Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

20.1. Сущность и случайность в традиции Unix

Для того чтобы понять, как проектирование в Unix может измениться в будущем, следует начать с рассмотрения того, как стиль Unix программирования изменялся со временем в прошлом. Эта попытка приводит непосредственно к одной из трудностей в понимании Unix-стиля — разделение случайности и сущности. То есть опознавание тех характерных черт, которые возникают из быстротечных технических обстоятельств, и тех особенностей, которые сильно связаны с центральной сложностью Unix-проектирования — как правильно использовать модульность и абстракцию, одновременно сохраняя системы прозрачными и простыми.

Подобное различие может быть трудным, поскольку характерные особенности, которые возникли случайно, иногда обнаруживают существенную пользу. В качестве примера рассмотрим правило "молчание — золото" в проектировании Unix-интерфейса, которое рассматривалось в главе 11; оно родилось как способ адаптации к медленным телетайпам, однако сохранилось впоследствии, поскольку программы с лаконичным выводом можно было проще комбинировать в сценариях. В настоящее время в среде, где обычной практикой является запуск нескольких программ в визуальном режиме посредством GUI-интерфейса, проявляется еще одно полезное свойство: немногословные программы не отвлекают понапрасну внимание пользователя.

Напротив, некоторые характерные черты, которые однажды казались существенными для Unix, оказались случайностями, связанными с определенным набором соотношений издержек. Например, предпочтительные в старой школе Unix программные конструкции (и мини-языки, такие как awk(1)), осуществлявшие построчную обработку входного потока или обрабатывавшие двоичные файлы последовательно от записи к записи, в любом контексте, который необходимо было поддерживать между фрагментами сложного кода конечных автоматов. С другой стороны, Unix-проектирование новой школы, как правило, использует предположение о том, что программа может считывать весь ввод в память, а впоследствии при необходимости использовать произвольный доступ к этим данным. Действительно, современные Unix-системы предоставляют вызов mmap(2), который позволяет программисту отображать весь файл на виртуальную память и полностью скрывать сериализацию ввода-вывода с дисковым накопителем.

Это изменение позволяет отказаться от экономии дискового пространства, а взамен получить более простой и прозрачный код, т.е. изменяется соотношение понижающейся стоимости памяти и стоимости времени программиста. Множество отличий между конструкциями старой школы Unix в 70-х и 80-х годах прошлого века и конструкциями новой школы после 1990 года можно связать с огромным сдвигом в относительной стоимости. В результате этого сдвига в настоящее время все аппаратные ресурсы становятся на несколько порядков дешевле по отношению к времени программиста, чем это было в 1969 году.

Оглядываясь назад, можно установить три специфических технологических изменения, которые повлекли значительные перемены в стиле Unix-проектирования: межсетевой обмен, растровые графические дисплеи и персональные компьютеры. В каждом случае традиция Unix приспосабливалась к трудностям, отказываясь от тех случайностей, к которым более невозможно было адаптироваться без новых способов применения своих основных идей. Биологическая эволюция движется в том же направлении. У эволюционных биологов есть правило: "Не предполагать, что историческое происхождение определяет современную пользу или наоборот". Кратко рассматривая то, как Unix приспособилась в каждом из описанных случаев, можно заметить некоторые подсказки относительно того, как Unix может адаптироваться к будущим, еще непредвиденным технологическим переменам.

В главе 2 описана первая из этих перемен: возникновение межсетевого обмена с точки зрения истории культуры. В главе 2 рассказывается, как протокол TCP/IP связал в одно целое исходную культуру Unix и культуру сети ARPANET после 1980 года. В главе 7 материал, описывающий устаревшие методы IPC и сетевые методы, такие как System V STREAMS, указывает на то, как много было заблуждений, оплошностей и тупиковых ветвей, которые захватывали Unix-разработчиков большую часть последующего десятилетия. Было много путаницы, связанной с протоколами[148], сетевым взаимодействием машин и взаимным обменом данными между процессами на одной машине.

