Mēs savienojām viena vītnes C++ ar daudzpavedienu rūsu

Viena pavediena C++ koda savienošana ar vairākpavedienu Rust ir ne tikai iespējama — tas ir viens no praktiskākajiem veidiem, kā modernizēt mantotās sistēmas bez pilnīgas pārrakstīšanas. Uzņēmumā Mewayz mēs risinājām tieši šo izaicinājumu, mērogojot savu 207 moduļu biznesa operētājsistēmu, lai tā apkalpotu 138 000 lietotāju, un rezultāti būtiski mainīja mūsu uzskatus par sistēmu savietojamību.

Kāpēc viena pavediena C++ saskarne ar daudzpavedienu rūsu?

Lielākajai daļai ražošanas sistēmu ir gadiem ilgi pārbaudīts C++ kods. Visu pārrakstīšana Rust izklausās pievilcīgi uz papīra, taču tas rada milzīgu risku un vairākus mēnešus ilgu inženierijas laiku. Pragmatiskā pieeja ir pakāpeniska pārņemšana — esošās C++ loģikas iesaiņošana, vienlaikus pārkraujot vienlaicīgu darba slodzi uz Rust īpašumtiesību modeli.

Mūsu gadījumā pamatdarbības loģikas moduļi jau gadiem ilgi darbojās viena pavediena C++ valodā. Viņi veica secīgu uzdevumu apstrādi, dokumentu ģenerēšanu un finanšu aprēķinus. Taču, tā kā mūsu lietotāju bāze pieauga par 100 000, mums bija nepieciešama paralēla datu apstrāde, vienlaicīga API apstrāde un droša koplietojamā stāvokļa pārvaldība. Rust funkcijas Sūtīt un Sync sniedza mums kompilēšanas laika vienlaicības garantijas, ko C++ vienkārši nevarētu piedāvāt bez plašas manuālas pārbaudes.

Galvenā motivācija ir riska samazināšana. Jūs paturat to, kas darbojas, un pievienojat mērogus — nespēlējot visu kodu bāzi, veicot migrāciju, kas, iespējams, nekad netiks pabeigta.

Kā FFI robeža patiesībā darbojas?

Svešfunkciju interfeiss (FFI) starp C++ un Rust darbojas, izmantojot ar C saderīgu funkciju parakstus. Rust ārējie "C" bloki atklāj funkcijas, kuras C++ var izsaukt tieši un otrādi. Kritiskā problēma rodas, kad Rust daudzpavedienu izpildlaikam ir nepieciešams droši izsaukt viena pavediena C++ kodu.

Mēs to atrisinājām, izmantojot īpašu arhitektūru:

• Pavedienu ierobežots C++ izpildītājs: visi C++ izsaukumi tiek novirzīti caur vienu īpašu pavedienu, izmantojot ziņojumu pārsūtīšanas kanālu, nodrošinot, ka viena pavediena invariants nekad netiek pārkāpts.
• Rūsas asinhronā tilta slānis: Tokio uzdevumi iesniedz darbu C++ izpildītājam un gaida rezultātus, izmantojot Oneshot kanālus, saglabājot Rust pusi pilnībā asinhronu.
• Necaurredzama rādītāju pārvaldība: C++ objekti tiek ietīti Rust struktūrās, kas ievieš Drop deterministiskai tīrīšanai, novēršot atmiņas noplūdes pāri valodas robežām.
• Serializācija pie robežas: sarežģītas datu struktūras tiek serializētas uz FlatBuffers FFI slānī, izvairoties no trauslas struktūras izkārtojuma saskaņošanas un ļaujot katrai pusei veikt neatkarīgu attīstību.
• Panikas izolācija: Rust's catch_unwind aptver katru FFI ieejas punktu tā, lai panika nekad nepārkāptu valodas robežas, kas būtu nenoteikta rīcība.

Šis modelis nodrošināja mums daudzpavedienu Rust caurlaidspēju ar pārbaudītas C++ loģikas uzticamību — nepārrakstot nevienu sākotnējo uzņēmējdarbības noteikumu rindiņu.

Kādas ir lielākās nepilnības, no kurām jāizvairās?

Visbīstamākā kļūda ir pieņemt, ka C++ kods ir pavedienam drošs, ja tas tā nav. Globālais stāvoklis, statiskie mainīgie un neatkārtojami bibliotēkas izsaukumi izraisīs datu sacīkstes, kuras Rust kompilators nevar noteikt pāri FFI robežai. Rust drošības garantijas apstājas pie nedrošā bloka — viss, kas atrodas iekšā, ir jūsu atbildība.

Galvenais ieskats: Rust garantē atmiņas drošību savā kodā, taču brīdī, kad šķērsojat C++ FFI robežu, jūs pārmantojat visas C++ pavedienu drošības problēmas. Arhitektūra ap šo robežu ir svarīgāka nekā kods abās tās pusēs.

💡 DID YOU KNOW?

Mewayz replaces 8+ business tools in one platform

CRM · Invoicing · HR · Projects · Booking · eCommerce · POS · Analytics. Free forever plan available.

