Искусство программирования для Unix

Plan 9 обладает и другими полезными функциями, включая воссоздание некоторых из наиболее проблемных областей интерфейсов системных вызовов Unix, устранение суперпользователя и пересмотр многих других интересных функций. "Родословная" операционной системы Plan 9 безупречна, ее конструкция элегантна, и она выявляет некоторые значительные ошибки в конструкции Unix. В отличие от большинства попыток второй системы, она создала архитектуру, которая во многих аспектах проще и более элегантна, чем архитектура ее предшественницы. Почему же Plan 9 не превзошла Unix во всем мире?

Можно назвать множество специфических причин — недостаток каких-либо серьезных попыток продвижения данной системы на рынке, ограниченная документация, большая путаница и препятствия, связанные с платой и лицензионными отчислениями. Тем, кто незнаком с Plan 9, кажется, что она функционирует в основном как опытный образец для написания интересных статей по исследованию операционных систем. Однако сама Unix ранее преодолела все подобные препятствия и привлекла преданных последователей, распространивших ее по всему миру. Почему же этого не случилось с Plan 9?

Глубокий анализ данной истории мог бы, конечно, прояснить ситуацию, но в 2003 году она такова, что Plan 9 провалилась просто потому, что не стала настолько убедительным усовершенствованием Unix, чтобы заменить свою предшественницу. По сравнению с Plan 9, Unix "скрепит, гремит и имеет очевидные пятна ржавчины", однако, она выполняет свою работу достаточно хорошо для того, чтобы удерживать позиции. Это урок для честолюбивых системных архитекторов: самым опасным врагом наилучшего решения является существующая база кода, которая просто достаточно хороша.

Некоторые идеи Plan 9 были впитаны современными Unix-системами, особенно наиболее инновационными версиями с открытым исходным кодом. А во FreeBSD файловая система /proc смоделирована в точности, как в Plan 9, и ее можно использовать для опроса или управления работающими процессами. Системные вызовы rfork(2) в FreeBSD и clone(2) в Linux смоделированы на основе rfork(2) в Plan 9. Файловая система /proc в Linux, кроме информации о процессах, содержит еще и множество файлов устройств, синтезированных наподобие Plan 9, которые используются для опроса и управления внутренними параметрами ядра с помощью преимущественно текстовых интерфейсов. Экспериментальные версии Linux 2003 года реализовали точки монтирования процессов, что является серьезным шагом в сторону частных пространств имен Plan 9. Различные Unix-системы с открытым исходным кодом двигаются в направлении общесистемной поддержки кодировки UTF-8, которая фактически была создана для Plan 9 [150] .

150

История о том, как была создана UTF-8, включает в себя описание безумной ночной работы Кена Томпсона и Роба Пайка — <http://www.cl.cam.ac.uk/~mgk25/ucs/utf-8-history.txt>.

Вполне вероятно, что со временем гораздо больше функций Plan 9 будут работать в Unix, по мере того как различные части архитектуры Unix будут плавно устаревать. Это одно из возможных направлений развития будущей Unix.

20.3. Проблемы в конструкции Unix

Операционная система Plan 9 "очищает" Unix, но добавляет лишь одну новую концепцию (частное пространство имен) к ее основному набору конструктивных идей. Однако есть ли серьезные проблемы в этих базовых идеях? В главе 1 рассматривалось несколько областей, в которых Unix, вероятно, можно считать неудачной. В настоящее время, когда движение в поддержку открытого исходного кода "передало будущее" конструкции Unix обратно в руки программистов и технических специалистов, эти проблемы близки к разрешению. Ниже проблемы Unix рассматриваются снова, для того чтобы лучше понять, как Unix будет развиваться в будущем.

20.3.1. Unix-файл представляет собой только большой блок байтов

Любой файл в Unix представляет собой только большой блок байтов без каких-либо других атрибутов. В частности, не существует возможности сохранять за пределами данных файла информацию о его типе или указатель на связанную прикладную программу.

