От эксперимента Грейдона Хоаре в 2006 году до современной экосистемы Rust — как безопасность памяти без сборщика мусора изменила системное программирование.
Эта статья рассказывает сфокусированную историю происхождения: как личный эксперимент Грейдона Хоаре вырос в Rust и почему дизайнерские решения Rust оказались достаточно важными, чтобы изменить ожидания от системного программирования.
«Системное программирование» работает близко к железу — и близко к рискованным частям продукта. Оно встречается в браузерах, игровых движках, компонентах ОС, базах данных, сетевом и встроенном ПО — там, где обычно требуется:
Исторически такое сочетание тянуло команды к C и C++ плюс к обширным правилам, ревью и инструментам, чтобы уменьшить число ошибок, связанных с памятью.
Коротко и сложно доставить:
Безопасность памяти без сборщика мусора.
Rust стремится предотвратить распространённые ошибки вроде use-after-free, double-free и многих типов гонок данных — при этом не опираясь на рантайм, который периодически останавливает программу для очистки памяти. Вместо этого Rust переносит большую часть работы на время компиляции через владение и заимствования.
Вы получите историю (от ранних идей до участия Mozilla) и ключевые концепции (владение, заимствования, lifetimes, safe vs unsafe) объяснённые простым языком.
Здесь нет полноценного руководства по Rust, полного обзора синтаксиса или пошаговой настройки проекта. Считайте это объяснением «почему» дизайна Rust с достаточным количеством примеров, чтобы делать идеи конкретными.
Примечание автора: полная статья нацелена примерно на 3000 слов, оставляя место для кратких примеров, но не превращаясь в справочник.
Rust не родился как спроектированный комитетом «заменитель C++». Он начался как личный эксперимент Грейдона Хоаре в 2006 году — работа, которой он занимался самостоятельно, прежде чем она привлекла более широкое внимание. Это происхождение важно: многие ранние решения выглядят как попытки решить повседневные боли, а не «выиграть» в теории языков.
Хоаре искал способ писать низкоуровневое, высокопроизводительное ПО без сборщика мусора — и при этом избегать наиболее частых причин сбоев и уязвимостей в C и C++. Конфликт знаком системным программистам:
«Безопасность памяти без GC» у Rust сначала не была маркетинговым лозунгом. Это была цель дизайна: сохранить характеристики производительности, подходящие для системной работы, но сделать многие категории ошибок с памятью трудными для выражения.
Вопрос разумен: почему бы не сделать «просто лучший компилятор» для C/C++? Инструменты вроде статического анализа, санитайзеров и безопасных библиотек предотвращают много проблем, но обычно не могут гарантировать безопасность памяти. Базовые языки допускают паттерны, которые трудно или невозможно полностью контролировать извне.
Ставка Rust — перенести ключевые правила в язык и систему типов, чтобы безопасность стала результатом по умолчанию, при этом оставив ручной контроль в явно маркированных «аварийных» местах.
Некоторые детали ранних дней Rust циркулируют как анекдоты (часто повторяются в докладах и интервью). При рассказе этой истории полезно отделять хорошо задокументированные вехи — вроде старта в 2006 году и последующего принятия в Mozilla Research — от личных воспоминаний и вторичных пересказов.
За первоисточниками обращайтесь к ранней документации по Rust, заметкам о дизайне, выступлениям и интервью Грейдона Хоаре и постам эпохи Mozilla/Servo, которые описывают, почему проект был подхвачен и как формулировались его цели. Раздел «дальнейшее чтение» может направить читателей к этим первоисточникам (см. /blog для связанных ссылок).
Системное программирование часто значит работать близко к железу. Эта близость делает код быстрым и экономичным по ресурсам. Но она же делает ошибки с памятью особенно болезненными.
Несколько классических ошибок возникают снова и снова:
Эти ошибки не всегда очевидны. Программа может «работать» недели, а потом падать только при редком входе или условии тайминга.
Тестирование доказывает, что что-то работает для случаев, которые вы проверили. Ошибки с памятью часто скрываются в непроверенных сценариях: нестандартных вводах, другой аппаратуре, небольших изменениях в тайминге или новой версии компилятора. Они также могут быть недетерминированными — особенно в многопоточном коде — так что баг может исчезнуть, как только вы добавите логирование или подключите отладчик.
Когда память ломается, вы не получаете чистую ошибку. Вы получаете повреждённое состояние, непредсказуемые падения и уязвимости, которые охотно ищут злоумышленники. Команды тратят много сил на погоню за ошибками, которые трудно воспроизвести и ещё сложнее диагностировать.
