微软采用 Rust 语言：安全性、性能与未来战略解析

简介

微软正在对 Rust 编程语言进行战略性转向，将其全面融入整个技术生态系统。这一广泛采用代表了微软在软件开发方式上的根本转变，将安全性和性能置于首位。公司的承诺从 Windows 内核组件延伸到 Azure 云服务和 Office 应用程序，标志着 Rust 在企业软件开发中的日益重要。这一转型解决了关键的内存安全漏洞，同时在微软产品组合中带来了可衡量的性能改进。

微软的战略性 Rust 采用

微软对 Rust 的拥抱不仅仅是将其添加到工具包中——它象征着对软件安全性和可靠性的根本性重新思考。公司已在多个产品线中实施 Rust，从操作系统组件到云基础设施，展示了其在多样化计算环境中的多功能性和有效性。这一广泛采用是经过多年内部评估的结果，并与更广泛的行业趋势——向内存安全编程语言发展——保持一致。

Rust 通过其所有权系统在内存管理方面的独特方法，提供了编译时保证，防止了困扰 C 和 C++ 代码库数十年的常见漏洞。微软的投资不仅包括在新项目中采用 Rust，还开发了创新工具以促进从现有代码库的迁移。这一全面战略反映了公司对提高软件安全性同时保持性能标准的长期承诺。

内存安全：主要动机

微软采用 Rust 的驱动力源于解决内存安全漏洞，据微软 Azure 首席技术官 Mark Russinovich 称，这些漏洞约占所有常见漏洞和暴露（CVE）的 70%。这些漏洞——包括缓冲区溢出、释放后使用错误和空指针解引用——在整个计算历史中导致了众多安全漏洞和系统故障。

Rust 的创新所有权模型在编译时消除了这些问题，而不是依赖运行时检查或开发人员纪律。每块数据在任何给定时间都有一个单一所有者，当该所有者超出范围时，内存会自动回收。借用检查器强制执行严格的数据访问规则，防止数据竞争并确保内存安全，无需垃圾回收开销。这种方法对于AI 自动化平台和其他性能关键系统特别有价值。

政府建议与行业对齐

微软的 Rust 策略与包括国家安全局（NSA）在内的政府机构的指导一致，NSA 已明确推荐使用内存安全语言进行低级编程任务。这些建议强调了像 C 和 C++ 这样的语言的固有风险，这些语言缺乏内置内存安全功能，并将正确内存管理的负担完全放在开发人员身上。

通过采用 Rust，微软不仅增强了自身的安全态势，还为安全编码实践设定了行业标准。这种与政府指导的对齐为受监管行业的企业客户提供了额外保证，特别是那些使用AI API 和 SDK进行关键业务操作的企业。这种主动方法展示了微软对安全的承诺，超越了单纯的合规要求。

Azure 的强制性 Rust 政策

在 Mark Russinovich 于 2022 年公开支持 Rust 的两年前，Azure 已经实施了一项政策，要求新项目在需要非垃圾回收语言时使用 Rust。这项政策显著偏离了微软传统的语言选择方法，并反映了解决云基础设施中内存安全问题的紧迫性。

Azure 政策特别要求新组件用 Rust 而非 C 或 C++ 编写，确保内存安全成为 Azure 演进架构的基本特征。这种强制性方法加速了 Rust 在微软云部门的采用，并影响了其他产品组的类似政策。该政策特别影响了与AI 代理和助手合作的开发团队，在这些领域可靠性至关重要。

实际 Rust 实施

微软已在多个关键产品领域部署了 Rust，展示了其在生产环境中的实际益处。在 Windows 中，Rust 已集成到固件开发和内核组件中，在重写 DirectWrite Core 方面取得了显著成功——实现了 5-15% 的性能改进，同时增强了内存安全。Windows 内核团队已将 Rust 整合到 Win32k 中的 GDI 区域，标志着操作系统开发的一个重要里程碑。

微软 Office 团队已用 Rust 重写了基础语义索引和搜索算法，用更高效和安全的替代方案替换了之前的 C++ 实现。这一转型简化了信息检索，同时提高了 Office 应用程序的内存效率。在 Azure 中，Rust 为关键基础设施提供动力，包括 Caliptra（一个开源硬件信任根）、集成硬件安全模块和 Hyper-V 虚拟机监控程序组件。这些实施受益于集成开发环境和IDE，这些工具日益支持 Rust 开发工作流。

