Sans-IO: Rahasia Rust yang Efektif untuk Layanan Jaringan

• Di Firezone, Rust digunakan untuk membangun akses jarak jauh yang aman dan dapat diskalakan di ponsel Android, komputer macOS, atau server Linux
• Menggunakan library koneksi bernama connlib untuk mengelola koneksi jaringan dan tunnel WireGuard
• Setelah melalui banyak iterasi, mereka sampai pada desain sans-IO yang memberikan pengujian yang cepat dan menyeluruh, kustomisasi mendalam, serta keandalan tinggi

connlib ditulis dalam Rust dan mengikuti desain sans-IO

• Cocok untuk membangun layanan jaringan berkat kecepatan dan keamanan memori Rust
• Menggunakan runtime tokio, WebSocket tungstenite, implementasi WireGuard boringtun, enkripsi trafik API rustls, dan lainnya
• Desain sans-IO mengimplementasikan protokol sebagai state machine murni alih-alih mengirim dan menerima byte melalui socket di banyak tempat

Model asinkron Rust dan perdebatan "function coloring"

• Fungsi asinkron hanya dapat dipanggil dari fungsi asinkron lain
• Jika sebuah fungsi berada jauh di dalam rantai fungsi asinkron, maka semua fungsi yang memanggilnya juga harus menjadi fungsi asinkron
• Hal ini bisa menjadi masalah bagi orang yang ingin menulis kode yang tidak peduli apakah dependensinya asinkron atau tidak

Pengenalan sans-IO

• Ide inti sans-IO mirip dengan prinsip inversi dependensi di dunia OOP
• Kebijakan (apa yang harus dilakukan) tidak boleh bergantung pada detail implementasi (bagaimana melakukannya)
• Alih-alih mengirim data menggunakan struct Transmit, ia akan memancarkan Transmit

Menerapkan inversi dependensi

• Alih-alih mengirim data menggunakan struct Transmit, ia akan memancarkan Transmit
• Event loop mengimplementasikan efek samping dan benar-benar memanggil UdpSocket::send

State machine

• Diagram state machine untuk permintaan binding STUN memiliki dua state: Sent dan Received
• State machine diimplementasikan dengan mendefinisikan struct StunBinding dan fungsi-fungsi terkait

Event loop

• Event loop menggerakkan state machine dan memproses data menggunakan poll_transmit dan handle_input

Abstraksi waktu

• Menangani kebutuhan berbasis waktu menggunakan API poll_timeout dan handle_timeout

Premis sans-IO

• Desain sans-IO menyerahkan keputusan tentang apakah dependensi bersifat asinkron kepada aplikasi
• Desain sans-IO mudah dikomposisikan, menyediakan API yang fleksibel, mudah diuji, dan sangat cocok dengan kemampuan Rust

Komposisi yang mudah

• API StunBinding dapat diterapkan pada sebagian besar protokol jaringan
• Library snownet milik Firezone menggabungkan ICE dan WireGuard untuk menyediakan tunnel IP "ajaib" yang bekerja terlepas dari konfigurasi jaringan

API yang fleksibel

• Menulis event loop sendiri memungkinkan penyetelan kode dan mempermudah pemeliharaan

Pengujian cepat

• Kode sans-IO tidak memiliki efek samping sehingga sangat mudah diuji
• Di Firezone, mereka mengimplementasikan state machine referensi dan menjalankan pengujian yang membandingkannya dengan state aktual connlib

Edge case dan kegagalan IO

• Desain sans-IO memisahkan implementasi protokol dari efek samping IO nyata sehingga edge case dan penanganan kesalahan menjadi lebih mudah

Rust + sans-IO: pasangan serasi?

• Rust memodelkan kepemilikan dan mutabilitas secara eksplisit sehingga sangat cocok dengan desain sans-IO
• Desain sans-IO dengan leluasa menggunakan &mut untuk mengekspresikan perubahan state, dan tidak seperti Rust async, hanya menggunakan API sinkron

Kekurangan

• Menulis event loop sendiri dapat menimbulkan bug yang sulit dideteksi
• Workflow sekuensial bisa membutuhkan lebih banyak kode
• Di komunitas Rust, desain sans-IO masih belum digunakan secara luas

Penutup

• Kode sans-IO awalnya terasa asing, tetapi menjadi sangat menyenangkan setelah terbiasa
• Rust menyediakan alat yang luar biasa untuk memodelkan state machine
• Desain sans-IO terasa seperti cara yang tepat untuk menulis kode jaringan karena memaksa penanganan kesalahan menjadi bagian dari pemrosesan input

Pendapat GN⁺

• Desain sans-IO sangat cocok dengan model kepemilikan Rust sehingga sangat sesuai untuk implementasi protokol jaringan
• Menulis event loop sendiri meningkatkan fleksibilitas kode dan mempermudah pemeliharaan
• Kemudahan pengujian sangat membantu dalam menulis kode yang andal
• Namun, karena belum banyak digunakan di komunitas Rust, library terkait mungkin masih kurang
• Saat mengadopsi teknologi baru, kurva pembelajaran dan dukungan komunitas perlu dipertimbangkan

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Sebelum sintaks async/await diperkenalkan di Rust, mesin status diimplementasikan secara manual

  • Berkat sintaks async/await Rust, produktivitas meningkat secara signifikan
  • Async di Rust diubah menjadi mesin status otomatis dan menyimpan nilai pada titik I/O

• Saat menulis library VT100, penulis menyadari adanya masalah pada pola enkapsulasi Rust

  • Terlalu terobsesi dengan enkapsulasi justru menimbulkan masalah
  • Mengingatkan kembali bahwa komputer adalah mesin yang melakukan input, transformasi data, dan output

• Dibandingkan dengan desain yang mengirim data menggunakan channel

  • Kode menjadi lebih kompleks
  • Tipe pesan harus diimplementasikan secara manual
  • Pengirim harus disediakan secara eksplisit
  • Jika transmisi jaringan gagal, hasil tidak akan diperoleh
  • Namun, ada juga sisi yang praktis

• Di ekosistem Haskell ada gagasan untuk memisahkan logika dan eksekusi

  • Tidak disebutkan bagaimana pemanggilan tokio::select! dienkapsulasi
  • Ada ketertarikan pada implementasi fungsi yang dienkapsulasi dengan gaya sans-IO

• Fungsi async Rust dikompilasi menjadi mesin status

  • Penasaran apakah pernah ada upaya menggabungkan sans-io dan async
  • Masalah utamanya adalah kegunaan dan penanganan Pin

• Dengan mengekspos status, fungsi async bisa menjadi 'murni'

  • Pernah mencoba melakukan binding OpenSSL ke async Rust

• Firezone adalah alat yang luar biasa

  • Menemukan pola yang mirip dengan Rust-libp2p

• Akan bagus jika compiler bisa secara otomatis mengubah kode async menjadi sans io

  • Konversi manual rentan menimbulkan kesalahan

• Setelah membaca artikel dan komentarnya, rasanya seperti menemukan kembali gaya arsitektur hexagonal atau ports/adapters

• Penasaran apakah lalu lintas nyata melewati gateway, atau hanya digunakan untuk penyiapan koneksi