Độ phức tạp trong IoT đã tăng lên đáng kể so với chỉ vài năm trước. Lĩnh vực IoT, trước đây chủ yếu là lĩnh vực lập trình C++, đặc biệt dành cho các thiết bị và bộ vi điều khiển nhỏ hơn, hiện đang chứng kiến sự thay đổi mô hình. Càng ngày, các nhà phát triển càng chuyển sang các ngôn ngữ cấp cao hơn như Javascript và Python, hoặc đối thủ mới Rust trong lĩnh vực phát triển IoT. Quá trình chuyển đổi này phản ánh nỗ lực hướng tới việc hỗ trợ sự phát triển nhanh chóng và thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn. Tuy nhiên, sự thay đổi này không phải là không có những thách thức và hạn chế.
Nhập Rust, một người chơi tương đối mới trong thế giới lập trình. Được giới thiệu chính thức vào năm 2015, Rust được thiết kế với mục tiêu rõ ràng: mang lại tốc độ và hiệu quả của các ngôn ngữ truyền thống như C và C++, đồng thời kết hợp các ưu điểm về an toàn bộ nhớ và phát triển nhanh chóng thường gắn liền với các ngôn ngữ cấp cao hơn. Việc Rust tham gia vào lĩnh vực lập trình đặc biệt kịp thời và phù hợp với lĩnh vực IoT.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào những lợi ích tiềm năng của việc chuyển đổi từ các ngôn ngữ IoT phổ biến hiện nay là Javascript và Python sang Rust. Chúng tôi mong muốn cung cấp bản phân tích toàn diện cho các nhóm đang gặp khó khăn và nhu cầu riêng của thiết bị IoT. Cuộc thảo luận của chúng ta sẽ khám phá cách các tính năng độc đáo của Rust có thể giải quyết một số thách thức cốt lõi gặp phải trong quá trình phát triển IoT. Mộtthứ hai, tại sao nó có thể là bước tiến lớn tiếp theo dành cho các chuyên gia IoT.
Tiểu sử
Javascript và Python hiện đang là ngôn ngữ cấp cao phổ biến nhất trong bối cảnh phát triển IoT. Mỗi loại đều mang lại những điểm mạnh riêng và phục vụ cho các trường hợp sử dụng cụ thể, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng IoT.
Sự phát triển của Javascript trong IoT
Ban đầu được thiết kế cho các trình duyệt web, Javascript đã trải qua một sự chuyển đổi đáng kể với sự ra đời của NodeJS vào năm 2011. NodeJS, được xây dựng trên công cụ Javascript V8 của Google, đã mở rộng khả năng của Javascript ngoài trình duyệt web sang lĩnh vực lập trình cấp độ thiết bị và phía máy chủ.
Ưu điểm chính của nó bao gồm biên dịch nhanh, cộng đồng nhà phát triển lớn và năng động cũng như dễ sử dụng. Các thuộc tính này đã làm cho Javascript thông qua NodeJS trở thành một lựa chọn phổ biến cho các dự án IoT yêu cầu các ứng dụng nối mạng và xử lý dữ liệu theo thời gian thực.
Vai trò của Python trong IoT
Python, trái ngược với Javascript, ngay từ đầu đã được thiết kế cho các ứng dụng rộng hơn, không chỉ giới hạn ở các trình duyệt web. Nó đã nổi lên như một ngôn ngữ hàng đầu trên nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau, phần lớn được ghi nhận nhờ tính đơn giản và dễ đọc của nó. Việc các nhà sản xuất thiết bị IoT áp dụng rộng rãi Python là điều đặc biệt đáng chú ý.
Tính đơn giản của nó khiến nó trở thành một công cụ tuyệt vời để viết kịch bản và tự động hóa các tác vụ trong bộ vi điều khiển nhỏ và hệ thống IoT phức tạp. Hơn nữa, các thư viện và khung công tác mở rộng có sẵn trong Python giúp dễ dàng phát triển các ứng dụng IoT một cách đáng kể.. Những r nàythay đổi từ giám sát cảm biến đơn giản đến phân tích dữ liệu phức tạp.
Giới thiệu Rust
Mặt khác, Rust trình bày một mô hình khác. Được hình thành như một ngôn ngữ lập trình hệ thống, Rust cung cấp hiệu suất và khả năng kiểm soát điển hình của các ngôn ngữ cấp thấp hơn như C và C++, nhưng nhấn mạnh vào tính an toàn và tính tương tranh.
