Linux的層級架構
每個操作系統都有一個內核，內核封裝了底層硬件設備管理、內存管理、網絡數據協議轉化和收發傳輸、文件系統讀寫等。從這個圖可以看到，內核將系統硬件與應用程序進程連接起來，隱藏了上層下層交互的一些細節，各司其職。
這些分層包括：
- 用戶空間程序
- 編譯器
- 終端
- 防火墻
- 系統調用的跨平臺API(特定于平臺的系統調用包裝API)
- Rust標準庫
- libc（或等效的API）
- kernel，操作系統的核心模塊
- 系統資源
- 內存
- 文件系統
- 網絡
- 硬件和其他設備（包括鍵盤、鼠標、監視器、磁盤驅動器）
Rust的標準庫的功能劃分
而Rust標準庫，很好的利用了操作系統內核提供的API。
Rust標準庫是Rust程序進入Linux操作系統內核函數的主要接口，它在內部使用libc(在Windows系統使用其他等效的庫）來調用內核提供的系統調用。
從Rust程序中發起系統調用，以實現管理和操作各種系統資源（如圖）。
libc（或其變體）為類UNIX操作系統上的系統調用提供了一個包裝器，如Linux內核實現了POSIX標準指定的數百個POSIX API（對于Windows，系統調用有等效的API，也實現了POSIX標準[1]）。
作為標準庫，Rust標準庫是跨平臺的，Rust標準庫的系統調用的細節是從Rust開發人員那里抽象出來的。Rust也支持不依賴于標準庫的運行方式（no_std 方式），Rust直接操控底層硬件（如應用在嵌入式系統開發場景），此時Rust就做了操作系統本身的工作。
對于大部分軟件開發工程師而言，他們用Rust主要開發應用層軟件，也就是運行在用戶空間的程序。它們基于標準庫編寫，實現各種業務功能。應用層的軟件并非所有模塊和函數都涉及到系統調用（例如一些用于操作字符串和處理錯誤的函數，就無需調用系統調用）。
Rust標準庫包括幾大領域的模塊，包括四大類：
第一類，Rust語言原語
即Rust Language Primitives：Rust 語言的基本元素或基本類型（如下圖）。
如有符號整數、布爾值、浮點數、字符、字符串、數組、元組、切片。這些由Rust編譯器負責實現。
Rust標準包括原語，并在它們之上構建。
第二類，alloc crate
與堆分配值的內存分配相關的類型、函數和特征。
包括集合（Vec、String等集合）、智能指針類型（Box<T>）、引用計數指針（Rc<T>）和原子引用計數指針（Arc<T>））。
第三類，core crate
作為Rust標準庫的基礎。充當Rust語言與標準庫之間的鏈接，提供在Rust原語之上實現的類型、特征、常量和函數，并為所有Rust代碼提供基礎構建塊，它是跨平臺的，沒有任何指向操作系統或其他外部依賴的鏈接。由于較少直接用到core crate，所以本文不做過多介紹。
第四類，模塊（標準庫的其他crate）
是標準庫的一部分，模塊crate包括針對并發、I/O，文件系統、網絡、異步I/O、錯誤處理等功能，以及與特定操作系統相關的函數，Rust的官網對std有專門的文檔[2]。例如
- 為用戶程序在多個線程上并發運行的功能在std::thread模塊中；
- 用于處理同步I/O的功能在std::io模塊中提供；
- 針對特定os的模塊，主要在std::os模塊中實現。
下圖展示了Rust標準庫各個領域功能涉及到的具體std模塊（如std::io、std::os等）
以下著重對第四類的主要 crate 做一介紹，并附上文檔地址。
Rust的并發控制相關模塊 conurrency：
模塊名 | 說明 |
std::env 模塊[3] | 包含與環境變量交互的功能，包括讀取、設置和刪除環境變量。 |
std::sync 模塊[4] | 提供了用于實現線程安全共享狀態的同步原語，如互斥鎖（Mutex）、原子操作（Atomic）和條件變量（Condvar）。 |
std::thread 模塊[5] | 提供了創建和管理線程的功能，包括線程的創建、 join、spawn 和同步。 |
std::process 模塊[6] | 提供了與操作系統進程交互的功能，包括運行外部命令、啟動新進程以及與進程進行通信。 |
Rust的內存管理相關模塊 memory management：
模塊名 | 說明 |
std::alloc 模塊[7] | 提供了內存分配器的功能，包括分配和釋放動態內存。 |
std::convert 模塊[8] | 提供了用于不同類型之間轉換的工具函數。 |
std::ptr 模塊[9] | 提供了對指針的操作和轉換功能，包括對裸指針的操作。 |
std::borrow 模塊[10] | 提供了用于管理借用的功能，包括 |
std::default 模塊[11] | 提供了默認 trait 實現的功能，用于為不提供具體實現的類型提供默認行為。 |
std::rc 模塊[12] | 提供了引用計數（Reference Counting）的功能，用于實現線程安全的共享內存。 |
std::cell 模塊[13] | 提供了可變性的 Cell 和 RefCell 類型，用于在多線程環境下安全地共享可變狀態。 |
std::mem 模塊[14] | 提供了與內存相關的功能，包括內存布局、內存對齊和內存操作。 |
std::clone 模塊[15] | 提供了用于實現克隆（Clone） trait 的功能，用于復制和克隆復雜的數據結構。 |
std::pin 模塊[16] | 提供了 Pin 類型，用于固定借用的生命周期，以避免懸垂指針和數據競爭問題。 |
Rust的文件系統操作相關模塊 File system：
模塊名 | 說明 |
std::fs 模塊[17] | 提供了與文件系統操作相關的功能，包括文件和目錄的創建、讀取、寫入和刪除等操作。 |
std::path 模塊[18] | 提供了與文件路徑相關的功能，包括路徑的解析、構造和操作。 |
Rust的數據處理相關模塊 data processing：
模塊名 | 說明 |
std::ascii 模塊[19] | 提供了與 ASCII 碼相關的功能，包括對 ASCII 字符的操作和轉換。 |
std::fmt 模塊[20] | 提供了格式化輸出的功能，包括對各種數據類型的格式化和打印。 |
std::num 模塊[21] | 提供了對數字類型的抽象和操作，包括整數、浮點數和復數等。 |
std::cmp 模塊[22] | 提供了用于比較和排序值的工具，包括比較運算符的實現和排序函數。 |
std::hash 模塊[23] | 提供了用于計算哈希值的功能，包括對各種數據類型的哈希函數實現。 |
std::ops 模塊[24] | 提供了一些基本的運算符和操作符的實現，包括數學運算符、比較運算符和邏輯運算符等。 |
std::iter 模塊[25] | 提供了迭代器（Iterator）的功能，包括創建和操作迭代器的方法，以及一些常見的迭代器類型。 |
Rust的錯誤處理相關模塊 Error handling：
模塊名 | 說明 |
std::error 模塊[26] | 提供了錯誤處理的功能，包括定義錯誤類型和處理錯誤的方法。 |
std::panic 模塊[27] | 提供了恐慌（Panic）機制，用于處理不可恢復的錯誤情況。 |
std::option 模塊[28] | 提供了 Option 類型，用于表示可能存在或不存在的值，用于處理可能出現空值的情況。 |
std::result 模塊[29] | 提供了 Result 類型，用于表示成功或失敗的情況，通常用于處理可能出現錯誤的函數返回值。 |
Rust的編譯處理相關模塊 compiler：
模塊名 | 說明 |
std::hint 模塊[30] | 提供了一些用于編譯器提示的宏，用于影響編譯器的優化行為。 |
std::primitive 模塊[31] | 提供了一些基本的類型和函數，用于處理數字、字符和布爾值等基本數據類型。 |
std::prelude 模塊[32] | 包含了一些基本的函數和宏，這些函數和宏在 Rust 標準庫中被廣泛使用，并且在每個 Rust 程序中自動導入。 |
Rust的跨語言調用相關模塊：FFI
模塊名 | 說明 |
std::ffi 模塊[33] | 提供了與外部函數接口（Foreign Function Interface，FFI）相關的功能，用于與其他語言或庫進行交互。 |
