率损失 Mutex与RwLock rustc profileing 数据 · 代码复杂度及健壮性 · benchmark资源限制 缺点：用户需自行生成编译器 挑战：消减共享数据结构效率损失 Specailization —— 基于GAT的共享数据结构实现 接口 入口 非共享 数据结构 共享 数据结构 接口 实现 接口 实现 执行结果 同一份代码 线程数为1 线程数大于1 同一份代码 缺点：业务代码带有泛型参数 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 borrow_ck impl_trait adt_def impl_defaul tness param_env fn_sig ... 查询互相调用 查询缓存系统 查询依赖信息 查询结果缓存 查询执行状态 查询保存文件 性能瓶颈点 频繁访问查询系统，成为效率瓶颈点 挑战：缓存系统访问热点效率瓶颈 Sharded —— 接口统一，存储分离 cache1 cache2 cache3 cacheM

language empowering everyone to build reliable and efficient software. ● 2015年发布Rust 1.0 ● 内存安全、高效和并发 ● 无GC ● 支持函数式编程 ● 强大友好的编译器 Rust 简介 Rust 的内存安全是由Ownership来保证 ，在编译期间检查，规则： ● 每个值都有一个owner ● 同一时间只有一个owner v[0], v[1]); } drop reference create resource borrow v no error deallocation Ownership 使并发变得简单： ● Message passing ○ fn send(chan: &Channel, t: T); ○ fn recv(chan: &Channel) Send>(guard: &mut MutexGuard) -> &mut T; // access the data protected by the lock Rust 特性 - 并发 Why Rust： ● All the above features ● WebAssembly 例子： ● Substrate ● Libra Rust in blockchain

2013年末我开始关注Rust，但尚未深入实践 在重大场合正式演讲这是人生第一次 2016年春节至今认真准备讲稿近三个月 如有错误或纰漏，敬请谅解！ 感谢臧秀涛主编盛情邀请！ Rust 安全、高效、并发的系统编程语言 2006年 2009年 2012年 2015年 2016年 Rust v0.0 by • 仅释放一次 内存不安全？ • 指针越界访问，意外修改别处内存 • 内存被提前释放，形成野指针，非法读写内存 • 野指针又转化为合法指针，意外修改别处内存 • NULL指针解引用，非法操作 • 并发读写同一内存地址，数据竞争 • 缓冲区溢出、段错误…… ……等等许多危险操作，在C语言里触目惊心 Move by default struct Value { x: i32, } fn C语言无法从类型系统上区分有效指针和无效指针(NULL)，却又习惯把NULL指针用 作特殊标记（空缺的参数或返回值）。一旦程序员忽略NULL指针检查，往往会触发 很严重的内存错误。人难免因疏忽而犯错，编译期检查对此无能为力。 并发安全 一个入口：std::thread::spawn() 两大门神：Send、Sync 编译期保证：没有数据竞争（No Data Race） Safe V.S. Unsafe // A unsafe

主要模块 • 高复杂性，组件和子系统较多，相互依赖和交互，整体结构和逻辑非常复杂，开发、 测试、调试难度大 • 可维护性，开发完成后，各个模块需要维护、升级和改进 • 可扩展性 • 高性能 • 高并发 • 高可靠性 • 代码管理 • … 大型项目的开发难点 ■ 抽象 ■ 便于协作开发 ■ 易于测试 优点 Mempool Traits 实现 实现 测试代码 目录 1. Axon AST，找到需要埋点的函数 2. 为这些函数生成对应的监控指标定义代码 3. 在进入和退出这些函数的 IR 指令前插入对指标的操作 (inc 等) 4. 重新打包成 Rust 代码并编译，得到增加埋点的可执行文件 ■ LLVM IR 插入监控埋点 ■ 优点: 1. 高度灵活 2. 零运行期成本 3. 封装性好，使用方便 ■ 缺点： 1. 学习曲线高 2. 可移植性差 3. 调试难度大（Cargo Communication) 两个区块链之间传递任意数据的互操作性协议 互操作性（Interoperability） CKB-VM：基于 RISC-V 指令集 + ICSC 系统合约 Axon 可以执行任何 部署在 CKB 上的合约 (Rust) 通过 IBC 协议，让 CKB 和基于 Axon 构建的区块链可以同以太坊 和 Cosmos-SDK Chains 交互。 Forcerelay

Rust是一门新兴的系统编程语言 ，专注于安全 ，尤其是并发安全，支持函数式和命令式以及泛型等编程范 式的多范式语言。 openGauss数据库是一款高性能、高安全的数据库，社区支持Rust驱动可以更方便Rust语言开发者更好地基 于openGauss开发Rust应用。 要求 使用Rust语言实现openGauss数据库驱动 基于SHA256进行权限认证 能够执行增删改查SQL语句 4 方案介绍 -