Một sự thay đổi chậm rãi nhưng mang tính nền tảng đang diễn ra trong nhân Linux, và nó liên quan trực tiếp đến ngôn ngữ mà các lập trình viên sử dụng. Đây là một bước đi cần được thực hiện cẩn trọng, song cũng là một dấu hiệu đáng mừng cho tương lai của hệ điều hành mã nguồn mở này. Sự chuyển dịch này không chỉ khẳng định tầm nhìn dài hạn của cộng đồng phát triển Linux mà còn mở ra kỷ nguyên mới về hiệu suất và độ tin cậy, giúp trithuccongnghe.net cập nhật những thông tin công nghệ cốt lõi, chuyên sâu nhất đến độc giả Việt Nam.
Nhân Linux hiện đang được viết bằng ngôn ngữ nào?
Nhân Linux là trái tim của hệ điều hành, chịu trách nhiệm kiểm soát các tài nguyên cấp thấp như bộ nhớ, bộ xử lý và hệ thống tập tin. Đây là một phần mềm ẩn mình đối với đa số người dùng, nhưng lại ảnh hưởng đến mọi hoạt động trên máy tính của bạn.
Linus Torvalds đã bắt đầu phát triển nhân Linux 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, nhân Linux vẫn trung thành với C kể từ đó. Ngay cả hiện tại, kho lưu trữ GitHub của nó vẫn báo cáo rằng tới 98% mã nhân được viết bằng C.
Biểu tượng Tux của Linux trên chip, phía sau là mã nguồn nhân Linux
Ngoài thử nghiệm C++ không thành công, ngôn ngữ duy nhất khác có tiềm năng đóng góp vào nhân Linux là Rust. Một ngôn ngữ khá mới, Rust 1.0 ra mắt vào năm 2015 với cú pháp tương tự C nhưng chịu ảnh hưởng từ nhiều ngôn ngữ khác. Các lập trình viên đã thử nghiệm với các phiên bản Rust trước đó như một lựa chọn cho lập trình module nhân, với một bằng chứng khái niệm được phát triển vào năm 2013.
Biểu đồ thống kê các ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong mã nguồn nhân Linux, nổi bật là C và Rust
Kể từ đó, các nhà phát triển Linux đã thực hiện các bước để sử dụng Rust trong quá trình phát triển nhân, 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 kiên quyết nhằm chuyển đổi các driver của nhân sang Rust, với mục tiêu giảm lỗi. Điều này đã dẫn đến việc các driver được viết bằng Rust được tích hợp vào phiên bản 6.8 của nhân, phát hành vào tháng 12 năm 2023.
Bước tiến của Rust trong Nhân Linux hiện nay
Ngày càng có nhiều driver được viết bằng Rust được thêm vào nhân Linux. Mặc dù mã Rust chỉ chiếm 0.1% tổng số mã nguồn, nhưng con số đó vẫn tương đương 143 file riêng biệt trải rộng khắp các khía cạnh của nhân.
Phiên bản 6.16 của nhân Linux đã có những cải tiến từ Rust for Linux nhằm khắc phục các điều kiện tranh chấp (race conditions). Các bản cập nhật nhân thường được phát hành hai tháng một lần, cho thấy công việc liên quan đến Rust đang diễn ra liên tục và dự án này vẫn rất tích cực. Dường như các nhà phát triển nhân vẫn rất quan tâm đến việc thúc đẩy sự thay đổi này, ngay cả khi đôi khi vẫn có những ý kiến phản đối.
Ví dụ điển hình cho công việc Rust for Linux đương đại là Tyr driver cho ARM Mali GPUs. Driver đồ họa kernel này được viết bằng Rust và nhằm mục đích mở rộng những nghiên cứu lý thuyết đã được thực hiện cho đến nay. Việc có một driver thực tế phụ thuộc vào khả năng tương thích hiện có là một bài kiểm tra thực tế cho những công việc đã được tiến hành. Điều này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy tiến độ nhanh hơn cho sáng kiến Rust for Linux.
