24 يونيو 2025·4 دقيقة
لماذا يزداد اعتماد Rust في برمجة الأنظمة والخدمات الخلفية
Rust أصعب للتعلّم من لغات كثيرة، ومع ذلك تستخدمه فرق أكثر لتطوير أنظمة وخدمات باكند. هنا ما الذي يدفع هذا التحوّل ومتى يكون مناسبًا.
Rust أصعب للتعلّم من لغات كثيرة، ومع ذلك تستخدمه فرق أكثر لتطوير أنظمة وخدمات باكند. هنا ما الذي يدفع هذا التحوّل ومتى يكون مناسبًا.
غالبًا ما توصف Rust بأنها "لغة أنظمة"، لكنها تظهر بشكل متزايد في فرق الباكند التي تبني خدمات إنتاجية. تشرح هذه المقالة سبب حدوث ذلك بمصطلحات عملية—دون افتراض أنك غارق في نظرية المُجمّع.
عمل الأنظمة هو الكود القريب من الآلة أو البنية التحتية الحرجة: طبقات الشبكات، محركات التخزين، مكوّنات وقت التشغيل، الخدمات المدمجة، والمكتبات الحساسة للأداء التي تعتمد عليها فرق أخرى.
عمل الباكند يشغّل المنتجات والمنصات الداخلية: واجهات برمجة التطبيقات، خطوط البيانات، اتصال بين الخدمات، العمال الخلفيون، والمكونات التي تعتمد عليها الاعتمادية حيث تُسبب الأعطال والتسريبات وارتفاع الكمون ألمًا تشغيليًا حقيقيًا.
تغيير لغة إلى Rust نادرًا ما يكون لحظة "إعادة كتابة كل شيء" درامية. في الغالب، تقدم الفرق Rust بإحدى الطرق التالية:
قد تبدو Rust صعبة في البداية—خاصة إذا كنت قادمًا من لغات ذات جامع قمامة أو اعتدت على "جرب وشاهد" في C/C++. سنقر بذلك upfront ونشرح لماذا تشعر بالاختلاف، مع طرق عملية تقلل زمن التعلم للفرق.
هذه ليست مطالبة بأن Rust هي الأفضل لكل فريق أو كل خدمة. سترى مقايضات، حالات قد تكون فيها Go أو C++ مناسبة أكثر، ونظرة واقعية لما يتغير عندما تُدخل Rust إلى باكند الإنتاج.
للمقارنات ونقاط القرار، انتقل إلى /blog/rust-vs-go-vs-cpp و /blog/trade-offs-when-rust-isnt-best.
الفرق لا تعيد كتابة الأنظمة الحرجة وخدمات الباكند لأن لغة جديدة رائجة؛ تفعل ذلك عندما تتكرر نفس الأخطاء المؤلمة—خاصة في الكود الذي يدير الذاكرة، الخيوط، وI/O عالي النِّطاق.
الكثير من الانهيارات الخطيرة ومشاكل الأمان ترجع إلى مجموعة صغيرة من الأسباب الجذرية:
هذه القضايا ليست مجرد "أخطاء"؛ يمكن أن تصبح حوادث إنتاج، ثغرات تنفيذ شفرة عن بُعد، وheisenbugs التي تختفي في البيئة الاختبارية وتظهر تحت الحمولة الحقيقية.
عندما نخطئ في خدمات مستوى منخفض، تتراكم التكلفة:
في أساليب C/C++، الوصول إلى أقصى أداء غالبًا يعني التحكم اليدوي في الذاكرة والتزامن. هذا التحكم قوي، لكنه يجعل من السهل ابتكار سلوك غير معرف.
تُناقش Rust في هذا السياق لأنها تهدف إلى تقليل هذا التبادل: الاحتفاظ بأداء مستوى الأنظمة مع منع فئات كاملة من أخطاء الذاكرة والتزامن قبل شحن الكود.
وعد Rust الرئيسي بسيط: يمكنك كتابة كود منخفض المستوى وسريع مع تجنّب فئة كبيرة من الفشل التي تظهر عادة كحوادث، ثغرات أمنية، أو "تنجح في الاختبارات وتفشل في الإنتاج".
فكر في قيمة في الذاكرة (مثل بافر أو struct) كأداة:
تسمح Rust إما:
لكن ليس كلاهما معًا. تمنع هذه القاعدة حالات حيث يغيّر أو يحرر جزء من البرنامج بياناتًا بينما يتوقع جزء آخر أنها لا تزال صالحة.