В более широком смысле все рассматривается как поток байтов. Даже аппаратные устройства являются потоками байтов. Данная метафора была большим успехом ранней Unix и большим преимуществом в мире, где (например) компилируемые программы не могли осуществлять вывод, который мог бы быть отправлен обратно компилятору. Из данной метафоры выросли каналы и shell-программирование.

Однако метафора байтового потока в Unix настолько существенна, что в Unix имеются проблемы при интеграции программных объектов с операциями, которые не вписываются в байтовый поток или файловый состав операций (создание, открытие, чтение, запись, удаление). Это особенно является проблемой для GUI-объектов, таких как пиктограммы, окна и "активные" документы. Внутри классической Unix- модели мира единственный способ расширить существующую метафору байтового потока заключается в использовании вызовов ioctl, печально известных как уродливая коллекция лазеек в пространство ядра.

Приверженцы операционных систем семейства Macintosh склонны громогласно критиковать это. Они пропагандируют модель, в которой одно имя файла может иметь как "ветвь" данных, так и "ветвь" ресурсов. Ветвь данных соответствует байтовому потоку в Unix, а "ветвь" ресурсов является семейством пар имя/значение. Приверженцы Unix предпочитают такие подходы, которые делают данные файла самоописательными, так чтобы фактически те же метаданные хранились внутри файла.

Проблема Unix-подхода состоит в том, что каждая программа, которая записывает файл, должна иметь информацию о его структуре. Таким образом, например, если требуется, чтобы информация о типе файла хранилась внутри данного файла, то каждое инструментальное средство, обрабатывающее данный файл, должно "позаботиться" о том, чтобы либо сохранить поле типа неизменным, либо интерпретировать его, а затем перезаписать. Несмотря на то, что организовать это теоретически возможно, на практике такие конструкции были бы слишком хрупкими.

С другой стороны, поддержка файловых атрибутов сопряжена с трудными вопросами о том, какие файловые операции должны их сохранять. Очевидно, что при копировании именованного файла в другой именованный файл должны также копироваться атрибуты файла источника, как и его данные. Однако что произойдет, если файл был перенаправлен в новый файл с помощью команды cat(1)?

Ответ на этот вопрос зависит от того, что подразумевается под атрибутами — они действительно представляют собой свойства имен файлов, или они некоторым волшебным способом встроены в данные файла как разновидность неотображаемого заголовка или окончания файла. Какие операции сделают свойства отображаемыми?

Разработчики файловой системы Xerox PARC боролись с данной проблемой в 70-х годах прошлого века. Для конструкции был характерен "открытый сериализованный" вызов, который возвращал байтовый поток, содержащий как атрибуты, так и содержимое файла. Если вызов применялся к каталогу, то он возвращал сериализацию атрибутов каталога плюс сериализацию всех файлов, хранящихся в нем. Не заметно, чтобы этот подход когда-либо был усовершенствован.

Ядро 2.5 Linux уже поддерживает присоединение подобных пар имя/значение как свойств имени файла, однако на момент написания данной книги эта возможность еще широко не использовалась в приложениях. Последние версии операционной системы Solaris имеют приблизительно эквивалентную функцию.

20.3.2. Слабая поддержка GUI-интерфейсов в Unix

Опыт Unix доказывает, что использование нескольких метафор в качестве базиса для интегрирующей структуры представляет собой мощную стратегию (обсуждение интегрирующих структур и общего контекста приведено в главе 13). Визуальная метафора "в сердце" современных GUI-интерфейсов (файлы, представленные пиктограммами и открываемые щелчком мыши, который запускает некоторую программу, предназначенную для обработки и обычно способную создавать и редактировать данные файлы) с момента ее разработки в Xerox PARC в 1970-х годах доказала свою способность успешно и долговременно удерживать пользователей и разработчиков интерфейсов.