표준 라이브러리 없는 Rust: no_std 개발 심층 분석

소개

생동감 넘치는 Rust 프로그래밍 세계에서 우리는 데이터 구조에서 네트워킹 기능에 이르기까지 모든 것을 제공하는 풍부한 생태계와 강력한 std 라이브러리를 당연하게 여깁니다. 이는 수많은 애플리케이션의 개발을 가속화하는 편안하고 높은 수준의 환경입니다. 하지만 모든 컴퓨팅 환경이 이러한 호사를 제공하는 것은 아닙니다. 극히 제한된 메모리, 운영 체제 없음, 또는 엄격한 실시간 제약 조건이 있는 시스템을 상상해 보세요. 임베디드 장치, 마이크로컨트롤러, 또는 운영 체제 커널의 가장 핵심적인 부분을 생각할 수 있습니다. 이러한 시나리오에서 std 라이브러리는 OS 서비스 및 동적 메모리 할당에 대한 의존성으로 인해 도움이 되기보다는 방해가 됩니다. 이것이 바로 Rust의 no_std 프로그래MING이 빛나는 지점입니다. 이는 개발자가 매우 효율적이고 베어메탈 코드를 작성할 수 있도록 지원하며, Rust의 안전성과 성능 보증을 진정으로 제약된 환경으로 확장합니다. 이 글에서는 no_std의 흥미로운 영역을 깊이 탐구하며, 기본 사항을 설명하고, 적용 사례를 시연하며, 이것이 점점 더 많은 개발자에게 필수적인 도구인 이유를 보여줄 것입니다.

no_std의 필수 기본 사항

no_std 여정을 시작하기 전에 이 프로그래밍 패러다임의 기반이 되는 핵심 개념에 대한 명확한 이해를 확립해 봅시다.

핵심 용어

• no_std: 크레이트 수준 (#![no_std])에서 적용되는 이 속성은 Rust 컴파일러에게 표준 라이브러리와 링크하지 않도록 지시합니다. 대신 core 라이브러리와 링크하는데, 이는 Option, Result, 기본 정수 및 부동 소수점 유형, 이터레이터 및 슬라이스와 같은 기본적인 언어 기본을 제공하지만, OS 종속 기능이나 동적 메모리 할당은 포함하지 않습니다.
• std 라이브러리: 파일 I/O, 네트워킹, 스레딩, 컬렉션(Vec, HashMap 등) 및 동적 메모리 관리와 같은 일반적인 프로그래밍 작업을 위한 풍부한 API 세트를 제공하는 Rust의 표준 라이브러리입니다.
• core 라이브러리: 모든 Rust 프로그램, 심지어 no_std 프로그램에서도 필요한 Rust의 기반 라이브러리입니다. 여기에는 기본 유형, 기본 트레잇 및 기본 오류 처리를 포함하여 Rust가 작동하는 데 필요한 최소한의 요소가 포함됩니다.
• alloc 크레이트: std 라이브러리에 의존하지 않으면서 Vec 및 HashMap과 같은 공통 컬렉션 유형을 제공하는 선택적 크레이트입니다. 하지만 전역 할당자에 대한 의존성이 있습니다. 이는 할당자를 제공하는 한 no_std 환경에서 이러한 동적 데이터 구조를 사용할 수 있음을 의미합니다.
• 할당자: 동적 메모리 관리를 담당하는 메커니즘입니다. std 환경에서는 기본 시스템 할당자가 암묵적으로 사용됩니다. alloc을 사용하는 no_std에서는 전역 할당자를 명시적으로 제공하고 등록해야 합니다.
• 패닉 핸들러: Rust 프로그램이 복구 불가능한 오류(예: 배열 액세스의 범위를 벗어남)에 직면하면