Một sự thay đổi chậm rãi nhưng mang tính nền tảng đang diễn ra trong Linux kernel – cốt lõi của hệ điều hành mã nguồn mở hàng đầu thế giới. Đây là một bước tiến quan trọng liên quan đến chính ngôn ngữ lập trình được sử dụng, từ C truyền thống sang Rust hiện đại. Mặc dù là một sự chuyển dịch lớn đòi hỏi sự cẩn trọng, đây thực sự là một dấu hiệu đáng mừng cho cộng đồng công nghệ, hứa hẹn một tương lai với nhân hệ điều hành ổn định và hiệu quả hơn.
Linux Kernel Hiện Đang Được Viết Bằng Ngôn Ngữ Nào?
Linux kernel là trái tim của hệ điều hành Linux, đóng vai trò kiểm soát các tài nguyên cấp thấp như bộ nhớ, bộ xử lý và hệ thống tập tin. Đây là phần mềm ẩn mình đối với phần lớn người dùng, nhưng lại ảnh hưởng đến mọi hoạt động trên máy tính của bạn.
Linus Torvalds bắt đầu phát triển kernel vào năm 1991, sử dụng ngôn ngữ C (một ngôn ngữ cấp thấp) và Assembly (ngôn ngữ cấp thấp nhất). Mặc dù đã có những nỗ lực giới thiệu các ngôn ngữ cấp cao hơn như C++ vào năm 1997, kernel vẫn trung thành với C kể từ đó. Ngay cả hiện tại, kho lưu trữ GitHub của nó vẫn báo cáo rằng một phần khổng lồ, 98% mã nguồn kernel được viết bằng C:
Biểu đồ phân bố ngôn ngữ lập trình trong mã nguồn Linux kernel, cho thấy C chiếm 98.3% và Rust chiếm 0.1%
Ngoài thử nghiệm C++ không thành công, ngôn ngữ duy nhất khác có tiềm năng đóng góp vào kernel là Rust. Ra mắt phiên bản 1.0 vào năm 2015, Rust là một ngôn ngữ tương đối mới với cú pháp tương tự C, nhưng chịu ảnh hưởng thiết kế từ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Các lập trình viên đã thử nghiệm các phiên bản Rust trước đó như một lựa chọn cho việc lập trình module kernel, với một bằng chứng khái niệm được phát triển vào năm 2013.
Kể từ đó, các nhà phát triển Linux đã thực hiện các bước để sử dụng Rust trong phát triển kernel, mặc dù tiến độ chậm hơn dự kiến. Dự án Rust for Linux bắt đầu vào năm 2020 và đánh dấu sự khởi đầu của một nỗ lực quyết tâm chuyển các driver kernel sang Rust, nhằm mục đích giảm thiểu lỗi. Điều này đã dẫn đến việc tích hợp các driver được viết bằng Rust vào phiên bản kernel 6.8, được phát hành vào tháng 12 năm 2023.
Những Thay Đổi Đáng Chú Ý Đang Diễn Ra Với Rust Trong Linux Kernel
Ngày càng có nhiều driver được viết bằng Rust được thêm vào Linux kernel. Mặc dù mã nguồn Rust chỉ chiếm 0.1% tổng codebase, con số đó vẫn tương đương với 143 file riêng biệt trải rộng trên mọi khía cạnh của kernel.
Phiên bản kernel 6.16 đã có những cải tiến từ dự án Rust for Linux nhằm khắc phục các tình trạng tranh chấp (race conditions). Các bản cập nhật kernel thường được phát hành hai tháng một lần, cho thấy công việc liên quan đến Rust đang diễn ra liên tục và dự án vẫn rất tích cực. Có vẻ như các nhà phát triển kernel vẫn rất quan tâm đến việc theo đuổi sự chuyển đổi này, mặc dù đôi khi vẫn có những ý kiến bất đồng.
Ví dụ điển hình cho công việc của Rust for Linux hiện nay là driver Tyr dành cho ARM Mali GPUs. Driver đồ họa kernel này được viết bằng Rust và nhằm mục đích mở rộng những công việc mang tính lý thuyết đã được thực hiện cho đến nay. Việc có một driver thực tế, phụ thuộc vào khả năng tương thích hiện có, đồng nghĩa với việc có một thử nghiệm trong thế giới thực cho những gì đã đạt được. Điều này sẽ giúp thúc đẩy tiến độ nhanh hơn cho sáng kiến Rust for Linux.
Tại Sao Việc Chuyển Sang Rust Lại Là Một Bước Tiến Quan Trọng?
Trang web chính thức của Rust hiện mô tả ngôn ngữ này là:
“Một ngôn ngữ trao quyền cho mọi người xây dựng phần mềm đáng tin cậy và hiệu quả.”
