前    言

现代软件堆栈的规模和复杂性迅速发展。云、网络、数据科学、机器学习（ML）、开发运营一体化（DevOps）、容器、物联网（IoT）、嵌入式系统、分布式账本、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）以及人工智能（AI）等技术领域不断发展和专业化，导致能够构建系统基础设施组件的系统软件开发人员严重短缺。

现代社会、企业和政府越来越依赖数字技术，因此更加重视开发安全、可靠和高效的系统软件和软件基础设施，以构建现代Web和移动应用程序。

数十年来，C和C++等系统编程语言在该领域证明了自己的实力，并提供了高度灵活的控制和性能，但这是以牺牲内存安全为代价的。

Java、C#、Python、Ruby和JavaScript等高级语言提供了内存安全，但对内存布局的控制较少，并且会受垃圾收集暂停的影响。

Rust是一种现代开源系统编程语言，它承诺并做到了3个领域的最佳：Java的类型安全；C++的速度、表现力和效率；无须垃圾收集器的内存安全。

本书采用了独特的三步法来教授Rust系统编程。本书的每一章都首先概述了类UNIX 操作系统（UNIX、Linux、macOS）中该主题的系统编程基础和Kernel系统调用，然后通过丰富的代码片段演示如何使用Rust标准库执行常见的系统调用（有些用例会用到外部Crate），再通过构建实际示例项目来强化这些知识的掌握。

通读完本书，你会对如何使用Rust管理和控制操作系统资源（如内存、文件、进程、线程、系统环境、外围设备、网络接口、终端和外壳程序）有清晰的了解，并掌握如何通过FFI构建跨语言绑定。在此过程中，你会对Rust为构建安全、高性能、可靠和高效的系统级软件带来的价值有深刻的认识。

本书读者

本书面向具有Rust基础知识但系统编程经验较少的程序开发人员，也适用于具有系统编程背景并将Rust视为C或C++替代品的人。

读者应该对C、C++、Java、Python、Ruby、JavaScript或Go语言的编程概念有基本的了解。

内容介绍

本书共分为3篇12章，具体内容如下。

第1篇：Rust系统编程入门，包括第1～4章。

第1章“Rust 工具链和项目结构”，介绍用于构建和管理依赖项、自动化测试和生成项目文档的Rust工具链。

第2章“Rust 编程语言之旅”，通过一个示例项目说明Rust编程语言的关键概念，包括类型系统、数据结构和内存管理基础。

第3章“Rust 标准库介绍”，详细讨论Rust标准库的关键模块，这些模块为Rust中的系统编程提供构建块和预定义功能。

第4章“管理环境、命令行和时间”，讨论如何以编程方式处理命令行参数、设置和操作进程环境，以及使用系统时间。

第2篇：在Rust中管理和控制系统资源，包括第5～9章。

第5章“Rust中的内存管理”，全面介绍Rust提供的内存管理工具，阐释   Linux内存管理的基础知识、C/C++的传统缺点，以及如何使用Rust来克服这些缺点。

第6章“在Rust中使用文件和目录”，介绍Linux文件系统的工作方式，以及如何在Rust中执行文件I/O操作，并提供一个在Rust中编写shell命令的项目示例。

