Rust系统编程

目 录

第1篇 Rust系统编程入门

第1章 Rust工具链和项目结构 3

1.1 技术要求 3

1.2 为项目选择正确的Rust配置 4

1.2.1 选择Rust发布通道 4

1.2.2 选择Rust项目类型 6

1.3 Cargo和项目结构简介 7

1.4 使用Cargo自动化构建管理 9

1.4.1 构建一个基本的二进制项Crate 9

1.4.2 配置Cargo 11

1.4.3 构建静态库Crate 13

1.5 自动化依赖项管理 14

1.5.1 指定依赖项的位置 15

1.5.2 在源代码中使用依赖包 16

1.6 编写和运行自动化测试 16

1.6.1 用Rust编写单元测试 17

1.6.2 用Rust编写集成测试 18

1.6.3 控制测试执行 19

1.6.4 按顺序或并行运行测试 21

1.7 生成项目文档 21

1.7.1 在Crate中编写内联文档注释 22

1.7.2 在Markdown文件中编写文档 23

1.7.3 运行文档测试 24

1.8 小结 24

1.9 延伸阅读 25

第2章 Rust编程语言之旅 27

2.1 技术要求 28

2.2 分析问题域 28

2.3 系统行为建模 29

2.4 构建标记化器 32

2.4.1 Tokenizer数据结构 32

2.4.2 Tokenizer数据处理 36

2.5 构建解析器 40

2.5.1 Parser数据结构 41

2.5.2 Parser方法 43

2.5.3 运算符优先级 47

2.6 构建求值器 50

2.7 处理错误 51

2.8 综合演练 55

2.9 小结 57

第3章 Rust标准库介绍 59

3.1 技术要求 59

3.2 Rust标准库和系统编程 59

3.3 探索Rust标准库 62

3.4 面向计算的模块 67

3.4.1 数据类型 67

3.4.2 数据处理 69

3.4.3 错误处理 69

3.4.4 外部函数接口 70

3.4.5 编译器 70

3.5 面向系统调用的模块 70

3.5.1 内存管理 70

3.5.2 并发 72

3.5.3 文件系统 73

3.5.4 输入/输出 73

3.5.5 网络连接 73

3.5.6 与特定操作系统相关的模块 73

3.5.7 时间 73

3.5.8 异步 73

3.6 构建模板引擎 74

3.7 模板语法和设计 76

3.7.1 模板文件的常见元素列表 76

3.7.2 模板引擎的概念模型 77

3.7.3 模板引擎的工作原理 79

3.7.4 模板引擎生成HTML的步骤 80

3.7.5 新建库项目 81

3.7.6 模板引擎的代码结构 81

3.7.7 数据结构 82

3.7.8 关键函数 83

3.7.9 测试用例 84

3.8 编写模板引擎 86

3.8.1 解析器的设计 86

3.8.2 编写解析器 87

3.8.3 支持函数 88

3.8.4 main()函数 91

3.8.5 执行模板引擎 95

3.9 小结 96

3.10 延伸阅读 97

第4章 管理环境、命令行和时间 99

4.1 技术要求 100

4.2 项目范围和设计概述 100

4.2.1 要构建的内容 100

4.2.2 技术设计 103

4.3 使用Rust标准库 106

4.3.1 路径操作和目录迭代 106

4.3.2 时间测量 108

4.3.3 使用环境变量 108

4.3.4 使用命令行参数 110

4.3.5 imagix库设计方法总结 111

4.4 编写imagix库代码 111

4.4.1 imagix库的模块结构 112

4.4.2 添加依赖项 114

4.4.3 遍历目录条目 114

4.4.4 调整图像大小 115

4.4.5 图像文件信息统计 117

4.4.6 错误处理 118

4.5 开发命令行应用程序 119

4.5.1 设计命令行界面 120

4.5.2 使用structopt对命令行二进制文件进行编码 122

4.6 小结 125

第2篇 在Rust中管理和控制系统资源

第5章 Rust中的内存管理 129

5.1 技术要求 130

5.2 操作系统内存管理的基础知识 130

5.2.1 内存管理生命周期 130

5.2.2 进程的内存布局 134

5.3 Rust程序的内存布局 136

5.3.1 理解Rust程序的内存布局 136

5.3.2 栈、堆和静态内存的特性 139

5.4 Rust内存管理生命周期 141

5.4.1 Rust内存管理生命周期概述 142

5.4.2 内存分配 144

5.4.3 内存使用和操作 146

5.4.4 Rust的所有权规则 147

5.4.5 Rust借用和引用规则 148

5.4.6 内存释放 148

5.4.7 内存安全 149

5.5 实现动态数据结构 150

5.5.1 模板引擎设计的变化 152

5.5.2 编写动态数据结构的代码 154

5.6 小结 159

5.7 延伸阅读 159

第6章 在Rust中使用文件和目录 161

6.1 技术要求 161

6.2 理解用于文件操作的Linux系统调用 161

6.3 在Rust中执行文件I/O操作 164

6.3.1 创建 166

6.3.2 打开 166

6.3.3 复制 167

6.3.4 重命名 167

6.3.5 读取 167

6.3.6 写入 168

6.3.7 查询 168

6.3.8 元数据 169

6.3.9 关闭 170

6.4 了解目录和路径操作 170

6.4.1 读取目录条目的详细信息 172

6.4.2 以编程方式创建目录结构 173

6.4.3 动态构造路径字符串 173

