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title: 内核模块与 no_std
url: https://doc.liz6.com/rust/11-ffi-and-system-interaction/02-kernel-modules-and-no-std
locale: zh
area: rust
tags:
- rust
- FFI与系统交互
date: 2026-06-30
modified: 2026-06-30
description: std 依赖操作系统(线程、文件、堆分配),裸机和内核模块没有这些。#![no_std] 去掉 std 只保留不依赖 OS 的 core crate,但 alloc(堆分配)和 panic_handler(panic 时做什么)需要自己提供。Rust-for-Linux 在 Linux 内核里跑 Rust 代码,靠的…
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# 内核模块与 no_std

> std 依赖操作系统(线程、文件、堆分配),裸机和内核模块没有这些。`#![no_std]` 去掉 std 只保留不依赖 OS 的 core crate,但 alloc(堆分配)和 panic_handler(panic 时做什么)需要自己提供。Rust-for-Linux 在 Linux 内核里跑 Rust 代码,靠的就是 no_std + 内核提供的 alloc 实现。

## 去掉 std: no_std 环境

std 依赖于操作系统——线程、文件 IO、网络、堆分配，这些都假设了 OS 的存在。裸机 (bare metal)、嵌入式系统、内核模块没有这些。`#![no_std]` 去掉 std，只保留不依赖 OS 的 `core` crate：

```rust
#![no_std]
#![no_main]

extern crate alloc;                  // 可选: 需要堆分配时引入

use core::panic::PanicInfo;
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    loop {}                          // 不能打印, 不能 unwind
}
```

`core` 包含：Option, Result, Iterator, Clone, Copy, 基础宏（`format_args!` 但需要自己提供 `write_str` 实现才能用 `format!`），原子操作。`alloc` crate 在实现了 `GlobalAlloc` 后可用——提供 Box, Vec, String, Rc, Arc, HashMap。

## Rust-for-Linux (Linux kernel)

Linux 6.1+ 支持 Rust 内核模块。关键抽象：

```rust
use kernel::prelude::*;

kernel::module! {
    type: MyModule,
    name: "my_module",
    license: "GPL",
}

struct MyModule;
impl kernel::Module for MyModule {
    fn init(_module: &'static ThisModule) -> Result<Self> { Ok(MyModule) }
}

// 实现文件操作
struct MyFile;
#[vtable]
impl kernel::file::Operations for MyFile {
    fn read(&self, _data: ()) -> Result<Vec<u8>> {
        Ok(b"Hello from Rust kernel module!\n".to_vec())
    }
}
```

`#[vtable]` 宏为 trait 生成兼容 C 函数指针表的代码——与内核 C 代码的 `file_operations` 结构体对接。内核中的 Rust 比 userspace 有更多限制：

- 自己的 allocator：内核中不能用 `#[global_allocator]`，必须用内核的分配器（`kmalloc`/`kfree`）——通过 `kernel::alloc` 访问
- 自己的同步原语：`kernel::sync::Mutex` 是内核 mutex（`struct mutex`）的 Rust 包装，不是 `std::sync::Mutex`
- 自己的错误类型：`kernel::error::Error` 映射到 Linux errno
- Panic = BUG()：内核不能 unwind——`panic_handler` 调用 `BUG()`（打印栈 + 停止内核）

## 参考

- **Rust-for-Linux**: rust-for-linux.com
- **Embedded Rust Book**: docs.rust-embedded.org
- **Phil Opp's blog**: os.phil-opp.com

*Keywords: no_std, core, alloc, panic_handler, kernel module, Rust-for-Linux, embedded, BUG*