Низкоуровневое ПО не всегда может «заплатить» за безопасность тяжёлыми проверками во время выполнения или постоянным сканированием памяти. Цель скорее похожа на использование инструмента в общем цеху: вы можете им свободно пользоваться, но правила должны быть понятными — кто держит его, кто может поделиться, когда его вернуть. Традиционно языки системного уровня оставляли эти правила человеческой дисциплине. История происхождения Rust начинается с сомнения в этом компромиссе.
GC — распространённый способ предотвращать ошибки с памятью: рантайм отслеживает достижимость объектов и автоматически освобождает недостижимые. Это устраняет целые классы проблем — use-after-free, double-free и многие утечки — потому что программа не «забывает» освобождать память так, как это бывает при ручном управлении.
GC не «плох», но он меняет профиль производительности программы. Большинство сборщиков вносят сочетание:
Для многих приложений — веб-бэкендов, бизнес‑ПО, утилит — эти расходы приемлемы или незаметны. Современные сборщики отличны и сильно повышают продуктивность разработчиков.
В системном программировании часто решает худший случай. Движок браузера требует плавной отрисовки; встроенный контроллер может иметь строгие временные ограничения; сервер с низкой задержкой нацелен удерживать хвостовую латентность под контролем при нагрузке. В таких условиях «обычно быстро» хуже, чем «постоянно предсказуемо».
Крупное обещание Rust: сохранить контроль, как в C/C++, над памятью и компоновкой, но обеспечить безопасность памяти без сборщика мусора. Цель — предсказуемые характеристики производительности, при этом безопасный код — поведение по умолчанию.
Это не аргумент, что GC хуже. Это ставка на большую и важную среднюю зону: ПО, которому нужен низкоуровневый контроль и современные гарантии безопасности.
Владение — самая простая крупная идея Rust: у каждого значения есть один владелец, ответственный за его очистку, когда оно больше не нужно.
Это одно правило заменяет много ручной «кто тут освобождает память?» бухгалтерии, которую программисты на C/C++ часто держат в голове. Вместо опоры на дисциплину Rust делает освобождение предсказуемым.
Когда вы копируете что‑то, у вас получается две независимые версии. Когда вы перемещаете, вы передаёте оригинал — после перемещения старая переменная больше не может его использовать.
Rust по умолчанию считает многие объекты в куче (строки, буферы, векторы) перемещаемыми. Бездумное копирование может быть дорого и, что важнее, запутанно: если две переменные думают, что «владеют» одним и тем же выделением, вы создаёте условия для ошибок с памятью.
Вот идея в маленьком псевдокоде:
buffer = make_buffer()
ownerA = buffer // ownerA owns it
ownerB = ownerA // move ownership to ownerB
use(ownerA) // not allowed: ownerA no longer owns anything
use(ownerB) // ok
// when ownerB ends, buffer is cleaned up automatically
(Блок кода оставлен без перевода.)
Потому что всегда есть ровно один владелец, Rust точно знает, когда значение следует очистить: когда его владелец выходит из области видимости. Это значит автоматическое управление памятью (вам не приходится везде вызывать free()), без необходимости собирать мусор во время выполнения.
Правило владения блокирует большой класс классических проблем:
Модель владения Rust не просто поощряет более безопасные привычки — она делает многие небезопасные состояния невыразимыми, что является основой для остальных механизмов безопасности Rust.
Владение объясняет, кто «владеет» значением. Заимствование объясняет, как другие части программы могут временно использовать это значение, не забирая его.
Когда вы заимствуете что‑то в Rust, вы получаете ссылку на него. Оригинальный владелец остаётся ответственным за освобождение памяти; заимствующий получает лишь разрешение использовать значение на время.
В Rust есть два вида заимствований:
&T): доступ только для чтения.&mut T): доступ для чтения и записи.Центральное правило заимствований Rust просто сказать и оно очень мощное на практике:
Это правило предотвращает распространённый класс ошибок: одна часть программы читает данные, пока другая их изменяет «под ногами».
Ссылка безопасна только если она никогда не переживёт то, на что указывает. Rust называет этот период lifetime — отрезок времени, в течение которого ссылка гарантированно валидна.
Вам не нужна формальная теория, чтобы использовать эту идею: ссылка не должна «залипать» после того, как её владелец исчез.
Rust применяет эти правила на этапе компиляции с помощью borrow checker. Вместо того чтобы надеяться, что тесты поймают плохую ссылку или рискованную мутацию, Rust откажется компилировать код, который может неправильно пользоваться памятью.