Start Free →

Vēl viena izplatīta kļūme ir mūža pārvaldība. C++ objekti nepiedalās Rust aizņemšanās pārbaudītājā. Ja Rust nomet atsauci, kamēr C++ joprojām satur rādītāju, jūs saņemat bezizmantošanas kļūdas, kuras ir nežēlīgi grūti diagnosticēt. Mēs to novērsām, ieviešot stingru īpašumtiesību semantiku: C++ objekti vienmēr pieder tieši vienam Rust iesaiņojumam, un koplietojamā piekļuve notiek, izmantojot loka bāzes atsauces skaitīšanu Rust pusē.

Veiktspējas ziņā pārmērīgi FFI izsaukumi rada papildu izmaksas no konteksta pārslēgšanas un serializācijas. Kad vien iespējams, mēs pakešu operācijas, nosūtot darba vienumu rindu C++ izpildītājam, nevis veicot atsevišķus starpvalodu zvanus.

Kā šī pieeja darbojās ražošanā?

Pēc hibrīdarhitektūras izvietošanas mūsu platformā mēs novērtējām konkrētus uzlabojumus. Pieprasījuma caurlaidspēja palielinājās par 3,4 reizēm moduļiem, kuriem iepriekš bija traucēta secīgā C++ apstrāde. Astes latentums (p99) ir samazinājies par 61%, jo Rust asinhronais izpildlaiks varēja vienlaicīgi apstrādāt neatkarīgus pieprasījumus, kamēr C++ apstrādāja skaitļošanai smagus uzdevumus savā īpašajā pavedienā.

Vēl svarīgāk ir tas, ka pirmajos sešos ražošanas mēnešos mums nebija nekādu ar vienlaicīgumu saistītu kļūdu. Pavedienu ierobežošanas modelis padarīja strukturāli neiespējamu C++ koda izsaukšanu no vairākiem pavedieniem, savukārt Rust tipa sistēma novērsa datu sacīkstes savā robežas pusē. Tas bija būtisks uzlabojums salīdzinājumā ar mūsu iepriekšējo pieeju, mēģinot pievienot pavedienu C++ ar muteksiem, kas vienā ceturksnī radīja trīs sacīkšu apstākļu negadījumus.

Inženieru komanda ziņoja arī par ātrākiem iterācijas cikliem. Rust var izveidot jaunas funkcijas ar pilnu vienlaicīguma atbalstu, savukārt esošie C++ moduļi turpināja darboties bez izmaiņām. Šī pakāpeniskā stratēģija nozīmēja, ka mums nekad nav bijusi augsta riska “lielā sprādziena” migrācija — tikai vienmērīgs, izmērāms uzlabojums.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai Rust var izsaukt viena pavediena C++ bibliotēkas bez izmaiņām?

Jā, taču jums ir jānodrošina, ka visi zvani uz šo bibliotēku notiek no viena pavediena. Standarta modelis ir izveidot īpašu izpildītāja pavedienu, kas serializē visus C++ zvanus caur kanālu. Rust asinhronie uzdevumi iesniedz pieprasījumus un gaida atbildes, nebloķējot vairāku pavedienu izpildlaiku. C++ kods pats par sevi nav jāmaina — drošības ierobežojums ir pilnībā ieviests rūsas pusē.

Vai FFI pieskaitāmās izmaksas ir pietiekami nozīmīgas, lai ietekmētu lietojumprogrammas veiktspēju?

Atsevišķu FFI zvanu izmaksas ir minimālas — parasti tas ir mazāks par 10 nanosekundēm vienkāršai funkciju izsaukšanai. Tomēr sarežģītu datu struktūru serializācija un pavedienu sinhronizācija pie robežas tiek pievienota, ja veicat tūkstošiem smalku zvanu. Pakešu darbības un nulles kopiju serializācijas formātu, piemēram, FlatBuffers vai Cap'n Proto, izmantošana samazina pieskaitāmās izmaksas pat mērogā.

Vai mums vajadzētu pārrakstīt C++ kodu bāzi Rust, nevis izveidot saskarni?

Lielākajai daļai komandu pakāpeniskā saskarne ir drošāks un ātrāks ceļš. Pilnīga pārrakstīšana rada vairākus mēnešus ilgu inženiertehnisko risku bez lietotāja vērtības līdz pabeigšanai. Saskarne ļauj nekavējoties nosūtīt uzlabojumus, apstiprināt Rust pieeju ražošanā un migrēt moduļus pa vienam, pamatojoties uz to, kur vienlaicība nodrošina vislielāko ietekmi. Pārrakstiet tikai tos moduļus, kuros FFI robežas uzturēšanas izmaksas pārsniedz pārrakstīšanas izmaksas.

Uzņēmumā Mewayz mēs veidojam infrastruktūru, kas ir mērogojama gan tehniski, gan funkcionāli. Mūsu 207 moduļu biznesa operētājsistēma palīdz 138 000 komandām vadīt viedākas darbplūsmas, sākot no USD 19 mēnesī. Neatkarīgi no tā, vai jūs pārvaldāt projektus, automatizējat darbības vai mērogojat savu biznesu, Mewayz pielāgojas jūsu darba veidam. Sāciet savu bezmaksas izmēģinājuma versiju vietnē app.mewayz.com un uzziniet, ko mūsdienīga biznesa operētājsistēma var sniegt jūsu komandai.