Искусство программирования для Unix

Дорогостоящие инструменты разработки и сложные неясные API-интерфейсы ведут к возникновению небольших элитных культур программирования. В таких культурах программные проекты являются крупными, каковыми они и должны быть, для того чтобы окупить вложения как финансового, так и интеллектуального (человеческого) капитала. Для крупных проектов характерно создание крупных программ (и, как следствие, это часто приводит к большим дорогостоящим провалам).

Недорогие инструменты и простые интерфейсы поддерживают любительское программирование, культуру увлеченных энтузиастов и исследования. Программные проекты могут быть небольшими (часто формальная структура проекта является явно излишней), а провалы не являются катастрофическими. Это меняет стиль разработки кода. Кроме прочих преимуществ, они демонстрируют меньшую склонность к неверным подходам.

Любительское программирование стремится к созданию большого количества небольших программ и сообщества знаний, которое самостоятельно укрепляется и расширяется. В мире дешевого аппаратного обеспечения присутствие или отсутствие такого сообщества становится все более важным фактором, определяющим, будет ли операционная система жизнеспособной в течение длительного времени.

Любительское программирование зародилось в Unix. Одним из новшеств, которое впервые появилось в Unix, была поставка компилятора и инструментов написания сценариев как части стандартного инсталляционного набора, доступного для всех пользователей. Это поддерживало культуру разработки программного обеспечения как хобби, которая охватила множество инсталляций. Множество любителей, писавших код в Unix, не считали свое занятие разработкой кода, они считали его написанием сценариев для автоматизации общих задач или настройкой своей среды.

Для того чтобы разработать систему, полностью противоположную Unix, нужно сделать любительское программирование невозможным.

3.2. Сравнение операционных систем

Логика выбора конструкции Unix становится более очевидной в сравнении с другими операционными системами. Ниже приводится только общий обзор конструкций [23] .

На рис. 3.1. отражены генетические связи между рассматриваемыми операционными системами разделения времени. Несколько других операционных систем (отмеченные серым цветом и не обязательно являющиеся системами разделения времени) включены для расширения контекста. Системы, названия которых обрамлены сплошными линиями, до сих пор существуют. Дата "рождения" представляет собой дату первой поставки [24] , дата "смерти", как правило, — это дата, когда поставщик прекратил поставку системы.

23

Более подробный анализ технических характеристик различных операционных систем приведен на Web-сайте OSData <http://www.osdatа.com/>.

24

За исключением системы Multics, которая в основном оказывала влияние в период между опубликованием се спецификаций в 1965 году и ее фактической поставкой в 1969 году.

Сплошные стрелки указывают на генетическую связь или очень сильное влияние дизайна (т.е. более позднюю систему с API-интерфейсом, умышленно переработанным путем обратного проектирования для соответствия более ранней системе). Штриховые линии указывают на значительное влияние конструкции, а пунктирные — наоборот, на слабое влияние конструкции. Не все генетические связи подтверждаются разработчиками. В действительности, некоторые из них были официально отвергнуты по соображениям законности или корпоративной стратегии, но являются открытыми секретами в индустрии.

Блок "Unix" включает в себя все частные Unix-системы, включая AT&T и ранние версии Berkeley Unix. Блок "Linux" включает в себя Unix-системы с открытыми исходными кодами, каждая из которых была основана в 1991 году. Они имеют генетическую наследственность от раннего Unix-кода, который был освобожден от частного контроля AT&T соглашением по судебному процессу 1993 года [25] .

3.2.1. VMS

VMS — частная операционная система, первоначально разработанная для мини-компьютера VAX корпорации "Digital Equipment Corporation" (DEC). Впервые она была выпущена в 1978 году и была важной действующей операционной системой в 80-х и начале 90-х годов. Сопровождение данной системы продолжалось, когда DEC была приобретена компанией Compaq, а последняя — корпорацией Hewlett-Packard.

25

Подробности данного процесса описаны в статье Маршала Кирка Маккьюзика в [56].

На момент написания книги операционная система VMS продолжала продаваться и поддерживаться [26] . VMS приведена в данном обзоре для демонстрации контраста между Unix и другими CLI-ориентированными операционными системами эры мини-компьютеров.