Rust的網絡處理功能模塊 Networking：
模塊名 | 說明 |
std::net 模塊[34] | 提供了與網絡編程相關的功能，包括網絡協議、套接字（Socket）和網絡地址等。 |
Rust的IO處理模塊：
模塊名 | 說明 |
std::io 模塊[35] | 提供了與輸入輸出相關的功能，包括文件操作、緩沖、讀寫數據等。 |
Rust的OS特定的功能模塊：
模塊名 | 說明 |
std::os 模塊[36] | 提供了與操作系統相關的功能，包括文件系統操作、進程管理和系統信息等。 |
Rust的時間處理模塊：
模塊名 | 說明 |
std::time 模塊[37] | 提供了與時間和日期相關的功能，包括時間的表示、解析、轉換和計算等。 |
參考資料：
- [1]POSIX標準:https://www.baike.com/wiki/%E5%8F%AF%E7%A7%BB%E6%A4%8D%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%8E%A5%E5%8F%A3/1647475
- [2]std有專門的文檔:https://doc.rust-lang.org/std/index.html
- [3]std::env 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/env/index.html
- [4]std::sync 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/sync/index.html
- [5]std::thread 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/thread/index.html
- [6]std::process 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/process/index.html
- [7]std::alloc 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/alloc/index.html
- [8]std::convert 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/convert/index.html
- [9]std::ptr 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/ptr/index.html
- [10]std::borrow 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/borrow/index.html
- [11]std::default 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/default/index.html
- [12]std::rc 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/rc/index.html
- [13]std::cell 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/cell/index.html
- [14]std::mem 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/mem/index.html
- [15]std::clone 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/clone/index.html
- [16]std::pin 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/pin/index.html
- [17]std::fs 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/fs/index.html
- [18]std::path 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/path/index.html
- [19]std::ascii 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/ascii/index.html
- [20]std::fmt 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/fmt/index.html
- [21]std::num 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/num/index.html
- [22]std::cmp 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/cmp/index.html
- [23]std::hash 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/hash/index.html
- [24]std::ops 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/ops/index.html
- [25]std::iter 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/iter/index.html
- [26]std::error 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/error/index.html
- [27]std::panic 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/panic/index.html
- [28]std::option 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/option/index.html
- [29]std::result 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/result/index.html
- [30]std::hint 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/hint/index.html
- [31]std::primitive 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/primitive/index.html
- [32]std::prelude 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/prelude/index.html
- [33]std::ffi 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/ffi/index.html
- [34]std::net 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/net/index.html
- [35]std::io 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/io/index.html
- [36]std::os 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/os/index.html
- [37]std::time 模塊:https://doc.rust-lang.org/std/time/index.html