第7章“在Rust中实现终端 I/O”，介绍伪终端应用程序的工作方式，以及如何创建这样一个程序。本章的项目示例是一个处理流的交互式应用程序。

第8章“处理进程和信号”，详细解释什么是进程、如何在Rust中处理进程、如何创建子进程并与子进程通信，以及如何处理信号和错误等。

第9章“管理并发”，阐释并发、并行和多线程的基础知识，以及在Rust中跨线程共享数据的各种机制，包括通道、互斥锁和引用计数器。

第3篇：高级主题，包括第10～12章。

第10章“处理设备I/O”，解释Linux中设备I/O的概念，如缓冲、标准输入和输出，以及设备I/O，并演示如何使用Rust控制I/O操作。

第11章“学习网络编程”，详细阐释Rust标准库中的低级网络原语和协议，并提供构建低级TCP和UDP服务器、客户端及TCP反向代理的项目示例。

第12章“编写不安全Rust和FFI”，描述与不安全Rust相关的主要机制和风险，并演示如何使用FFI将Rust与其他编程语言安全地连接起来。

充分利用本书

使用本书前，必须将Rustup安装在本地开发环境中。其网址如下：

https://github.com/rust-lang/rustup

官方安装说明网址如下：

https://www.rust-lang.org/tools/install

安装完成后，可使用以下命令检查rustc和cargo是否安装正确：

rustc --version

cargo –version

操作系统可使用Linux、macOS或Windows。

虽然Rust标准库在很大程度上是独立于平台的，但本书的总体风格是面向基于Linux/ UNIX系统的。因此，如果使用Windows系统，则在某些章节（或章节中的某些部分）中，建议使用本地Linux虚拟机，如Virtual box（也可以使用云虚拟机），这是因为部分示例代码和项目中使用的命令、外部Crate或共享库等可能是特定于Linux/UNIX系统的。

  注意：使用Windows系统进行开发的注意事项

有些章节需要运行类UNIX操作系统（UNIX/Linux/macOS）的虚拟机或Docker镜像。

本书每章有两种类型的代码，它们放置在本书配套的GitHub存储库中：

与示例项目相对应的代码（对应章节中的命名源文件）。

独立的代码片段，放置在每章的miscellaneous文件夹中。

建议开发人员通过本书配套的GitHub存储库（下文将提供链接）访问代码。这样做有助于避免与复制和粘贴代码相关的任何潜在错误。

在使用cargo run命令构建和运行Rust程序时，如果运行该命令的用户ID没有足够的权限来执行系统级操作（如读取或写入文件），则可能会收到“权限被拒绝”之类的消息。在这种情况下，解决方法之一是使用以下命令运行程序：

sudo env "PATH=$PATH" cargo run

下载示例代码文件

读者可以访问www.packtpub.com并通过个人账户下载本书的示例代码文件。具体步骤如下：

（1）注册并登录www.packtpub.com。

（2）在页面顶部的搜索框中输入图书名称Practical System Programming for Rust Developers（不区分大小写，也不必输入完整），即可看到本书出现在列表中，单击超链接，如图P-1所示。

图P-1  搜索图书

（3）在本书详情页面中，找到并单击Download code from GitHub（从GitHub中下载代码文件）按钮，如图P-2所示。

提示：如果看不到该下载按钮，可能是没有登录packtpub账号。该站点可免费注册账号。

（4）在本书GitHub源代码下载页面中，单击Code（代码）下拉按钮，在弹出的下拉菜单中选择Download ZIP（下载压缩包），如图P-3所示。

图P-2  单击下载代码的按钮

图P-3  下载GitHub存储库中的代码压缩包

下载文件后，请确保使用最新版本软件解压或析取文件夹：

WinRAR/7-Zip（Windows系统）。

Zipeg/iZip/UnRarX（macOS系统）。

7-Zip/PeaZip（Linux系统）。

你也可以直接访问本书在GitHub上的存储库，其网址如下：

https://github.com/PacktPublishing/Practical-System-Programming-for-Rust-Developers

如果代码有更新，则也会在现有GitHub存储库上更新。

  提示：

本书中的代码片段是为学习而设计的，因此可能并不满足生产环境中的要求。也就是说，虽然代码示例是实用的并且使用了地道的Rust语言，但它们并不以具有强大错误处理机制的全功能为目标，无法涵盖所有极端情况。这是有意为之，以免妨碍你的学习过程。

下载彩色图像

本书提供了一个PDF文件，其中包含本书中使用的屏幕截图和图表的彩色图像，可以通过以下地址下载：

http://www.packtpub.com/sites/default/files/downloads/9781800560963_ColorImages.pdf

本书约定

本书中使用了许多文本约定。

（1）有关代码块的设置如下所示：

fn main() {

println!("Hello, time now is {:}", chrono::Utc::now());

}

（2）当我们希望让你注意代码块的特定部分时，相关行或项目采用粗体表示，示例如下：

fn main() {

println!("Hello, time now is {:}", chrono::Utc::now());

}

（3）任何命令行输入或输出都采用如下所示的粗体代码形式：

cargo new Chapter2 && cd Chapter2

（4）术语或重要单词采用中英文对照形式给出，在括号内保留其英文原文，示例如下：

分词器或标记化器（tokenizer）是本项目系统设计中的一个模块，它从算术表达式中读取一个或多个字符并将其转换为一个标记（token）。换句话说，输入是一组字符，而输出则是一组标记。

（5）本书使用了以下两个图标：

 表示警告或重要的注意事项。

 表示提示或小技巧。