Thiết kế của Rust ưu tiên sự an toàn của bộ nhớ, nhằm mục đích loại bỏ các lỗi phổ biến có trong các ngôn ngữ lập trình hệ thống khác mà không làm giảm hiệu suất. Tính năng này đặc biệt quan trọng trong IoT, nơi độ tin cậy và hiệu quả là tối quan trọng.
Ngoài ra, các tính năng ngôn ngữ hiện đại của Rust hỗ trợ phát triển các ứng dụng IoT mạnh mẽ và có thể mở rộng. Điều này makes nó là một lựa chọn hấp dẫn cho các hệ thống IoT đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy cao.
Việc Rust gia nhập không gian IoT không chỉ nhằm cung cấp một giải pháp thay thế cho các ngôn ngữ hiện có; đó là về việc giải quyết sự phức tạp và nhu cầu ngày càng tăng của các hệ thống IoT. Khi các thiết bị IoT trở nên phức tạp hơn, bao gồm nhiều chức năng hơn và kết nối phức tạp hơn với mạng và các thiết bị khác, nhu cầu về một ngôn ngữ có thể xử lý sự phức tạp đó một cách hiệu quả và an toàn ngày càng trở nên quan trọng.
Sự kết hợp độc đáo giữa hiệu suất, tính an toàn và ngôn ngữ hiện đại của Rust đã định vị nó như một lựa chọn hấp dẫn cho thế hệ phát triển IoT tiếp theo.
Lợi ích
Hiệu suất và Hiệu quả
Rust, là ngôn ngữ hệ thống, cung cấp hiệu suất ngang bằng và đôi khi vượt qua hiệu suất của các ngôn ngữ đã được thiết lập như C. Thiết kế của nó, kết hợp khả năng kiểm soát cấp thấp với các tiện ích cấp cao, cho phép các nhà phát triển triển khai các tính năng như kết nối liên tục vào WebSockets hiệu quả và đơn giản hơn so với C/C++. Sự kết hợp giữa sự đơn giản và sức mạnh trong thiết kế của Rust mang lại những lợi ích rõ ràng.
Nghiên cứu chỉ ra rằng việc chuyển đổi một ứng dụng IoT chính từ NodeJS sang Rust có thể dẫn đến giảm đáng kể việc sử dụng tài nguyên. Chẳng hạn, một triển khai cho thấy mức sử dụng bộ nhớ giảm khoảng 50% và chi phí sử dụng CPU giảm 75% sau khi chuyển sang Rust.
An toàn bộ nhớ
Là một ngôn ngữ hệ thống, Rust hoạt động mà không cần đến bộ thu gom rác, đây là một tính năng phổ biến trong nhiều ngôn ngữ cấp cao. Tuy nhiên, không giống như các ngôn ngữ cấp thấp khác giao việc quản lý bộ nhớ hoàn toàn cho các nhà phát triển, Rust và trình biên dịch của nó cung cấp sự hỗ trợ đáng kể.
Điều này dẫn đến việc quản lý bộ nhớ “an toàn”, bảo vệ khỏi các lỗi và lỗ hổng khác nhau liên quan đến quyền truy cập bộ nhớ. Mặc dù rò rỉ bộ nhớ vẫn có thể xảy ra trong Rust, nhưng chúng khó vô tình xuất hiện hơn đáng kể so với các ngôn ngữ hệ thống truyền thống.
Mô hình đồng thời
Cách tiếp cận đồng thời của Rust được gói gọn trong nguyên tắc “Đồng thời không sợ hãi”. Mô hình này dựa trên hai thành phần chính. Đầu tiên là các kênh nhắn tin an toàn cho phép các luồng giao tiếp an toàn. Khía cạnh thứ hai xoay quanh việc quản lý bộ nhớ trong bối cảnh đồng thời. Các nhà phát triển có thể chọn bộ nhớ nào được chia sẻ giữa các luồng và theo mặc định, Rust khuyến khích sử dụng các luồng độc lập với bộ nhớ. Mô hình này không chỉ cung cấp sự đảm bảo an toàn mạnh mẽ mà còn cho phép các nhà phát triển ứng dụng tùy chỉnh và mở rộng rộng rãi.
Hiệu quả năng lượng
Hiệu quả sử dụng năng lượng là yếu tố quan trọng trong các thiết bị IoT và Rust vượt trội trong lĩnh vực này. Một nghiên cứu do Đại học Minho thực hiện để so sánh việc sử dụng năng lượng của nhiều ngôn ngữ khác nhau và nhận thấy rằng mức tiêu thụ năng lượng của Rust có thể “hiệu quả hơn 98% so với Python”.
Mức hiệu quả này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh IoT nơi các thiết bị thường hoạt động với nguồn điện hạn chế và khi hiệu quả sử dụng năng lượng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và chi phí vận hành của thiết bị.