مُجمّع Rust يفرض هذه القواعد وقت التجميع:
الفائدة الرئيسية أن العديد من الإخفاقات تصبح أخطاء تجميع، لا مفاجآت في الإنتاج.
لا تعتمد Rust على جامع قمامة (GC) يُوقِف البرنامج دورياً للعثور على الذاكرة الغير مستخدمة وتحريرها. بدلاً من ذلك، تُستعاد الذاكرة تلقائيًا عندما يخرج المالك عن النطاق.
بالنسبة لخدمات الباكند الحساسة للكمون (زمن الذيل وزمن استجابة متوقع)، تجنب سلوك توقف GC يمكن أن يجعل الأداء أكثر اتساقًا.
unsafe موجود—ولكنه محدود عن عمدلا تزال Rust تتيح النزول إلى unsafe لأشياء مثل نداءات نظام التشغيل، عمليات أداء ضيقة، أو التفاعل مع C. لكن unsafe صريح ومحدد: يعلّمك "هنا توجد مخاطر"، بينما يبقى بقية قاعدة الشفرة تحت ضمانات سلامة المُجمّع.
ذلك الحد يجعل المراجعات والتدقيق أكثر تركيزًا.
نادراً ما تسعى فرق الباكند إلى "أقصى سرعة" لمجرد نفسها. ما يريده الفريق هو أداء متوقع: معدل نقل ثابت في المتوسط، وقلة القفزات القبيحة عند ارتفاع الحمل.
المستخدمون لا يلاحظون زمن الاستجابة الوسيط؛ يلاحظون الطلبات البطيئة. تلك الطلبات البطيئة (تقاس غالبًا كـ p95/p99 "زمن ذيل") هي حيث تبدأ عمليات الإعادة، المهلات، والانهيارات المتتالية.
تساعد Rust هنا لأنها لا تعتمد على توقف GC. يجعل إدارة الذاكرة المبنية على الملكية من الأسهل التفكير في متى تحدث عمليات التخصيص والتحرير، لذا تقل احتمالية ظهور منحدرات الكمون فجأة أثناء معالجة الطلب.
تكون هذه القابلية للتوقّع مفيدة بشكل خاص للخدمات التي:
تسمح Rust بكتابة كود عالي المستوى—باستخدام المكررات (iterators)، الصفات (traits)، والجنريكات—دون دفع غالياً على زمن التشغيل.
عمليًا، كثيرًا ما يستطيع المُجمّع تحويل الكود "الجميل" إلى تعليمات فعّالة تشبه ما كنت ستكتبه يدويًا. تحصل على بنية أنظف (وأخطاء أقل من تكرار الحلقات منخفضة المستوى) مع الحفاظ على أداء قريب من العتاد.
تبدأ العديد من خدمات Rust بسرعة لأن عادةً لا يوجد تهيئة زمن تشغيل ثقيلة. قد يكون استخدام الذاكرة أسهل للتفكير فيه: تختار هياكل البيانات وأنماط التخصيص صراحةً، ويحثك المُجمّع على الابتعاد عن المشاركة العرضية أو النسخ المخفي.
تتألق Rust غالبًا في الحالة المستقرة: بعد دفء الكاشات، مجموعات الكائنات والمسارات الساخنة، يبلغ الفرق أن الفرق عادةً ما تبلغ عن قلة قفزات الكمون العشوائية الناتجة عن عملٍ خلفي للذاكرة.
Rust لن تصلح استعلام قاعدة بيانات بطيءًا، أو مخطط ميكروسيرفيسز صاخب، أو تنسيق تسلسل غير فعال. لا يزال الأداء يعتمد على اختيارات التصميم—التجميع، التخزين المؤقت، تجنّب التخصيصات غير الضرورية، اختيار نموذج التزامن المناسب. ميزة Rust هي تقليل التكاليف "المفاجئة"، لذلك عندما يكون الأداء سيئًا، يمكنك عادةً تتبعه إلى قرارات ملموسة بدلًا من سلوك وقت تشغيل مخفي.
يميل عمل الأنظمة والباكند إلى الفشل بنفس الطرق المجهدة: الكثير من الخيوط التي تلمس حالة مشتركة، قضايا توقيت دقيقة، وسباقات نادرة تظهر فقط تحت حمل الإنتاج.
