第三届中国Rust开发者大会 Rust OS 开源操作系统训练营的教与学 李明 清华大学 2023-6-17 Rust China Conf 2023 Rust OS 开源操作系统训练营的教与学 1 Rust OS 开源训练营的起因和发展 Title Title Title 开源操作系统训练营的起源（2020年） 陈渝老师 向勇老师 OS Tutorial Summer 200 250 300 350 400 450 500 2020年夏季 2021年夏季 2022年夏季 2022秋冬季 图表标题 2020年夏季 2021年夏季 2022年夏季 2022秋冬季 项目主页 https://github.com/LearningOS/ • 457 followers • Github Classroom repo forks（3.4k） • Students 影响并培养更多的人学会写操作系统 每年为高校和企业培养1000名操作系统开发人才 参加训练营要回答的三个问题 你为什么要来参加这个活动？ 为什么要以开源 的方式来参与？ 我们如何能把这些 知识技能学到？ Rust OS 开源操作系统训练营的教与学 2 开源训练营的总体规划和教学实践 教什么？怎么学？ 在读本科生 在读研究生 已工作 52% 18% 30% Rust 语言编程 RISC-V

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 汲取Rust嵌入式和操作系统生态经验，总 结而成的新一代驱动开发方法。动、静态 基地址结合，高灵活性；一次开发，同时 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 也可通过专有函数使用； • 用户代码简短易懂，容易编写和调 试，降低开发成本。 *BL808组件化驱动操作GPIO按钮和灯 的宿主态，此时RustSBI实现应为虚 拟机提供电源、核管理等功能。 • 嵌套虚拟化存在时，RustSBI实现应 当为内部虚拟机软件模拟H指令集。 在这方面，Dramforever的项目1提 供了很好的例子。 • LARVa2项目是固件充当模拟器的例 子，这里RustSBI被编译到RISC-V之 外的指令集。 • YdrMaster设计的sbi-testing3测试 框架可轻松检查SBI实现的正确性。

Your Own Crypto: An Empirical Study of Vulnerabilities in Cryptographic Libraries”，MIT； • 对于8个大型、通用、开源的 C 与 C++ 密码库进行调研； • 现有的问题在于： • 密码库导致的一些错误，除了本身包含的一些算法错误以及内存错误，其他的一些问题出在用户的使用错 误，即文档、API、等相关说明的缺失； 的严重错误中，只有 3.57% - 11.11% 的漏洞是密码学相关，意味着其他的 漏洞更多出自系统内存错误以及其他分类； • 密码系统问题发现时间长，中位数为4.18年； • 大型的C/C++项目很难保证代码安全性； • 以 OpenSSL 为例，平均每1000行代码就会引入一个攻击点，具有安全漏洞。 密码系统实现的潜在问题 Potential Problems of Cryptography • 谷歌等多个公司级项目调研： • 内存问题居多 • 谷歌： Chromium项目中，70%的安全问题是内存安全问题，非安全的bug根错误也与此相同； 90%的安卓漏洞是内存安全问题； • 苹果：iOS和macOS中60-70%的漏洞是内存安全漏洞； • 总体来说，80%被利用的漏洞是内存安全问题相关的漏洞； • 密码系统问题发现时间长 • 谷歌： Chromium项目中，超过50%的安

State Output glam 代码质量高，使用简单，但是没有 AoSoA类型，跨端确定性难以保证 nalgebra 过于复杂，大量的泛型导致使用 不便，代码质量一般 其余开源 crates 完成度不高 Rust 开源数学库的痛点 写好数学库并不容易 • 充分利用目标平台指令集 – 大量的针对目标平台的SIMD优化 • 数学计算本质上是类似的 – 大量的相似代码 • Portable 影响跨端确定性的因素太多了 motphys-math 为高性能物理引擎量 身定制 增加了 AoSoA 类型， 并做了大量 SIMD 优化 增加了跨端确定性模 式 保证所有设备浮点计算结果 完全一致 性能超越目前开源的 Rust基础数学库 glam nalgebra ultraviolet Generic, procedure macro, or… Generic 表达力不足 不容易做精细性能优化 tera 模板生成分指令集优化的 Rust 代码 提供远超 Procedure Macro 的可读性和易用性 mathbench • 已有开源数学 crates 的 benchmark • motphys-math benchmark 超越开源 crates Benchmark motphys-math ultraviolet nalgebra ratio/nalgebra matrix2

全自动脑立体定位仪（在研） 电机控制移动 传感器精度增到100nm 远程控制 自动运行 关注逻辑本身不用过分关心内存安全 嵌入式项目评估 Rust物联网不足 解决方案：屏幕上云 冷热板刺激仪 老项目评估 新项目评估 简单工期长，探索型项目优先选择Rust 糖水偏好仪 尾部打标机 已经立项 UI端Rust应用 UI 端 Rust 桌面端 平板端 嵌入式端 团队未来愿景 类QML的语法 Cargo 社区 胶囊测温仪 Slint踩坑 开荒 分页表格 悬浮球 隐藏页面 Tab滑动页面 可变图表 后续Rust人才跟进 开源工作室 LAB5604 从硬件到SOC软核到IDE全自研且开源的RISCV学习套件 人才培养方案 鹿仔科技东莞研发中心现为 东莞理工学院校外实训基地 并将Rust列入培养方案中 希望以此培养更多Rust嵌入式 人才 预计明年开放嵌入式Rust的HC