6.5 设置硬链接、符号链接和执行查询 174

6.5.1 创建硬链接 175

6.5.2 创建和查询符号链接 175

6.6 在Rust中编写shell命令 176

6.6.1 代码概述 176

6.6.2 错误处理 178

6.6.3 源指标计算 180

6.6.4 main()函数 184

6.7 小结 186

第7章 在Rust中实现终端I/O 187

7.1 技术要求 187

7.2 终端I/O基础知识 188

7.2.1 终端的特性 188

7.2.2 Termion Crate 189

7.2.3 定义项目构建内容 190

7.3 处理终端用户界面和光标 192

7.3.1 编写数据结构和main()函数 192

7.3.2 初始化文本查看器并获取终端大小 195

7.3.3 显示文档并设置终端颜色、样式和光标位置 196

7.3.4 退出文本查看器 197

7.4 处理键盘输入和滚动 198

7.4.1 侦听用户的按键 199

7.4.2 定位终端光标 200

7.4.3 在终端上启用滚动功能 202

7.5 处理鼠标输入 203

7.6 小结 205

第8章 处理进程和信号 207

8.1 技术要求 207

8.2 理解Linux进程概念和系统调用 208

8.2.1 程序和进程之间的区别 208

8.2.2 程序内存布局和进程管理 209

8.3 深入了解Linux进程基础知识 211

8.3.1 进程管理关键任务分解 211

8.3.2 创建新进程 212

8.3.3 检查子进程的状态 213

8.3.4 使用进程间通信 213

8.3.5 设置环境变量 213

8.3.6 终止进程 214

8.3.7 处理信号 214

8.4 使用Rust生成进程 214

8.4.1 生成新的子进程 214

8.4.2 终止进程 216

8.4.3 检查子进程的执行状态 217

8.5 处理I/O和环境变量 218

8.5.1 处理子进程的I/O 218

8.5.2 为子进程设置环境变量 220

8.6 处理恐慌、错误和信号 221

8.6.1 中止当前进程 221

8.6.2 信号处理 223

8.7 用Rust编写shell程序 225

8.7.1 新建项目 225

8.7.2 迭代1—生成执行命令的子进程 225

8.7.3 迭代2—添加对命令参数的支持 227

8.7.4 迭代3—支持自然语言命令 228

8.7.5 测试和错误处理 229

8.7.6 练习和改进 230

8.8 小结 231

第9章 管理并发 233

9.1 技术要求 233

9.2 并发的基础知识 234

9.2.1 并发与并行 234

9.2.2 多线程的概念 237

9.3 生成和配置线程 239

9.3.1 使用thread::spawn()函数 240

9.3.2 使用thread::Builder结构 241

9.4 线程中的错误处理 242

9.5 线程间消息传递 245

9.6 通过共享状态实现并发 247

9.6.1 互斥锁和原子引用计数 248

9.6.2 定义程序结构 249

9.6.3 汇总共享状态下的源文件统计信息 250

9.7 使用计时器暂停线程执行 254

9.8 小结 255

第3篇 高 级 主 题

第10章 处理设备I/O 259

10.1 技术要求 259

10.2 了解Linux中设备I/O的基础知识 260

10.2.1 设备驱动程序 260

10.2.2 设备类型 262

10.3 执行缓冲读取和写入操作 263

10.4 使用标准输入和输出 266

10.5 I/O上的链接和迭代器 268

10.6 处理错误和返回值 270

10.7 获取已连接USB设备的详细信息 272

10.7.1 设计项目 272

10.7.2 编写数据结构和工具函数 274

10.7.3 编写main()函数 276

10.8 小结 278

第11章 学习网络编程 279

11.1 技术要求 279

11.2 Linux中的网络连接基础知识 280

11.3 理解Rust标准库中的网络原语 283

11.3.1 Rust网络标准库中的基础数据结构 283

11.3.2 IP地址应用示例 284

11.3.3 套接字示例 286

11.4 在Rust中使用TCP和UDP进行编程 286

11.4.1 编写UDP服务器和客户端 286

11.4.2 编写TCP服务器和客户端 289

11.5 编写一个TCP反向代理 290

11.5.1 代理服务器类型 291

11.5.2 新建项目 292

11.5.3 编写源服务器—结构体和方法 293

11.5.4 编写源服务器—main()函数 295

11.5.5 测试源服务器 298

11.5.6 编写反向代理服务器 299

11.5.7 测试反向代理服务器 302

11.6 小结 303

第12章 编写不安全Rust和FFI 305

12.1 技术要求 305

12.2 不安全Rust简介 306

12.2.1 区分安全Rust和不安全Rust代码 307

12.2.2 在不安全Rust中的操作 308

12.3 FFI简介 310

12.3.1 通过FFI接口调用外部函数 310

12.3.2 跨FFI边界共享联合体 311

12.4 安全FFI指南 313

12.5 从C中调用Rust 314

12.5.1 项目操作步骤概述 314

12.5.2 具体操作过程 314

12.6 理解ABI 316

12.6.1 关于ABI 317

12.6.2 条件编译选项 317

12.6.3 数据布局约定 318

12.6.4 链接选项 319

12.7 小结 319