مع توسع الخدمات، عادةً ما تضيف التزامن: مجمعات خيوط، وظائف خلفية، قوائم انتظار، والعديد من الطلبات المتزامنة. اللحظة التي يستطيع فيها جزآن من البرنامج الوصول إلى نفس البيانات تحتاج خطة واضحة: من يقرأ، من يكتب، ومتى.
في لغات كثيرة، تلك الخطة تعتمد في الغالب على انضباط المطور ومراجعة الكود. هناك تحدث الحوادث الليلية: إعادة ترتيب بريئة تغيّر التوقيت، فُقد قفل، ومسار نادر يبدأ في إفساد البيانات.
قواعد الملكية والاقتراض في Rust لا تساعد فقط في أمان الذاكرة—إنها أيضًا تقيد كيفية مشاركة البيانات عبر الخيوط.
الأثر العملي: كثير من سباقات البيانات المحتملة تفشل وقت التجميع. بدلًا من شحن تزامن "ربما يعمل"، تُجبر على توضيح قصة مشاركة البيانات.
بُنى async/await في Rust شائعة للخوادم التي تتعامل مع عدد كبير من اتصالات الشبكة بكفاءة. تتيح كتابة كود مقروء للتعامل المتزامن مع I/O بينما تتولى رنائم مثل Tokio جدولة المهام.
Rust تقلل فئات كاملة من أخطاء التزامن، لكنها لا تلغي الحاجة إلى تصميم مدروس. لقد لا تزال مآزق مثل الحبس (deadlocks)، استراتيجيات الطوابير السيئة، الضغط الخلفي، واعتمادية تبعيات مثقلة موجودة. تجعل Rust المشاركة غير الآمنة أصعب؛ لكنها لا تجعل عبء العمل منظمًا تلقائيًا.
أسهل طريقة لفهم اعتماد Rust في العالم الحقيقي هي النظر إلى الأماكن التي تعمل فيها كـ "تحسين قطرة" لأجزاء النظام الموجودة—خاصة الأجزاء الحساسة أداءً، أمنيًا، أو التي يصعب تتبع أعطالها.
تبدأ الكثير من الفرق بتسليمات صغيرة ومحتواة حيث قصة البناء والحزم متوقعة وبصمة زمن التشغيل منخفضة:
هذه نقاط دخول جيدة لأنها قابلة للقياس (الكمون، CPU، الذاكرة) والأخطاء فيها واضحة.
معظم المنظمات لا "تعيد كتابة كل شيء في Rust". تعتمدها تدريجيًا بطريقتين شائعتين:
إذا كنت تستكشف الأخير، كن صارمًا بشأن تصميم الواجهات وقواعد الملكية على الحدود—FFI هو المكان الذي يمكن أن تتآكل فيه فوائد الأمان إذا كان العقد غير واضح.
غالبًا ما تستبدل Rust C/C++ في مكوّنات كانت تاريخيًا تتطلب إدارة ذاكرة يدوية: محللات البروتوكول، الأدوات المدمجة، مكتبات الحساسة للأداء، وأجزاء من أكوام الشبكات.
كما أنها غالبًا تكمل أنظمة C/C++ القائمة: تحافظ الفرق على الكود الناضج حيث هو مستقر، وتقدّم Rust للوحدات الجديدة أو تحليل المدخلات الحساسة أمنيًا أو الأنظمة الثقيلة التزامن.
في الممارسة، تُعامل خدمات Rust بنفس معايير أي نظام إنتاجي: اختبارات وحدة/تكامل شاملة، اختبار حمل للمسارات الحرجة، ومراقبة قوية (سجلات مهيكلة، مقاييس، تتبع).
الفرق هو ما يتوقف عن الحدوث غالبًا: انخفاض في "انهيارات اللغز" ووقت أقل يقضيه الفريق في تتبع أعطال فساد الذاكرة.
الكود الخاص بالأنظمة أقرب إلى العتاد أو البنية التحتية الحرجة (طبقات الشبكات، محركات التخزين، وقت التشغيل، الخدمات المدمجة، مكتبات حساسة للأداء). كود الباكند يدير المنتجات والمنصات (واجهات برمجة التطبيقات، خطوط البيانات، العمال الخلفيون، اتصال بين الخدمات) حيث تتحول الأعطال والتسريبات وارتفاع الكمون إلى حوادث تشغيلية.