这份学习笔记是在学习 Rust 的过程中的记录，主要基于《Rust 程序设计语言- 简体中文版》和《RustPrimer》两份开源书籍。 上面两本书籍相对全面，但对部分初学者可能更为深奥一些，尤其是之前没有 接触过 C/C++ 和 Rust 语言的读者。在学习过程中我对二份开源书籍进行了适 合的整理，又加入了一些自己学习过程中新添加的内容，于是就有了这份学习 笔记。这份学习笔记的主要贡献在于涵盖了所有工程上基于 的包管理系统中使用了大量的默认约定，很容易使人头昏脑乱。 而在开发中我们又必须建立模块层级系统，rust 给出了如下方案，在给出了一 些模块的最基本规则外，由开发者更大范围地自定义模块的存在。 首先在一个 rust 项目中，首先定义了 crate 和 module。 1.1 Crate 1.crate 编译后会形成一个库(例如.so)或二进制可执行文件。crate 分为两种： lib crate 和 bin 一个包可以带有零个或一个 lib crate 和任意多个 bin crate。一个包中必 须有 crate，至少一个，（lib crate 或 bin crate 都可以） 3.通常写 rust 项目时非常依赖 crate，很多重要的信息都是配置在 cargo.toml 文件中，不仅仅包括 lib 和 crate 的入口文件，后面还有很多的 attribute。 4.rust 对于 crate

化 应用”项目，斩获“科学技术奖科技进步一等奖”，这也是国内电子信 息领域的最高奖项。 该奖项由数十名院士评审，历经三轮，从三百余个申报项目中遴选 而出。由院士等组成的科技成果鉴定委员会认为：“该成果技术复杂 度高，研制难度大，创新性强，项目成果整体达到国际先进水平， 其中异质图建模与表示学习技术和超大规模图学习系统处于国际领 先水平。” 以终为始，以行为知，这一项目从图计算所面临的挑战出发，解决了大规模图数据所产生 AtlasGraph 研发背景 • 业务对大图分析的诉求（千亿点、万亿边） • 实时风控对图库的性能挑战（ OLTP 毫秒级响应） • 海致图平台产品服务于金融、政府行业有大量业务经验积累（接近客户需求） • 现有开源产品无法满足要求（受限于基础架构设计，优化性能有限） 新一代分布式图数据库需具备的特性 特性 信 雅 达 • 高可用 • 一致性（事 务） • 高性能 • 低资源消耗 • 易用 •

第三届中国 Rust 开发者大会 Rust 构建分布式账务系统 在 Fintech 公司落地 Rust 项目的经验分享 Airwalle x 胡宇 Airwallex 我们是一家跨境支付领域的 Fintech 独角兽 关于我们 E2 轮 Fintech 独角兽，业务遍布全球 关于我们： Airwallex 墨尔本 新加坡 伦敦 深圳 香港 北京 旧金山 上海 东京 阿姆斯特丹 西安 马来西亚 币种 50+ 国家 130+ 办公地点 19 1300+ 员工 提供高效，低成本的数字银行服务 关于我们： Airwallex 从设计架构到实现细节 项目介绍 分布式账务系统 Fintech 互联网 正确性 bug= 资损 bug 不可怕，快速迭代 可靠性 丢数据 = 资损 允许数据丢失 性能 超低延迟 + 高吞吐 超高吞吐 交易日志 审计，监管 ○ 节点是一个任务 ○ 边是依赖关系 ● 事务层 Marker 负责执行计划 ○ ACID 保证 ○ 依赖控制 ○ 条件执行 ○ 调度账户变动请求 跨分区转账 分布式账务系统 拥抱开源 github: https://github.com/airwallex/Auticuro doc: https://airwallex.github.io/Auticuro/docs/intro

四、论文发表心得 Rust语言 ❑ 系统级安全编程语言 ▪ 内存安全 ▪ 并发安全 ▪ 效率 2006年 2011年 2015年 Mozilla员工Graydon Hoare的私人项目 Self-hosting First stable release Rust Foundation成立 2020年 2021年 Mozilla裁员Servo团队 AWS, Huawei, Google Libraries escalation of unsoundness Developer User submit release Unsound Bug Report Rust项目中内存安全漏洞的特点 ❑ Automatic Memory Reclaim ❑ Unsound Function ❑ Unsound Generic or Trait Auto Memory 生成新的所有者 大纲 一、问题背景 二、Rust指针缺陷检测方法 三、实验结论 四、论文发表心得 实验效果 ❑ 基于已知CVE评 估检测能力 ❑ 基于GitHub上其 它开源Rust项目 的实验 高召回率 低误报率 double free和悬空指 针问题比较多 案例分析 Panic将导致双重释放 提前 性能：SafeDrop vs 原始Rust编译器 总结和思考

个人信息 • 写作动机 • 可参考点 • 为什么 背景介绍 # 个人职业 # 与 Rust 结缘 # 前 GPT 时代作品 个人信息 结算及大数据系统研发工程师 疫情下的明智选择 / 个人项目实践 学习中总结探索 2015 年发布，很多人近几年才知道 Rust ， Rust 中国 大会也才第三届，期待 Rust 中国大会第十届 Rust 处于起步阶段 中文圈学习资料或书籍少，有部分是翻译国外产品，能 异步编程》、 《数据结构与算法（ Rust 语言描述）》 # 在线教程 Rust Course 、 PingCap Talent Plan 、 Rust LeetCode 、令狐壹冲 (B 站 ) # 开源项目 Rust 、 TheAlgorithms/Rust 、 RustDesk 、 TiDB Thank you ！