AI 驱动的代码迁移

微软研究院开发了创新 AI 工具，以加速从现有代码库到 Rust 的过渡。这些包括 C 到安全 Rust 的转译器，已成功转换了如 chacha20 的加密算法，以及 Python 到 Rust 的翻译器，利用人工智能自动化代码转换。这些工具显著减少了迁移所需的手动工作，同时保持代码质量和安全保证。

在技术演示中，微软展示了 AI 代理如何以最少的人工干预将完整的 Python 应用程序移植到 Rust，生成功能正常、无错误的代码。这种方法对于遗留系统特别有价值，在这些系统中手动重写成本过高。自动化能力与现代CI/CD 工具和开发工作流对齐，使组织能够逐步过渡，同时保持生产力。

开发者体验与反馈

微软内部开发者的反馈 overwhelmingly 积极，工程师们赞扬 Rust 的健壮生态系统、通过 Cargo 简化的依赖管理以及性能特征。开发者报告称，由于 Rust 的编译时保证和测试文化，他们对代码的信心增加了。该语言对显式内存管理的强调使开发者更加意识到资源使用模式，从而总体上产生了更高效的软件。

然而，开发者指出了挑战，包括 C++ 互操作性要求、与 Rust 所有权系统相关的初始学习曲线，以及工具成熟度与成熟语言相比的偶尔差距。一些团队遇到了动态链接和某些语言功能稳定时间线的限制。这些挑战正在通过改进的调试器和专门为 Rust 工作流设计的开发工具来解决。

关键基于 Rust 的技术

微软已完全用 Rust 开发了几项重要技术，展示了该语言在不同领域的 capabilities。Drasi 提供了一个响应式数据处理平台，监控数据库更改并自动触发响应。HyperLight 提供了一个轻量级虚拟机监控器，设计用于嵌入应用程序中，以最小开销安全执行不受信任的代码。OpenVMM 代表了一个模块化、跨平台的虚拟机监控器，主要用 Rust 编写，带有一些汇编和 Shell 组件。

这些技术展示了 Rust 在系统编程中的多功能性，从低级虚拟化到高级数据处理。这些项目的开发为微软更广泛的 Rust 策略提供了信息，并为该语言在企业环境中的实际应用提供了宝贵见解。这些项目的成功影响了工具开发，包括针对 Rust 优化的代码格式化器和分析工具。

学习资源与培训

对于希望获得 Rust 技能的开发者，微软支持各种学习途径，包括通过外部合作伙伴提供的全面 4 天训练营。该培训涵盖 Rust 的基本概念、内存管理原则、并发模式以及使用真实场景的实用编码练习。课程强调动手学习，以快速建立熟练度，同时建立扎实的基础知识。

训练营解决了 Rust 的独特特性，包括所有权、借用、生命周期和安全并发原语。参与者学习在编写高效、可靠代码的同时防止常见的内存相关错误。这些教育举措补充了微软的内部培训计划，并帮助建立公司持续 Rust 采用所需的熟练劳动力。培训材料与开发者日常使用的版本控制 GUI工具良好集成。

优缺点

优点

• 增强的内存安全性防止了 70% 的常见漏洞
• 性能在生产系统中通常匹配或超过 C++
• 编译时保证减少了调试和维护时间
• 现代工具和包管理简化了开发
• 安全并发实现了高效的并行处理
• 强类型系统在编译期间捕获错误
• 不断增长的生态系统，具有广泛的库支持

缺点

• 对于不熟悉所有权概念的开发者来说，学习曲线陡峭
• C++ 互操作性需要仔细的接口设计
• 与成熟语言相比，工具成熟度仍在发展
• 大型项目的长编译时间可能影响生产力
• 当前实现中动态链接支持有限

结论

微软对 Rust 的全面采用代表了对内存安全性和软件可靠性的战略性承诺，这延伸到了其整个产品生态系统。从 Windows 内核组件到 Azure 云服务和 Office 应用程序，Rust 在减少漏洞同时保持性能方面展示了其价值。公司在 AI 驱动的迁移工具和开发者教育方面的投资强调了这一转型的长期性。尽管在 C++ 互操作性和工具成熟度等领域仍存在挑战，但安全性和性能方面的压倒性益处证明了微软的重大投资是合理的。随着 Rust 的不断发展和成熟，其在微软技术栈中的作用可能会扩大，影响更广泛的行业趋势，向内存安全的系统编程发展，并为安全软件开发设定新标准。