Sans-IO: Rust'ın ağ hizmetleri için etkili sırrı

• Firezone, Rust kullanarak Android telefonlar, macOS bilgisayarlar veya Linux sunucularında ölçeklenebilir ve güvenli uzaktan erişim geliştiriyor
• Ağ bağlantılarını ve WireGuard tünellerini yönetmek için connlib adlı bir bağlantı kütüphanesi kullanıyor
• Birçok yinelemenin ardından, hızlı ve kapsamlı testler, derin özelleştirme ve yüksek güvenilirlik sunan sans-IO adlı tasarıma ulaştı

connlib, Rust ile yazılmıştır ve sans-IO tasarımını izler

• Rust'ın hızı ve bellek güvenliği sayesinde ağ hizmetleri geliştirmek için uygundur
• tokio runtime'ı, tungstenite WebSockets, boringtun WireGuard implementasyonu, rustls ile API trafiği şifreleme gibi bileşenler kullanılır
• sans-IO tasarımı, çeşitli yerlerde soketler üzerinden bayt gönderip almak yerine protokolü saf bir durum makinesi olarak uygular

Rust'ın asenkron modeli ve "function coloring" tartışması

• Asenkron fonksiyonlar yalnızca diğer asenkron fonksiyonlardan çağrılabilir
• Asenkron bir fonksiyonun derinliklerindeki bir fonksiyon, onu çağıran tüm fonksiyonların da asenkron hale gelmesini gerektirir
• Bu durum, bağımlılıkların asenkron olup olmamasından bağımsız kod yazmak isteyenler için sorun yaratabilir

sans-IO'ya giriş

• sans-IO'nun temel fikri, OOP dünyasındaki dependency inversion principle'a benzer
• Politika (ne yapılacağı), implementasyon ayrıntılarına (nasıl yapılacağı) bağımlı olmamalıdır
• Veriyi Transmit yapısını kullanarak göndermek yerine, Transmit üretir

Dependency inversion uygulaması

• Veriyi Transmit yapısını kullanarak göndermek yerine, Transmit üretir
• Event loop yan etkileri uygular ve gerçekten UdpSocket::send çağrısını yapar

Durum makinesi

• STUN binding request durum makinesi diyagramı iki duruma sahiptir: Sent ve Received
• Durum makinesini uygulamak için StunBinding yapısı ve ilgili fonksiyonlar tanımlanır

Event loop

• Event loop, durum makinesini çalıştırır ve veriyi işlemek için poll_transmit ile handle_input kullanır

Zaman soyutlaması

• Zaman tabanlı gereksinimleri işlemek için poll_timeout ve handle_timeout API'leri kullanılır

sans-IO'nun öncülü

• sans-IO tasarımı, bağımlılıkların asenkron olup olmamasına dair kararı uygulamaya bırakır
• sans-IO tasarımı kolay bileşir, esnek API'ler sunar, test etmeyi kolaylaştırır ve Rust'ın özellikleriyle iyi uyum sağlar

Kolay bileşim

• StunBinding API'si çoğu ağ protokolüne uygulanabilir
• Firezone'un snownet kütüphanesi, ICE ile WireGuard'ı birleştirerek ağ yapılandırmasından bağımsız çalışan "sihirli" bir IP tüneli sunar

Esnek API

• Event loop'u doğrudan yazmak, kodu ayarlamayı mümkün kılar ve bakımı kolaylaştırır

Hızlı testler

• sans-IO kodu yan etki içermediği için test edilmesi son derece kolaydır
• Firezone, bir referans durum makinesi uygulayıp bunu connlib'in gerçek durumu ile karşılaştıran testler yürütür

Edge case'ler ve IO hataları

• sans-IO tasarımı, protokol implementasyonunu gerçek IO yan etkilerinden ayırarak edge case'leri ve hata işlemeyi kolaylaştırır

Rust + sans-IO: Mükemmel eşleşme mi?

