Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

Интересной особенностью потоков и средства STREAMS[74] является то, что модули трансляции протокола можно внести в путь обработки ядра, так что данные устройства, используемого пользовательским процессом, проходя через дуплексный канал, фактически фильтруются. Данную возможность можно использовать, например, для реализации протокола построчного редактирования для терминального устройства. Также можно было бы реализовать такие протоколы, как IP или TCP, не встраивая их непосредственно в ядро.

Потоки стали попыткой упорядочить запутанную функцию ядра, которая называлась "протоколами линий" (line disciplines) — альтернативные режимы обработки символьных потоков, поступающих от последовательных терминалов и ранних локальных сетей. Однако по мере того как последовательные терминалы исчезали из вида, локальные сети Ethernet приобретали широкое распространение, а TCP/IP вытеснял другие наборы протоколов и мигрировал в ядра Unix, чрезвычайная гибкость, предоставляемая средством STREAMS, практически была утеряна. В 2003 году средство STREAMS поддерживалось в System V Unix, как и в некоторых гибридах System V/BSD, таких как Digital Unix и Solaris производства Sun Microsystems.

Linux и другие Unix-системы с открытыми исходными кодами фактически отказались от STREAMS. Модули ядра и библиотеки Linux доступны на сайте проекта LiS <http://www.gcom.com/home/linux/lis/>, но (к середине 2003 года) не интегрированы в основное ядро Linux. Они не поддерживаются в отличных от Unix операционных системах.

7.3.2. Методы удаленного вызова процедур

Несмотря немногочисленные исключения, такие как NFS (Network File System) и проект GNOME, попытки заимствовать технологии CORBA, ASN.1 и другие формы интерфейса удаленного вызова процедур в основном провалились. Данные технологии не прижились в Unix-культуре.

В основе этого, очевидно, лежит несколько проблем. Первая — RPC-интерфейсы не воспринимаются, т.е. опросить данные интерфейсы об их возможностях очень трудно. Кроме того, трудно осуществлять их мониторинг во время их работы без создания средств однократного применения настолько же сложных, насколько сложна программа, работа которой будет отслеживаться (некоторые из причин были рассмотрены в главе 6). Они имеют те же проблемы перекоса версий, что и библиотеки, но проблемы интерфейсов гораздо сложнее выявить, поскольку они распределены и неочевидны на этапе компоновки.

Существует еще одна проблема: интерфейсы, имеющие более развитые сигнатуры типов, также стремятся к большей сложности, а следовательно, являются более неустойчивыми. С течением времени происходит нарушение их онтологии, по мере того как ассортимент типов, проходящих через интерфейсы, неуклонно растет, а отдельные типы становятся более сложными. Нарушение онтологии становится проблемой, поскольку несогласованность структур более вероятна, чем несогласованность строк. Если онтология программ с каждой стороны не совпадает, то значительно затрудняется взаимодействие данных программы и устранение ошибок. Наиболее успешными RPC-приложениями (такими как Network File System) являются те, в которых прикладная область изначально имеет только несколько простых типов данных.

Обычным аргументом в пользу RPC является то, что данная технология допускает использование "более развитых" интерфейсов, чем методы, подобные текстовым потокам, — т.е. таких интерфейсов, в которых онтология типов данных является более сложной и специфичной для прикладной задачи. Однако нельзя забывать о правиле простоты. В главе 4 отмечалось, что одной из функций интерфейсов является создание заслонок, препятствующих взаимному проникновению деталей внутренней реализации модулей. Следовательно, главный аргумент в пользу RPC также является аргументом, подтверждающим возрастание глобальной сложности, вместо того, чтобы минимизировать ее.

RPC представляется методикой, которая поощряет создание крупных, причудливых, перепроектированных систем с неясными интерфейсами, высокой глобальной сложностью и серьезными проблемами надежности и перекоса версий — идеальный пример неуправляемых громоздких связующих уровней.

Технологии COM и DCOM в Windows являются, возможно, основными примерами того, насколько это может быть плохо, но существует множество других примеров. Компания Apple отказалась от технологии OpenDoc, a CORBA и однажды широко разрекламированная методика Java RMI исчезли с горизонта Unix, как только люди приобрели практический опыт работы с ними. Это вполне возможно, поскольку данные методы фактически решают не больше проблем, чем создают.