Màn hình máy tính hiển thị các dòng mã lập trình Rust trong quá trình phát triển nhân Linux
Tại sao Rust lại là lựa chọn ưu việt cho Nhân Linux?
Trang web chính thức của Rust hiện mô tả nó là:
“Một ngôn ngữ trao quyền cho mọi người xây dựng phần mềm đáng tin cậy và hiệu quả.”
Tuyên bố này không chỉ nhắm đến lập trình nhân, nhưng mã nguồn cốt lõi của một hệ điều hành đặc biệt cần phải đáng tin cậy và hiệu quả.
An toàn và hiệu suất vượt trội
Một trong những điểm bán hàng chính của Rust là khả năng an toàn bộ nhớ. 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. Ngôn ngữ cấp thấp mang lại cho lập trình viên nhiều quyền lực, cho phép họ quản lý bộ nhớ thủ công, nhưng cũng đòi hỏi họ phải thực hiện điều đó một cách có trách nhiệm. Các ngôn ngữ cấp cao hơn thường bảo vệ lập trình viên, xử lý việc cấp phát bộ nhớ thay cho họ. Một bộ thu gom rác (garbage collector) thường được sử dụng để tự động dọn dẹp bộ nhớ, 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 tính đồng thời (concurrency) theo cách tương tự, giải quyết một tính năng thường là nguồn gốc của lỗi.
Hình ảnh một chiếc xô bị rò rỉ nước, tượng trưng cho lỗi rò rỉ bộ nhớ trong lập trình
Giảm thiểu lỗi Kernel và tăng tốc phát triển
Lỗi trong nhân đặc biệt nguy hiểm vì chúng có thể ảnh hưởng đến bất kỳ mã chương trình nào khác đang chạy. Chúng cũng khó phát hiện, và do mã nguồn kernel đã được tối ưu hóa cao, việc chẩn đoán và khắc phục trở nên khó khăn. Các lỗi kernel cũng có thể gây ra thảm họa lớn hơn nhiều so với lỗi trong ứng dụng: chúng có thể làm sập toàn bộ hệ thống và mở ra các lỗ hổng bảo mật cho những kẻ tấn công khai thác.
Tránh các lỗi này đồng nghĩa với việc các nhà phát triển kernel cần dành thời gian và đặc biệt chú ý đến công việc của họ. Tóm lại, lỗi kernel làm chậm tiến độ. Đây là một lý do quan trọng khiến việc chuyển sang Rust trở nên đáng phấn khởi. 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 bộ.
Cộng đồng và xu hướng phát triển
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 StackOverflow năm 2024), Rust đang bắt kịp, và hoàn toàn có thể nhiều lập trình viên mới, hiện tại hoặc sắp tới, sẽ sử dụng Rust. Ngay cả khi kernel chậm chạp trong việc áp dụng các module được viết bằng Rust hiện nay, công việc chuẩn bị cho nó là 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 mang lại lợi ích. Việc có cái nhìn tổng thể về tất cả các phần của mã nguồn, kiểm tra kiến trúc, làm cho nó dễ thích nghi hơn với các ngôn ngữ khác, chắc chắn là một điều tốt.
Máy tính xách tay hiển thị logo ngôn ngữ lập trình Rust, biểu tượng cho sự phát triển và phổ biến của nó
Kết luận
Sự chuyển đổi sang Rust trong quá trình phát triển nhân Linux là một bước tiến mang tính cách mạng, hứa hẹn mang lại những cải thiện đáng kể về độ tin cậy, hiệu suất và an toàn cho một trong những phần mềm cốt lõi nhất của thế giới công nghệ. Với khả năng xử lý an toàn bộ nhớ và giảm thiểu lỗi hiệu quả, Rust không chỉ giúp tăng tốc độ phát triển mà còn củng cố vị thế vững chắc của Linux trong tương lai. Trithuccongnghe.net sẽ tiếp tục theo dõi và cập nhật những thông tin mới nhất về hành trình thú vị này. Bạn có suy nghĩ gì về sự thay đổi này? Hãy để lại bình luận bên dưới để cùng thảo luận nhé!