Tuyên bố này không nhắm mục tiêu cụ thể vào lập trình kernel, nhưng mã nguồn ở cốt lõi của một hệ điều hành, đặc biệt, cần phải cực kỳ đáng tin cậy và hiệu quả.
Một trong những điểm nổi bật chính của Rust là khả năng an toàn bộ nhớ (memory safety). Cách một ngôn ngữ xử lý việc cấp phát bộ nhớ là một yếu tố quyết định xem nó là ngôn ngữ cấp thấp hay cấp cao. Các ngôn ngữ cấp thấp mang lại cho lập trình viên rất nhiều quyền lực, cho phép họ quản lý bộ nhớ thủ công, nhưng cũng yêu cầu họ làm điều đó một cách có trách nhiệm. Các ngôn ngữ cấp cao hơn có xu hướng bảo vệ lập trình viên, tự động xử lý việc cấp phát bộ nhớ thay cho họ. Một bộ thu gom rác (garbage collector) thường được sử dụng để dọn dẹp bộ nhớ tự động, nhưng điều này có thể dẫn đến sự kém hiệu quả.
Rust có một cách tiếp cận khác: nó sử dụng hệ thống sở hữu (ownership system) để thực thi các kỹ thuật an toàn bộ nhớ mà không yêu cầu một bộ thu gom rác tốn nhiều tài nguyên xử lý. Ngôn ngữ này cũng xử lý các vấn đề đồng thời (concurrency) theo cách tương tự, giải quyết một tính năng khác thường là nguồn gốc của lỗi.
Các lỗi trong kernel đặc biệt nguy hiểm vì chúng có thể ảnh hưởng đến bất kỳ mã chương trình nào khác đang chạy. Chúng cũng có thể khó phát hiện và, do mã nguồn mà chúng tồn tại được tối ưu hóa cao, khó chẩn đoán và sửa chữa. Lỗi kernel cũng có thể gây thảm họa hơn nhiều so với lỗi trong các ứng dụng: chúng có thể làm sập toàn bộ hệ thống và mở ra các lỗ hổng bảo mật để các tác nhân xấu khai thác.
Tránh những lỗi này có nghĩa là các nhà phát triển kernel cần dành thời gian và đặc biệt chú ý đến công việc của họ. Tóm lại, lỗi kernel dẫn đến tiến độ chậm hơn. Đây là một lý do tại sao sự chuyển đổi sang Rust lại được cộng đồng kỳ vọng. Bằng cách loại bỏ một số loại lỗi nhất định, Rust có tiềm năng tăng tốc độ phát triển kernel và nâng cao tỷ lệ tiến độ.
Rust cũng đang ngày càng trở nên phổ biến. Mặc dù C vẫn phổ biến hơn (20.3% so với 12.6% theo khảo sát Stack Overflow năm 2024), Rust đang bắt kịp, và hoàn toàn có thể nhiều lập trình viên mới, hiện tại hoặc trong tương lai gần, sẽ sử dụng Rust. Ngay cả khi kernel chậm chạp trong việc tích hợp các module viết bằng Rust ngay bây giờ, công việc chuẩn bị cho nó vẫn rất có giá trị.
Và điều đó đưa chúng ta đến điểm cuối cùng: ngay cả việc xem xét một ngôn ngữ thay thế cũng có lợi. Việc xem xét kỹ lưỡng tất cả các phần của codebase, kiểm tra kiến trúc, làm cho nó dễ thích nghi hơn với các ngôn ngữ khác, chắc chắn là một điều tốt.
Kết Luận
Sự chuyển đổi dần từ C sang Rust trong Linux kernel là một minh chứng cho sự đổi mới không ngừng trong thế giới công nghệ. Quá trình này, dù chậm rãi, đang mang lại những lợi ích vượt trội về độ tin cậy, hiệu suất và đặc biệt là khả năng an toàn bộ nhớ, giúp giảm thiểu các lỗi nghiêm trọng và tăng tốc độ phát triển nhân hệ điều hành. Với sự hỗ trợ từ cộng đồng và những ưu điểm kỹ thuật vượt trội, Rust đang định hình một tương lai vững chắc và mạnh mẽ hơn cho Linux kernel.
Hy vọng những thông tin chuyên sâu này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về một trong những thay đổi nền tảng nhất đang diễn ra trong Linux kernel. Hãy chia sẻ quan điểm của bạn về tương lai của Linux kernel với Rust trong phần bình luận bên dưới hoặc khám phá thêm các bài viết công nghệ chuyên sâu khác tại Thuthuatpc.net để cập nhật những xu hướng mới nhất!