Những thách thức
Đường cong học tập
Rust nổi tiếng với đường cong học tập dốc, đặc biệt đối với những người không quen với lập trình hệ thống. Sự tương tác chặt chẽ của nó với các tài nguyên cấp hệ thống như bộ nhớ và hạt nhân, kết hợp với các hệ thống quản lý bộ nhớ độc đáo không có trong các ngôn ngữ như C, có thể khiến ngay cả những tác vụ cơ bản cũng trở thành thách thức đối với người mới sử dụng. Mặc dù kinh nghiệm trước đó với các ngôn ngữ hệ thống khác là có lợi, nhưng những vấn đề phức tạp của Rust đòi hỏi bạn phải nỗ lực hết mình để thành thạo.
Tính khả dụng của nhà phát triển
Mặc dù được đánh giá cao về mức độ hài lòng của nhà phát triển, Rust, được giới thiệu vào năm 2015, không được giảng dạy rộng rãi trong giáo dục đại học. Điều này góp phần tạo ra một nhóm nhà phát triển Rust tương đối nhỏ hơn so với các ngôn ngữ lâu đời hơn. Việc tìm kiếm các lập trình viên Rust có kinh nghiệm có thể là một trở ngại đối với các nhóm muốn chuyển sang ngôn ngữ này.
Tốc độ phát triển
Tốc độ phát triển của Rust bị ảnh hưởng nặng nề bởi sự quen thuộc với ngôn ngữ này của nhà phát triển. Mặc dù Rust đảm bảo an toàn bộ nhớ mạnh mẽ, nhưng điều này thường có nghĩa là phải xử lý một trình biên dịch nghiêm ngặt có thể làm chậm quá trình tạo mẫu. Các nhà phát triển mới sử dụng Rust có thể thấy tốc độ phát triển của họ bị cản trở khi họ thực hiện các bước kiểm tra an toàn nghiêm ngặt của trình biên dịch.
Nguồn lực sẵn có
Là một ngôn ngữ tương đối mới, hệ sinh thái thư viện của Rust vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Mặc dù có những công cụ đáng chú ý như Tòa đại sứ cho các hệ thống nhúng và các giao diện cho thực thi Rust bằng các ngôn ngữ khác (FFI), phạm vi của các thư viện Rust thuần túy có phần hạn chế. Hệ sinh thái đang tích cực phát triển nhưng hiện thiếu chiều sâu của các công cụ sản xuất đã được chứng minh bằng các ngôn ngữ hoàn thiện hơn.
Kết luận
Tóm lại, việc chuyển đổi từ các ngôn ngữ cấp cao như NodeJS và Python sang Rust trong lập trình thiết bị IoT là một trường hợp hấp dẫn. Rust nổi bật về hiệu suất hoạt động, cung cấp tốc độ thực thi gần như kim loại, điều này rất quan trọng trong môi trường hạn chế về tài nguyên của các thiết bị IoT.
Các tính năng an toàn bộ nhớ và phương pháp tiếp cận đồng thời hiện đại của nó mang lại sự mạnh mẽ và độ tin cậy, giải quyết các mối quan tâm chính trong quá trình phát triển IoT. Hơn nữa, hiệu quả sử dụng năng lượng ấn tượng của Rust khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho tính chất nhạy cảm với năng lượng của các ứng dụng IoT.
Cộng đồng và hệ sinh thái Rust đang phát triển sẽ tạo thêm sức hấp dẫn cho ngôn ngữ này. Với sự hỗ trợ ngày càng tăng từ các công ty công nghệ lớn, nhiều thư viện và khuôn khổ phong phú cũng như cơ sở cộng tác viên và tài nguyên giáo dục ngày càng mở rộng, Rust có vị thế tốt để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành IoT.
Mặc dù quá trình chuyển đổi sang Rust trong phát triển IoT đi kèm với những thách thức, đặc biệt là đường cong học tập dốc và sự thống trị hiện tại của NodeJS và Python trong IoT, nhưng lợi ích lâu dài của Rust về hiệu suất, an toàn và hiệu quả là không thể phủ nhận.
Đối với các chuyên gia IoT, việc nắm bắt Rust có thể không chỉ có nghĩa là bắt kịp những tiến bộ công nghệ mà còn luôn dẫn đầu trong một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng. Khi bối cảnh IoT tiếp tục phát triển về độ phức tạp và quy mô, Rust cung cấp giải pháp lập trình mạnh mẽ, hiệu quả và phù hợp với tương lai rất đáng để xem xét.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.iotforall.com/rust-bridging-the-gap-in-high-level-language-iot-innovation