Roc 컴파일러, Rust에서 Zig로의 대규모 재작성 경험

Roc 컴파일러 팀은 기존 Rust 코드베이스의 빌드 시간 문제와 메모리 제어의 유연성을 개선하기 위해 Zig로의 재작성을 결정했습니다. 특히, Rust의 전역 할당자(Global Allocator) 중심 생태계와 달리, Roc이 추구하는 모듈별 독립적인 메모리 관리 방식에 Zig가 더 적합하다고 판단했습니다. 또한, LLVM 비트코드(Bitcode) 직렬화와 같이 특수한 생태계 요구사항을 충족하는 재사용 가능한 코드가 Zig에서 더 많이 발견된 점도 주요 고려 사항이었습니다.

글에서는 Rust의 보증 검사기(Borrow Checker)와 Zig의 런타임 메모리 안전성 검사(ReleaseSafe)가 실제 프로젝트에서 미치는 영향을 비교합니다. 18개월간의 재작성 기간 동안 Zig 컴파일러에서 발생한 메모리 손상 버그는 10건으로, Rust 기반 컴파일러의 21건보다 적었습니다. 흥미롭게도 Rust 컴파일러의 버그는 대부분 컴파일러 자체 로직이 아닌, 컴파일된 머신 코드의 실행 결과에서 발생했으며, Zig 컴파일러의 버그 중 일부는 에러 메시지 렌더링 문제와 관련된 사용 후 해제(Use-after-free)였습니다. 결과적으로, 두 언어 모두 특정 시나리오에서 메모리 안전성 문제를 완전히 피하기는 어렵다는 점을 시사합니다.

Zig로 재작성 후, Incremental 빌드 시간이 약 35ms로 크게 단축되었습니다. 이는 Rust의 3.4초(1.97 버전 기준)와 비교했을 때 획기적인 개선입니다. 비록 Zig 0.16.0 버전의 버그로 인해 아직 완전한 혜택을 누리지 못하고 있지만, 향후 안정화될 경우 압도적인 빌드 속도를 기대할 수 있습니다. 반면, Rust 역시 지난 18개월간 빌드 시간 개선에 상당한 노력을 기울여 왔으며, 이는 지속적인 생태계 발전의 증거로 볼 수 있습니다.

Roc 컴파일러는 Zig 컴파일러에서 영감을 받은 제로 파싱(Zero-Parse) 역직렬화 기법을 도입했습니다. 이는 컴파일러 데이터 구조를 디스크에서 직접 메모리로 로드하여 파싱 과정 없이 즉시 사용할 수 있게 하는 방식입니다. 구조체 배열(Struct-of-Arrays) 레이아웃과 32비트 인덱스를 활용하여 메모리 사용량을 줄이고 성능을 극대화했습니다. 이 기법은 데이터 레이아웃에 대한 세밀한 제어를 가능하게 하지만, Rust의 보증 검사기(Borrow Checker)가 직접적으로 지원하지 않는 영역이기도 합니다.

글에서는 Rust의 자동 해제(Drop)와 Zig의 명시적 defer 키워드 사용 방식을 비교합니다. Roc 팀은 모듈별 독립적인 메모리 할당 및 해제를 선호하며, 이러한 요구사항에 Zig의 할당자(Allocator) 전달 방식이 더 적합하다고 설명합니다. 반면 Rust의 생태계는 전역 할당자와 Drop에 최적화되어 있어 Roc의 아키텍처와는 맞지 않는 부분이 있었습니다. 이는 각 언어의 설계 철학과 생태계가 특정 프로젝트의 요구사항에 어떻게 부합하거나 부합하지 않는지를 보여주는 사례입니다.