Искусство программирования для Unix - Реймонд Эрик Стивен

3.3. Все повторяется

В данной главе для сравнения были выбраны системы разделения времени, которые либо в настоящее время, либо в прошлом составляли конкуренцию Unix. Достойных кандидатов не много. Большинство подобных систем (Multics, ITS, DTSS, TOPS-IO, TOPS-20, MTS, GCOS, МРЕ и, возможно, десяток других) исчезли так давно, что почти стерлись из коллективной памяти компьютерной отрасли. Отмирают системы VMS и OS/2, MacOS поглощается Unix-производными. Операционные системы MVS и VM/CMS были ограничены одной частной линейкой мэйнфреймов. Только Microsoft Windows остается жизнеспособным конкурентом, независимым от традиций Unix.

Преимущества Unix рассматривались в главе 1, и они, несомненно, составляют некоторую часть объяснения. Однако, считаем, более полезным будет обсуждение другого очень важного аспекта данной проблемы: какие недостатки конкурентов Unix оставили их в проигрыше?

Наиболее очевидной общей проблемой является неспособность к переносу на другие платформы. Большинство конкурентов Unix, появившихся до 1980 года, были привязаны к какой-либо одной аппаратной платформе и исчезли вместе с ней. Единственной причиной того, что VMS просуществовала достаточно долго для того, чтобы рассматриваться здесь в качестве учебного примера, является то, что она была успешно перенесена с ее первоначального аппаратного обеспечения VAX на процессор Alpha (а в 2003 году переносился с Alpha на Itanium). MacOS была успешно перенесена с микросхем Motorola 68000 на PowerPC в конце 80-х годов прошлого века. Операционная система Microsoft Windows избежала данной проблемы, оказавшись в нужном месте, когда стремление превратить программное обеспечение в продукт массового потребления привело к заполнению рынка универсальными компьютерами монокультуры PC.

С 1980 года все более проявляется другой недостаток, характерный для различных операционных систем, которые либо были уничтожены Unix, либо просуществовали менее продолжительный период времени: неспособность обеспечить изящную поддержку сети.

В мире распространяющихся сетей даже операционная система, спроектированная для однопользовательской работы, нуждается в многопользовательских средствах (множество групп привилегий), поскольку без таких средств любая сетевая транзакция, которая способна обманным путем вынудить пользователя запустить злонамеренный код, может разрушить всю систему (макровирусы в Windows являются только верхушкой этого айсберга). Без мощной многозадачности способность операционной системы одновременно обрабатывать сетевой трафик и выполнять пользовательские программы будет ослаблена. Операционная система также должна обладать эффективным IPC-механизмом, для того чтобы ее сетевые программы могли обмениваться данными друг с другом и другими приоритетными пользовательскими приложениями.

Windows, имея серьезные недостатки в данных областях, избегает упадка только благодаря тому, что она получила монопольное положение еще до того, как сетевое взаимодействие стало действительно важным, а также благодаря множеству пользователей, которые в силу определенных условий вынуждены принимать как должное аварийные отказы и бреши в системе безопасности, количество которых шокирует. Данную ситуацию нельзя назвать стабильной. Сторонники Linux успешно ее использовали (в 2003 году), для того чтобы проникнуть на рынок серверных операционных систем.

Приблизительно в 1980 году во время расцвета персональных компьютеров проектировщики операционных систем отклонили Unix и традиционную технологию разделения времени как тяжеловесную, Громоздкую и несоответствующую новым условиям, определяемым средой однопользовательских персональных машин. Вместе с тем GUI-интерфейсы требовали внедрения многозадачности, для того чтобы справляться с исполняемыми потоками, связанными с различными окнами и их элементами управления. Направленность на клиентские операционные системы была настолько сильной, что серверные операционные системы были отклонены подобно реликтам на паровой тяге из прошлой эпохи.

Но, как отметили разработчики BeOS, требования распространяющихся сетей невозможно удовлетворить без реализации какой-либо технологии, весьма близкой к общецелевому разделению времени. Однопользовательские клиентские операционные системы не способны преуспеть в Internet-мире.

Данная проблема привела к новому объединению клиентских и серверных операционных систем. Первые (до появления Internet) попытки равноправного сетевого взаимодействия через локальные сети в конце 80-х годов начали выявлять неадекватность конструкторской модели клиентских операционных систем. Для совместного использования данных в сети необходимы точки рандеву (rendezvous points) для этих данных. Следовательно, работа без серверов невозможна. В то же время опыт клиентских операционных систем Macintosh и Windows поднял уровень минимальных пользовательских навыков, которой устроил бы потребителей.

С не-Unix моделями разделения времени, фактически исчезнувшими к 1990 году, существовало не много возможных решений, которые проектировщики клиентских операционных систем могли противопоставить данной проблеме. Они могли выделить Unix (как это было в MacOS X), изобрести заново приблизительно эквивалентные функции по частям (как это сделано в Windows), или попытаться заново создать весь мир (как попыталась и не смогла BeOS). Однако тем временем в Unix-системах с открытым исходным кодом росли клиентские возможности по использованию GUI-интерфейсов, а также возможности работы на недорогих персональных машинах.

Данные факторы оказались, однако, не настолько уравновешенными, как это может показаться из приведенного выше описания. Модернизация таких функций серверных операционных систем, как множество классов привилегий и полная многозадачность, в клиентской операционной системе представляется очень трудной задачей, и, весьма вероятно, нарушит совместимость с предыдущими версиями клиента, а также приведет к многочисленным проблемам безопасности. С другой стороны, проблем связанных с внедрением GUI-интерфейса в серверную операционную систему, вполне можно избежать при условии наличия высококвалифицированного персонала и недорогих аппаратных ресурсов. Как и в строительстве, восстановить надстройку на поверхности прочного фундамента проще, чем заменить фундамент без разрушения надстройки.

Кроме наличия собственных архитектурных преимуществ серверной операционной системы, Unix всегда скептически относилась к целевой аудитории. Разработчики и создатели никогда не допускали, что знают все потенциально возможные способы применения системы.

Следовательно, конструкция операционной системы Unix проявила гораздо большие возможности по модернизации в качестве клиента, чем любая из клиентских операционных систем-конкурентов продемонстрировала возможности по модернизации в качестве сервера. Хотя возрождению Unix в 90-х годах прошлого века способствовало и множество других факторов, как технологических, так и экономических, но именно вышеупомянутые возможности выходят на первый план при обсуждении стиля проектирования операционных систем.

Часть II Проектирование

4 Модульность: четкость и простота

Есть два способа конструирования программного обеспечения. Один из них заключается в том, чтобы создавать такие простые программы, в которых нет недостатков; другой — в том, чтобы создавать программы настолько сложные, чтобы в них не было очевидных недостатков. Первый метод значительно труднее. The Emperor's Old Clothes, САСМ, февраль 1981 -Ч. А. Р. Хоар (С. A. R. Ноаге)

Существует естественная иерархия методов разделения кода на блоки, которая развивалась по мере того, как программистам приходилось управлять возрастающими уровнями сложности. Вначале все программы представляли собой огромную глыбу машинного кода. Ранние процедурные языки внесли понятие разделения на подпрограммы. Затем были изобретены служебные библиотеки для совместного использования общих полезных функций между множеством программ. После этого были разработаны отдельные адресные пространства и взаимодействующие процессы. В настоящее время не вызывает удивления тот факт, что программные системы распределяются среди множества узлов, разделенных тысячами миль сетевого кабеля.