В конце концов, путаница исчезла, когда протокол TCP/IP победил, и BSD-сокеты заново утвердили важнейшую метафору Unix: "Все является потоком байтов". Стало нормой использовать BSD-сокеты как для IPC, так и для сетевого взаимодействия. Более ранние методы в обеих областях почти совершенно вышли из употребления, и программное обеспечение Unix развивалось все более индифферентно относительно того, расположены ли обменивающиеся данными компоненты на одной машине или на разных машинах. Логическим результатом этого было создание World Wide Web в 1990–1991 годах.

Когда в 1984 году через несколько лет после TCP IP появилась растровая графика и пример Macintosh, возникла еще более сложная проблема. Исходные GUI-интерфейсы от Xerox PARK и Apple были замечательными, однако они связывали вместе слишком много уровней системы для того, чтобы Unix программисты чувствовали себя комфортно с такой конструкцией. Немедленным ответом Unix-программистов стал явный принцип отделения политики от механизма. Система X Window была представлена к 1988 году. Они отделили наборы полезных компонентов X от диспетчера дисплея, который выполнял низкоуровневую обработку графики. Благодаря этому была создана архитектура, которая была модульной и четкой в понятиях Unix, а также позволяла с течением времени проще развивать улучшения в политике.

Однако это была простая часть проблемы. Сложной ее частью было решение — должна ли вообще Unix иметь унифицированную политику интерфейса, и если да, то какой она должна быть. Несколько различных попыток представить ее посредством частных инструментальных наборов (таких как Motif) провалились. В настоящее время в этой области конкурируют инструментарии GTK и Qt. Несмотря на то, что дебаты по этому вопросу не прекратились, постоянство различных стилей пользовательского интерфейса, рассмотренных в главе 11, впечатляет. Unix-проектирование новой школы сохранило командную строку и справилось с напряжением между подходами GUI и CLI благодаря связыванию большого количества пар CLI-ядро/GUI-интерфейс, которые могут использоваться в обоих стилях.

Как технология, персональный компьютер представил несколько главных проблем проектирования. Процессоры 386-й серии и более поздние версии были достаточно мощными для того, чтобы предоставить системам, разработанным на их основе, соотношение затрат, подобное соотношению, характерному для мини-компьютеров, рабочих станций и серверов, на которых сформировалась операционная система Unix. Истинной трудностью было изменение потенциального рынка для Unix- систем; более низкая общая стоимость аппаратного обеспечения сделала персональные компьютеры привлекательными для чрезвычайно широкой и менее технически искушенной категории пользователей.

Поставщики частных Unix-систем, привыкшие к большей прибыли от продажи более мощных систем опытным покупателям, никогда не интересовались этим рынком. Первые серьезные инициативы по направлению к настольным системам конечных пользователей исходили от сообщества открытого исходного кода и были восприняты в основном по идеологическим причинам. Согласно аналитическим исследованиям рынка, по состоянию на середину 2003 года операционная система Linux заняла около 4-5% этого рынка, что вполне сопоставимо с объемами Apple Macintosh.

Независимо от того покажет ли Linux когда-либо более высокие результаты, ответ Unix-сообщества уже ясен. Об этом уже говорилось в главе 3, при рассмотрении вопроса о заимствовании нескольких технологий (таких как XML) из других систем и натурализации GUI-интерфейсов в Unix-мире. Однако основное внимание все-таки уделяется модульности и четкому коду — созданию инфраструктуры для серьезных высоконадежных вычислений и коммуникаций.

Этот акцент подтверждается историей крупномасштабных проектов, подобных Mozilla и OpenOffice.org, которые стартовали в конце 90-х годов. В обоих указанных случаях наиболее важной темой в отклике сообщества было отнюдь не требование новых функций или соблюдение сроков поставки. Главной идеей в сообществе была неприязнь к гигантским монолитам и общее понимание того, что прежде чем эти большие программы перестанут быть препятствием, их придется облегчить, подвергнуть рефакторингу и разделить на модули.

Вопреки большому числу инноваций, сопутствовавших данным технологиям, отклики на все эти три технологии были консервативными относительно фундаментальных правил Unix-проектирования — модульности, прозрачности, отделения политики от механизма и других качеств, которые рассматривались ранее в настоящей книге. Мудрым решением Unix-программистов было возвращение к первоначальным принципам, т.е. попытке получить больший выигрыш преимущественно из основных абстракций Unix — потоков, пространства имен и процессов, а не из иерархии новых абстракций.