Подумайте о совместном документе:
Конкуррентность — любимое место, где «работает у меня» баги скрываются. Когда два потока выполняются одновременно, они могут взаимодействовать неожиданно — особенно если делят данные.
Гонка данных случается, когда:
Результат — не просто «неправильный вывод». Гонки могут повредить состояние, привести к падениям программы или создать уязвимости. И что хуже — они могут быть интермиттирующими: баг может исчезнуть при добавлении логирования или при запуске в отладчике.
Rust занимает необычную позицию: вместо того чтобы полагаться на память программиста, он старается сделать многие небезопасные паттерны конкуррентности невыразимыми в безопасном коде.
На высоком уровне, правила владения и заимствований распространяются и на то, что можно передавать между потоками. Если компилятор не может доказать, что совместный доступ согласован, он не даст коду скомпилироваться.
Именно это люди имеют в виду под «безопасной конкуррентностью» в Rust: вы по‑прежнему пишете конкурентные программы, но целый класс «ой, два потока одновременно записали одно и то же» ошибок ловится до запуска.
Представьте, что два потока инкрементируют один и тот же счётчик:
Rust не запрещает низкоуровневые трюки конкуррентности. Он их карантинирует. Если вы действительно должны сделать то, что компилятор не может проверить, вы используете unsafe блоки — они действуют как пометка: «здесь требуется ответственность человека». Такое разделение сохраняет большую часть кодовой базы в безопасном подмножестве, одновременно позволяя низкоуровневую мощность там, где это оправдано.
Репутация Rust как «безопасного» может звучать абсолютной, но корректнее сказать, что Rust делает границу между безопасным и небезопасным явной — и более удобной для аудита.
Большая часть кода в Rust — «safe Rust». Здесь компилятор обеспечивает правила, предотвращающие классические ошибки с памятью: use-after-free, double free, висячие указатели и гонки данных. Вы всё ещё можете написать логическую ошибку, но обычными средствами языка вы не сможете случайно нарушить безопасность памяти.
Важно: safe Rust вовсе не обязательно медленнее. Многие высокопроизводительные программы пишут полностью на safe Rust, потому что компилятор может агрессивно оптимизировать, доверяя выполнению правил.
unsafe существует потому, что в системном программировании иногда нужны возможности, которые компилятор не может общо доказать безопасными. Типичные причины:
Использование unsafe не отключает все проверки. Оно лишь разрешает небольшой набор операций (например, разыменование «сырых» указателей), которые в противном случае были бы запрещены.
Rust заставляет вас маркировать unsafe блоки и unsafe функции, что делает риск видимым при код-ревью. Частая практика — держать небольшой «unsafe ядро», обёрнутый в безопасный API, чтобы большая часть программы оставалась в safe Rust, а небольшая проверяемая область ручных гарантий была доступна для аудита.
Относитесь к unsafe как к инструменту:
При ответственном использовании unsafe становится контролируемым интерфейсом к частям системного программирования, где всё ещё нужна ручная точность, — без утраты преимуществ Rust в остальной части кода.
Rust стал «реальным» не только благодаря хорошим идеям на бумаге, но и потому, что Mozilla подвергла эти идеи настоящему стресс‑тесту.
Mozilla Research искала способы строить критичные компоненты браузера с меньшим числом уязвимостей. Движки браузеров особенно сложны: они парсят недоверенные входные данные, управляют огромными объёмами памяти и выполняют многое параллельно. Такое сочетание делает баги памяти и гонки данных частыми и дорогими.
Поддержка Rust соответствовала этой цели: сохранить скорость системного программирования и сократить классы уязвимостей. Вовлечение Mozilla также сигнализировало сообществу, что Rust — не просто личный эксперимент Грейдона Хоаре, а язык, который можно опробовать на одном из самых сложных кодовых баз в мире.
Servo — экспериментальный движок браузера — стал заметной площадкой для испытания Rust в крупном масштабе. Цель не была «выиграть» браузерный рынок. Servo служил лабораторией, где функции языка, диагностические сообщения компилятора и инструменты могли оцениваться в реальных условиях: время сборки, кроссплатформенность, опыт разработчика, настройка производительности и корректность при параллелизме.
Не менее важно, что Servo помог сформировать экосистему: библиотеки, инструменты сборки, соглашения и практики отладки — всё то, что важно, когда вы переходите от игрушечных программ к реальным продуктам.