Эндрю С. Таненбаум (Andrew S. Tanenbaum) и Роберт ван Ренесс (Robbert van Renesse) подробно проанализировали общую проблему в статье "A Critique of the Remote Procedure Call Paradigm" [83], которая должна послужить строгим предостережением для тех, кто рассматривает возможность использования архитектуры, основанной на методиках RPC.

Все описанные проблемы могут обусловить долгосрочные трудности для сравнительно небольшого числа Unix-проектов, в которых используются RPC-методы. Среди таких проектов наиболее известным, вероятно, является GNOME[75]. Данные проблемы также вносят свой вклад в печально известные уязвимости незащищенных NFS-серверов.

С другой стороны, в мире Unix строго придерживаются прозрачных и воспринимаемых интерфейсов. Это одна из сил в основе непреходящей преданности Unix-культуры IPC-механизмам на основе текстовых протоколов. Часто утверждают, что издержки синтаксического анализа текстовых протоколов являются проблемой производительности по сравнению с двоичными RPC-протоколами, но RPC-интерфейсы склонны иметь проблемы задержек, которые представляются гораздо худшими, поскольку (а) невозможно без усилий заранее предсказать количество операций маршалинга и демаршалинга, которое будет задействовано определенным вызовом, и (b) RPC-модель поощряет программистов рассматривать сетевые транзакции как бесплатные. Добавление даже одного дополнительного обхода в интерфейс транзакции, как правило, добавляет сетевую задержку, достаточную для того, чтобы превысить любые издержки, связанные с синтаксическим анализом или маршалингом.

Даже если текстовые потоки были бы менее эффективными, чем RPC, потери производительности были бы незначительными и линейными, а такую проблему лучше решать с помощью модернизации аппаратного обеспечения, чем путем увеличения времени разработки или внесения дополнительной архитектурной сложности. Все потери производительности при использовании текстовых потоков, компенсируются благодаря возможности разрабатывать менее сложные системы, которые упрощают мониторинг, моделирование и понимание.

В настоящее время такие протоколы (XML-RPC и SOAP) являются интересным способом слияния RPC-методов и текстовых потоков в Unix. Протоколы XML-RPC и SOAP, будучи текстовыми и прозрачными, более приемлемы для Unix-программистов, чем небезопасные и тяжеловесные двоичные форматы сериализации, на смену которым они приходят. Несмотря на то, что они не решают всех глобальных проблем, указанных Танненбаумом и ван Ренессом, они действительно отчасти комбинируют преимущества текстовых потоков и RPC-методов.

7.3.3. Опасны ли параллельные процессы?

Хотя Unix-разработчики давно привыкли к вычислениям с помощью взаимодействующих процессов, среди них нет собственной традиции использования параллельных процессов (процессов, которые совместно используют все выделенное им адресное пространство). Параллельные процессы представляют собой недавнее заимствование извне, и тот факт, что Unix-программисты обычно испытывают к ним неприязнь, не является просто случайностью или исторически непредвиденным поворотом событий.

С точки зрения управления сложностью параллельные процессы являются плохой заменой легковесным процессам с собственными адресными пространствами. Идея параллельных процессов естественна для операционных систем с дорогим созданием подпроцессов и слабыми IPC-средствами.

По определению, несмотря на то, что дочерние параллельные процессы главного процесса обычно обладают отдельными наборами локальных переменных, они совместно используют ту же глобальную память. Задача управления конфликтами и критическими областями в данном общем адресном пространстве является крайне сложным и богатым источником глобальной сложности и ошибок. Она может быть решена, однако по мере того, как растет сложность одного режима блокировки, соответственно растет вероятность конкуренции и взаимоблокировок благодаря непредвиденному взаимодействию.

Параллельные процессы являются источником ошибок, поскольку они могут чрезмерно просто получить слишком много сведений о внутренних состояниях друг друга. Не существует автоматической инкапсуляции, как это было бы между процессами с обособленными адресными пространствами, которые для обмена данными должны явно использовать IPC-методы. Таким образом, программы, разделенные на параллельные процессы, страдают не только от обычных проблем, связанных с конфликтами, но и от целых новых категорий ошибок, зависимых от синхронизации, которые крайне трудны даже для воспроизведения, не говоря об их устранении.