تظهر Rust في كلا المجالين لأن العديد من مكوّنات الباكند لها قيود "شبيهة بالأنظمة": معدل نقل بيانات عالٍ، أهداف زمن استجابة صارمة، وتزامن تحت حمل عالٍ.
تتبنى معظم الفرق Rust تدريجياً بدلاً من إعادة كتابة كل شيء:
هذا يبقي نطاق الضرر صغيرًا ويجعل التراجع سهلاً.
الملكية (ownership) تعني أن مكاناً واحداً مسؤول عن دورة حياة القيمة؛ الاقتراض (borrowing) يسمح لشفرة أخرى باستخدامها مؤقتًا.
تفرض Rust قاعدة مهمة: إما قرّاء متعددون في نفس الوقت أو كاتب واحد فقط في وقت واحد، لكن ليسا معًا. هذا يمنع حالات شائعة مثل الاستخدام بعد التحرير والتعديل المتزامن غير الآمن—غالبًا تتحول هذه الحوادث إلى أخطاء تجميع بدلًا من حوادث إنتاج.
يمكنها إلغاء فئات من الأخطاء (use-after-free، double-free، كثير من تسابق البيانات)، لكنها لا تحل محل تصميمٍ جيد.
لا يزال بإمكانك مواجهة:
Rust تقلل المفاجآت، لكن الهندسة المعمارية هي من يقرر النتائج النهائية.
تستطيع جامعات القمامة (GC) أن تُدخل فترات توقف أو تكاليف متغيرة أثناء معالجة الطلبات. عادةً تُحرر الذاكرة في Rust عندما يخرج المالك عن النطاق، لذلك تحدث عمليات التخصيص والتحرير في أماكن أكثر قابلية للتوقّع.
تساعد هذه القابلية للتوقّع غالبًا على تقليل ذيول الكمون (p95/p99)، خصوصًا تحت حمل متقلب أو في مسارات حاسمة مثل البوابات، المصادقة والوكيلات.
unsafe هو كيف تسمح Rust بعمليات لا يستطيع المُجمّع إثبات سلامتها (نداءات FFI، بعض التحسينات منخفضة المستوى، واجهات نظام التشغيل).
هو مفيد عند الحاجة، لكن ينبغي أن:
unsafe صغيرة وموثّقة جيدًا.هذا يجعل عمليات المراجعة والتدقيق مركزة على المناطق الخطرة القليلة بدلًا من قاعدة الشفرة بأكملها.
تُستخدم بنية async/await في Rust كثيرًا للخدمات عالية التزامن الشبكية. تقوم رنائم مثل Tokio بجدولة مهام I/O بكفاءة، مما يتيح كتابة كود async مقروء بدون إدارة ردود النداء يدويًا.
مناسب عندما يكون لديك اتصالات متزامنة كثيرة، لكنك ما تزال بحاجة إلى التصميم من أجل الضغط الخلفي (backpressure)، مهلات (timeouts)، وحدود التبعيات.
استراتيجيتان شائعتان:
يمكن أن تُضعف FFI فوائد الأمان إذا كانت قواعد الملكية غير واضحة، لذا حدّد عقودًا صارمة على الحدود (من يخصص، من يحرر، توقعات الخيوط) واختبرها بقوة.
التقدم المبكر قد يبدو أبطأ لأن المُجمّع يطلب منك أن تكون صريحًا بشأن الملكية والاقتراض وأحيانًا المناطق الحياتية (lifetimes).
جدول زمني واقعي يُلاحَظه العديد من الفرق:
غالبًا تُنفذ الفرق تجربة تجريبية مدتها 6–12 أسبوعًا لبناء أنماط مشتركة وعادات مراجعة.
اختر مكوّنًا صغيرًا وذي قيمة واضحة وحدودًا واضحة—شيء يمكنك استبداله دون إعادة كتابة كل شيء. مرشحات جيدة:
اشحن مع قواعد أمان (feature flags، canaries، خطة تراجع واضحة)، ثم قونن ما أنجح (scaffolding للمشروع، فحوص CI، قواعد التعامل مع الأخطاء). للمقارنات الأعمق ونقاط القرار، راجع /blog/rust-vs-go-vs-cpp و /blog/trade-offs-when-rust-isnt-best.