Реальные проекты создают петли обратной связи, которые не подделать. Когда инженеры сталкиваются с трудностями — непонятные сообщения об ошибках, отсутствие библиотечных компонентов, неудобные паттерны — эти боли быстро проступают. Со временем такое давление помогло Rust перерасти из обещающей идеи в инструмент, которому команды стали доверять для критичных по производительности проектов.
Если хотите изучить дальнейшую эволюцию Rust после этой фазы, смотрите /blog/rust-memory-safety-without-gc.
Rust занимает среднюю позицию: он стремится к производительности и контролю, ожидаемым от C и C++, но старается убрать большой класс ошибок, которые эти языки обычно оставляют на дисциплину, тесты и удачу.
В C и C++ разработчики управляют памятью напрямую — выделяют, освобождают и следят за валидностью указателей. Эта свобода мощна, но она же делает легко появляющимися use-after-free, double-free, переполнения буферов и тонкие ошибки жизненных сроков. Компилятор в общем случае доверяет вам.
Rust переворачивает это отношение. Вы по-прежнему получаете низкоуровневый контроль (решения о стеках и куче, предсказуемые макеты, явные передачи владения), но компилятор заставляет доказывать правила владения и продолжительности ссылок. Вместо «будь осторожен с указателями» Rust говорит «докажи безопасность компилятору», и код, который нарушает эти гарантии в safe Rust, не скомпилируется.
Языки со сборщиком мусора (Java, Go, C#, многие скриптовые языки) меняют ручное управление памятью на удобство: объекты освобождаются автоматически, когда они недостижимы. Это огромный прирост продуктивности.
Обещание Rust — «безопасность памяти без GC» — значит, вы не платите за рантайм‑сборщик, что важно там, где критичны задержки, объёмы памяти, время старта или ограниченные ресурсы. Компромисс — вы моделируете владение явно и позволяете компилятору его проверять.
Rust может показаться сложнее сначала, потому что он вводит новую ментальную модель: думать в терминах владения, заимствований и lifetimes, а не просто «передал указатель и надеешься на лучшее». Ранняя фрустрация часто возникает при моделировании общего состояния или сложных графов объектов.
Rust хорошо подходит командам, строящим безопасное и критичное по производительности ПО — браузеры, сетевое ПО, криптографию, встроенные системы, бэкенды с жесткими требованиями надёжности. Если ваша команда ценит быструю итерацию больше, чем низкоуровневый контроль, язык с GC может быть лучшим выбором.
Rust не универсальная замена; это сильный вариант, когда вы хотите производительность уровня C/C++ с гарантиями безопасности, на которые можно опереться.
Rust привлёк внимание не тем, что стал «более приятным C++». Он изменил разговор, настаивая, что низкоуровневый код может быть быстрым, безопасным по памяти и явно указывающим расходы одновременно.
Раньше команды часто относились к ошибкам памяти как к налогу за производительность и управляли риском через тесты, ревью и постинцидентные исправления. Rust предложил другой ход: вшить общие правила (кто владеет данными, кто может мутировать их, когда ссылки должны быть валидны) в язык, чтобы целые категории ошибок отбрасывались на этапе компиляции.
Это изменение важно, потому что Rust не просит разработчиков быть «идеальными». Он просит их быть ясными — а затем даёт компилятору возможность обеспечивать эту ясность.
Влияние Rust проявляется в смешанном наборе сигналов: растущий интерес со стороны компаний, выпускающих ПО с высокими требованиями к производительности, большее присутствие в университетских курсах и инструменты, которые перестали выглядеть как «исследовательский проект» и стали «рабочими»: управление пакетами, форматирование, линтеры и рабочие процессы документации.
Это не значит, что Rust всегда лучший выбор — но означает, что безопасность по умолчанию теперь реалистичное ожидание, а не роскошь.
Rust часто оценивают для:
«Новый стандарт» не означает, что все системы будут переписаны на Rust. Это значит, что планка поднята: команды всё чаще задают вопрос «почему мы принимаем по умолчанию небезопасное поведение с памятью, если этого можно избежать?» Даже если Rust не применяется, его модель подтолкнула экосистему к более безопасным API, явным инвариантам и лучшим инструментам для корректности.
Если хотите больше инженерных историй, смотрите /blog для связанных постов.
История происхождения Rust проста: побочный проект одного человека (Грейдон Хоаре) врезался в сложную проблему системного программирования, и решение оказалось одновременно строгим и практичным.
