Sans-IO: नेटवर्क सेवाओं के लिए प्रभावी Rust का रहस्य

• Firezone, Rust का उपयोग करके Android फ़ोन, MacOS कंप्यूटर और Linux सर्वर पर स्केलेबल और सुरक्षित remote access बनाता है
• यह connlib नाम की connection library से network connections और WireGuard tunnels को manage करता है
• कई iterations के बाद टीम sans-IO डिज़ाइन तक पहुँची, जो तेज़ और गहन testing, गहरी customization और उच्च reliability देती है

connlib Rust में लिखा गया है और sans-IO डिज़ाइन का पालन करता है

• Rust की speed और memory safety की वजह से यह network services बनाने के लिए उपयुक्त है
• इसमें tokio runtime, tungstenite WebSockets, boringtun WireGuard implementation, और rustls से API traffic encryption का उपयोग होता है
• sans-IO डिज़ाइन, कई जगह sockets के जरिए bytes भेजने और पाने के बजाय, protocol को एक pure state machine के रूप में implement करता है

Rust का asynchronous model और "function coloring" बहस

• async functions को केवल दूसरी async functions के भीतर ही call किया जा सकता है
• अगर कोई function async function की गहराई में है, तो उसे call करने वाली सभी functions भी async बनानी पड़ती हैं
• इससे उन लोगों के लिए समस्या हो सकती है जो ऐसा code लिखना चाहते हैं जो dependencies के async होने या न होने से स्वतंत्र रहे

sans-IO का परिचय

• sans-IO का मुख्य विचार OOP दुनिया के dependency inversion principle जैसा है
• policy (क्या करना है) implementation details (कैसे करना है) पर निर्भर नहीं होनी चाहिए
• डेटा transmit करने के बजाय Transmit struct को emit किया जाता है

dependency inversion का उपयोग

• डेटा transmit करने के बजाय Transmit struct को emit किया जाता है
• event loop side effects को implement करता है और वास्तव में UdpSocket::send को call करता है

state machine

• STUN binding request के state machine diagram में Sent और Received, ये दो states होती हैं
• StunBinding struct और संबंधित functions को define करके state machine implement की जाती है

event loop

• event loop, state machine को चलाता है और poll_transmit तथा handle_input का उपयोग करके डेटा प्रोसेस करता है

time abstraction

• time-based आवश्यकताओं को संभालने के लिए poll_timeout और handle_timeout API का उपयोग किया जाता है

sans-IO के आधारभूत सिद्धांत

• sans-IO डिज़ाइन dependencies के async होने या न होने का निर्णय application पर छोड़ देता है
• sans-IO डिज़ाइन composition को आसान बनाता है, flexible API देता है, testing को सरल करता है, और Rust की क्षमताओं के साथ अच्छी तरह मेल खाता है

आसान composition

• StunBinding का API अधिकांश network protocols पर लागू किया जा सकता है
• Firezone की snownet library, ICE और WireGuard को जोड़कर ऐसा "जादुई" IP tunnel देती है जो network setup की परवाह किए बिना काम करती है

flexible API

• event loop खुद लिखने से code tuning संभव होती है और maintenance आसान हो जाता है

तेज़ testing

• sans-IO code में side effects नहीं होते, इसलिए इसकी testing बहुत आसान होती है
• Firezone में reference state machine implement करके connlib की वास्तविक state से तुलना करने वाले tests किए जाते हैं

edge cases और IO failures

• sans-IO डिज़ाइन protocol implementation को वास्तविक IO side effects से अलग करता है, जिससे edge cases और error handling आसान हो जाती है

Rust + sans-IO: क्या यह परफेक्ट मेल है?

• Rust ownership और mutability को स्पष्ट रूप से model करता है, इसलिए यह sans-IO डिज़ाइन के साथ अच्छी तरह फिट बैठता है
• sans-IO डिज़ाइन state changes को व्यक्त करने के लिए &mut का खुलकर उपयोग करता है, और async Rust के विपरीत केवल synchronous API का उपयोग करता है

कमियाँ

• event loop खुद लिखने पर subtle bugs आ सकते हैं
• sequential workflows में अधिक code की आवश्यकता हो सकती है
• Rust community में sans-IO डिज़ाइन अभी व्यापक रूप से उपयोग नहीं होता

निष्कर्ष

• sans-IO code शुरुआत में अपरिचित लग सकता है, लेकिन इसकी आदत पड़ने पर यह बहुत आनंददायक होता है
• Rust, state machines को model करने के लिए बेहतरीन tools देता है
• sans-IO डिज़ाइन error handling को input processing का हिस्सा बनने के लिए मजबूर करता है, इसलिए यह networking code लिखने का सही तरीका महसूस होता है

GN⁺ की राय

• sans-IO डिज़ाइन, Rust के ownership model के साथ अच्छी तरह मेल खाता है और network protocol implementation के लिए बहुत उपयुक्त है
• event loop खुद लिखने से code की flexibility बढ़ती है और maintenance आसान होता है
• testing आसान होने से reliable code लिखने में बड़ी मदद मिलती है
• लेकिन Rust community में इसके व्यापक उपयोग की कमी के कारण संबंधित libraries कम हो सकती हैं
• नई तकनीक अपनाते समय learning curve और community support को ध्यान में रखना चाहिए

[GN⁺]

Hacker News राय

• Rust में async/await सिंटैक्स आने से पहले state machine को मैन्युअली implement करना पड़ता था

  • Rust के async/await सिंटैक्स की वजह से productivity में काफी सुधार हुआ
  • Rust का async अपने-आप state machine में बदल जाता है और I/O points पर values को save कर देता है

• VT100 लाइब्रेरी लिखते समय Rust के encapsulation pattern की समस्या समझ में आई

  • encapsulation पर ज़रूरत से ज़्यादा ज़ोर देना समस्या पैदा करता है
  • इससे यह याद आता है कि कंप्यूटर input, data transformation और output करने वाली मशीन है

• channels का इस्तेमाल करके data भेजने वाले design से तुलना

  • code ज़्यादा complex हो जाता है
  • message types को मैन्युअली implement करना पड़ता है
  • sender को explicitly देना पड़ता है
  • network transmission fail होने पर result नहीं मिल पाता
  • लेकिन इसमें कुछ सुविधाजनक पहलू भी हैं

• Haskell ecosystem में logic और execution को अलग करने का एक विचार मौजूद है

  • tokio::select! call को कैसे encapsulate किया गया, इसका ज़िक्र नहीं है
  • sans-IO style में encapsulated functions के implementation में रुचि थी

• Rust के async functions state machine में compile होते हैं

  • यह जानने की जिज्ञासा है कि sans-io और async को जोड़ने की कोशिश हुई है या नहीं
  • मुख्य समस्याएँ usability और Pin handling हैं

• state को expose करने से async functions 'pure' हो सकते हैं

  • OpenSSL को async Rust से bind करने की कोशिश की थी

• Firezone एक शानदार tool है

  • Rust-libp2p में भी इसी तरह का pattern देखा गया

• अच्छा होगा अगर compiler async code को अपने-आप sans io में convert कर सके

  • मैन्युअल conversion में गलती होने की संभावना ज़्यादा रहती है

• लेख और comments पढ़कर लगा कि शायद hexagonal या ports/adapters architecture style को फिर से खोज लिया गया है

• यह जानने की जिज्ञासा है कि क्या असली traffic gateway से होकर गुजरता है, या उसका इस्तेमाल सिर्फ connection setup के लिए होता है