• Rust, sahiplik ve değiştirilebilirliği açıkça modellediği için sans-IO tasarımıyla iyi uyum sağlar
• sans-IO tasarımı, durum değişikliklerini ifade etmek için &mut'u serbestçe kullanır ve async Rust'tan farklı olarak yalnızca senkron API'ler kullanır

Dezavantajlar

• Event loop'u doğrudan yazmak ince hatalara yol açabilir
• Sıralı iş akışları daha fazla kod gerektirebilir
• Rust topluluğunda sans-IO tasarımı hâlâ yaygın olarak kullanılmıyor

Sonuç

• sans-IO kodu ilk başta alışılmadık gelebilir, ancak alışınca oldukça keyiflidir
• Rust, durum makinelerini modellemek için mükemmel araçlar sunar
• sans-IO tasarımı, hata işlemeyi girdi işlemenin bir parçası olmaya zorlayarak ağ kodu yazmanın doğru yolu gibi hissettirir

GN⁺ görüşü

• sans-IO tasarımı, Rust'ın sahiplik modeliyle iyi uyuştuğu için ağ protokolü implementasyonları için çok uygundur
• Event loop'u doğrudan yazmak, kodun esnekliğini artırır ve bakımını kolaylaştırır
• Testlerin kolay olması, güvenilir kod yazmada büyük avantaj sağlar
• Ancak Rust topluluğunda yaygın olmadığı için ilgili kütüphaneler yetersiz olabilir
• Yeni bir teknoloji benimsenirken öğrenme eğrisi ve topluluk desteği de dikkate alınmalıdır

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Rust'a async/await sözdizimi gelmeden önce durum makineleri elle uygulanıyordu

  • Rust'ın async/await sözdizimi sayesinde üretkenlik büyük ölçüde arttı
  • Rust'ın async yapısı otomatik bir durum makinesine dönüştürülür ve I/O noktalarında değerleri saklar

• VT100 kütüphanesi yazarken Rust'ın kapsülleme deseni sorununu fark etmiş

  • Kapsüllemeye aşırı takılmak sorun çıkarıyor
  • Bilgisayarların girdi alan, veriyi dönüştüren ve çıktı üreten makineler olduğunu hatırlatıyor

• Veriyi aktarmak için channel kullanılan tasarımla karşılaştırma

  • Kod daha karmaşık hale geliyor
  • Mesaj türlerini elle uygulamak gerekiyor
  • Göndericiyi açıkça sağlamak gerekiyor
  • Ağ iletimi başarısız olursa sonuç alınamıyor
  • Ancak bazı kullanışlı yönleri de var

• Haskell ekosisteminde mantık ile yürütmeyi ayırma fikri var

  • tokio::select! çağrısını nasıl kapsüllediklerinden bahsedilmiyor
  • sans-IO tarzında kapsüllenmiş bir fonksiyon uygulamasıyla ilgilenmiş

• Rust'ın async fonksiyonları durum makinelerine derlenir

  • Sans-IO ile async'i birleştirmeye yönelik girişimler olup olmadığını merak ediyor
  • Temel sorun kullanılabilirlik ve Pin yönetimi

• Durum açığa çıkarılırsa async fonksiyonlar "saf" hale gelebilir

  • OpenSSL'i async Rust'a bağlamaya çalışmış

• Firezone etkileyici bir araç

  • Rust-libp2p'de benzer bir desen bulmuş

• Derleyicinin async kodu otomatik olarak sans-IO'ya dönüştürebilmesi güzel olurdu

  • Elle dönüştürme hata üretmeye çok yatkın

• Makale ve yorumları okuyunca, sanki hexagonal ya da ports/adapters mimari tarzını yeniden icat etmişler gibi görünüyor

• Gerçek trafiğin gateway üzerinden mi geçtiğini, yoksa bunun yalnızca bağlantı kurulumunda mı kullanıldığını merak ediyor