Rust переосмыслил компромисс, который многие разработчики считали неизбежным:
Практический сдвиг не просто в том, что «Rust безопаснее». Он в том, что безопасность может быть свойством языка по умолчанию, а не дисциплиной, опирающейся лишь на ревью и тесты.
Если интересно, не нужно делать глобальную переработку, чтобы понять Rust.
Начните с малого:
Если хотите мягкий вход, возьмите «тонкий кусочек» задачи — например, «прочитать файл, преобразовать и записать результат» — и старайтесь писать понятный код, а не хитрый.
При прототипировании Rust‑компонента в большем продукте полезно быстро двигать внешние части (UI, админка, простые API), пока ядро системы пишется строго. Платформы вроде Koder.ai могут ускорять такую «связующую» разработку через чат‑ориентированный рабочий процесс — генерируя React‑фронтенд, Go‑бэкенд и схему PostgreSQL, а затем интегрируя Rust‑сервис по чётким границам.
Если хотите второй пост, что было бы полезнее?
unsafe используется ответственно в реальных проектахОтветьте с вашим контекстом (что вы строите, на каком языке сейчас, что вы оптимизируете), и я подготовлю следующий раздел под вашу ситуацию.
Системное программирование — это работа, близкая к железу и к областям продукта с высоким риском: движки браузеров, базы данных, компоненты ОС, сетевое ПО и встроенное ПО.
Оно обычно требует предсказуемой производительности, низкоуровневого контроля над памятью/ресурсами и высокой надёжности, где сбои и уязвимости особенно дороги.
Это означает, что Rust стремится предотвращать классические ошибки управления памятью (например, use-after-free и double-free) без зависимости от сборщика мусора.
Вместо того, чтобы запускать сборщик во время работы программы, Rust переносит многие проверки безопасности в момент компиляции с помощью правил владения и заимствований.
Инструменты вроде санитайзеров и статического анализа ловят много проблем, но обычно не могут гарантировать безопасность памяти, если язык сам допускает произвольные паттерны с указателями и жизненными сроками.
Rust оформляет ключевые правила в языке и системе типов, чтобы компилятор мог по умолчанию отвергать целые категории ошибок, оставляя при этом явные «выходы» (escape hatches) там, где это необходимо.
Сборщик мусора может добавлять накладные расходы во время выполнения и, что важнее для многих системных задач, менее предсказуемую задержку (пауз и работу сборщика в непредсказуемые моменты).
В областях вроде движков браузера, реального времени или низколатентных сервисов важнее гарантировать поведение в худшем случае, поэтому Rust нацелен на безопасность при сохранении более предсказуемых характеристик производительности.
Владение означает, что у каждого значения есть ровно один «ответственный» — владелец. Когда владелец выходит из области видимости, значение автоматически очищается.
Это делает освобождение памяти предсказуемым и предотвращает ситуации, когда два разных места в коде оба думают, что должны освободить одно и то же выделение.
«Перемещение» передаёт владение от одной переменной к другой; исходная переменная после перемещения больше не может использовать значение.
Это предотвращает случайное наличия «двух владельцев» одного выделения — распространённую причину double-free и use-after-free в языках с ручным управлением памятью.
Заимствование позволяет временно использовать значение через ссылку, не забирая владение.
Основное правило: много читателей или один писатель — можно иметь несколько общих ссылок (&T) или одну изменяемую ссылку (&mut T), но не одновременно. Это предотвращает множество ошибок, связанных с одновременным чтением и изменением данных.
Жизненный срок (lifetime) — это «насколько долго ссылка валидна». Rust требует, чтобы ссылки никогда не переживали данные, на которые они ссылаются.
Проверяющий заимствования (borrow checker) следит за этим на этапе компиляции и отвергает код, который мог бы привести к висячим ссылкам.
Гонка данных — это ситуация, когда несколько потоков одновременно обращаются к одной памяти, при этом хотя бы одно обращение записывающее, и нет синхронизации.
Правила владения и заимствований в Rust распространяются и на многопоточность: небезопасные способы совместного доступа в безопасном коде трудно (или невозможно) выразить, поэтому компилятор заставляет вас явно применять механизмы синхронизации или передачу сообщений.
Большая часть кода в Rust — «safe Rust», где компилятор обеспечивает правила безопасности памяти.
unsafe — это явно помеченный выход за пределы этих правил, нужный для FFI, низкоуровневой работы с аппаратурой или оптимизаций, которые компилятор не может проверить. Хорошая практика — держать unsafe небольшим, документированным и обёрнутым в безопасный API, чтобы было проще проверять и тестировать.