Рис. 3.1. Схема исторических связей между системами разделения времени

Операционная система VMS имеет полную вытесняющую многозадачность, однако создание дочерних процессов в ней весьма дорогостоящее. Файловая система в VMS имеет детально разработанное понятие типов записи (хотя в ней нет атрибутов). Данные черты приводят к тем же последствиям, которые рассматривались выше, в особенности в VMS проявляется тенденция к увеличению размеров программ и созданию тяжеловесных монолитов.

26

Более подробная информация доступна на Web-сайте OpenVMS.org <http://www.openvms.org>

VMS характеризуется длинными, четкими системными командами, подобными инструкциям COBOL, и параметрами команд. В VMS имеется весьма полная интерактивная справочная система (не по API-интерфейсам, а по запускаемым программам и синтаксису командной строки). Фактически CLI-интерфейс VMS и ее справочная система являются организационной метафорой VMS. Хотя система X Window модифицирована для VMS, подробный CLI-интерфейс продолжает оказывать наиболее важное стилистическое влияние на проектирование программ. В связи с этим определяется ряд следующих факторов и последствий.

• Частота, с которой используются функции командной строки — чем длиннее команда, которую необходимо ввести, тем меньше пользователь хочет это делать.

• Размер программ — люди хотят вводить с клавиатуры меньше команд, а значит, использовать меньше программ и писать более крупные программы с большим количеством функций.

• Количество и тип принимаемых программой параметров — они должны соответствовать синтаксическим ограничениям, налагаемым справочной системой.

• Простота использования справочной системы — справка в VMS весьма полная, но поиск и поисковые средства в ней отсутствуют, кроме того, индексация справочной системы недостаточная. Это затрудняет получение четких сведений, поддерживает специализацию и препятствует любительскому программированию.

VMS имеет заслуживающую доверия систему внутренних границ. Она была разработана для действительно многопользовательской работы, и для того чтобы оградить процессы друг от друга, полностью использует аппаратный блок MMU. Системный интерпретатор команд является привилегированной программой, но инкапсуляция важных функций остается достаточно хорошей. Взломы системы безопасности VMS бывают редко.

Первоначально VMS-инструменты были дорогими, а интерфейсы сложными. Огромное количество программной документации для VMS доступны только в бумажной форме, поэтому поиск каких-либо сведений является продолжительной и трудоемкой операцией. Данные причины препятствовали исследовательскому программированию и изучению обширного инструментария. Только после того как поставщик VMS почти забросил данную систему, вокруг нее развилось любительское программирование и культура хобби, но данная культура не является особенно стойкой.

Подобно Unix, операционная система VMS предшествовала разграничению клиент/сервер. Она была успешной в свое время в качестве общецелевой операционной системы разделения времени. Целевую аудиторию главным образом представляли технические пользователи и преимущественно программные предприятия, допускающие умеренную сложность.

3.2.2. MacOS

Операционная система Macintosh была разработана в компании Apple в начале 80-х годов прошлого века. Ее создателей вдохновила передовая работа по разработке GUI-интерфейсов, осуществленная ранее в Исследовательском центре Palo Alto (Palo Alto Research Center) компании Xerox. Она увидела свет вместе с Macintosh в 1984 году. С тех пор MacOS подверглась двум значительным преобразованиям конструкции, а в настоящее время претерпевает третье. Первое преобразование было связано с переходом от поддержки только одного приложения в тот или иной момент времени к невытесняющей многозадачности (MultiFinder). Вторым преобразованием был переход с процессоров серии 68000 на процессоры PowerPC, что позволило сохранить обратную бинарную совместимость с приложениями 68K, а также добавило для PowerPC-приложений усовершенствованную систему управления общими библиотеками, заменяющую исходную систему прерываний совместно используемых программ на основе инструкций процессора 68K. Третьим преобразованием было объединение в системе MacOS X конструкторских идей MacOS с Unix-производной инфраструктурой. В данном разделе рассматриваются предшествующие MacOS X версии данной системы, кроме случаев, где это будет отмечено особо.

В MacOS прослеживается очень сильное влияние унифицирующей идеи, которая весьма отличается от идеи Unix: нормы проектирования интерфейсов компьютеров Macintosh (Mac Interface Guidelines). Они подробнейшим образом определяют внешний вид графического интерфейса приложений и режимы его работы. Согласованность норм значительно влияет на культуру пользователей компьютеров Macintosh. Нередко просто перенесенные программы из DOS или Unix, не соблюдающие определенные нормы, немедленно отвергаются сообществом Mac-пользователей и терпят неудачи на рынке.