Искусство программирования для Unix

Реймонд Эрик Стивен

В качестве иерархической базы данных terminfo использует саму файловую систему. Это превосходный пример "творческой лени", согласованной с правилами экономии и прозрачности. Это означает, что все обычные инструментальные средства для навигации, изучения и модификации файловой системы могут применяться для навигации, изучения и модификации базы данных terminfo. Не требуется создавать и отлаживать какие-либо специальные средства (отличные от tic(1) и infocmp(1) для упаковки и распаковки отдельных записей). Это также означает, что работа над ускорением доступа к базе данных была бы работой по ускорению самой файловой системы, что создало бы преимущества для гораздо большего количества приложений, а не только для программ, использующих библиотеки curses(3).

Существует

одно дополнительное преимущество такой организации, которое не характерно для случая с terminfo. Имеется возможность использовать Unix-механизм привилегий вместо необходимости создавать собственный уровень управления доступом с его собственными ошибками. Это является следствием принятия философии Unix "все является файлом", а не попыткой противостояния ей.

Расположение каталога terminfo является весьма неэффективным использованием пространства на большинстве файловых систем Unix. Длина записей обычно находится в диапазоне от 400 до 1400 байт, а файловые системы обычно выделяют минимум 4 Кб для каждого непустого файла на диске. Разработчики пошли на такие издержки по той же причине, по которой выбрали упакованный двоичный формат, т.е. для того, чтобы свести к минимуму задержку при запуске в программах, использующих terminfo. С тех пор емкость диска при постоянной цене возросла в тысячи раз, оправдывая данное решение.

Поучителен контраст с форматами, применяемыми в файлах реестра Microsoft Windows. Реестры представляют собой базы данных свойств, используемые как самой операционной системой Windows, так и прикладными программами в ней. Каждый реестр располагается в одном большом файле. Реестры содержат смесь текстовых и бинарных данных, для редактирования которой требуются специализированные инструментальные средства. Среди прочих недостатков подход одного большого файла приводит к печально известному феномену "сползания реестра". Среднее время доступа безгранично возрастает, по мере того как добавляются новые записи. Поскольку стандартного, предоставленного системой API-интерфейса для редактирования реестра не существует, приложения используют специализированный код для самостоятельного редактирования, создавая печально известную опасность повреждения, которое может заблокировать всю систему.

Использование файловой системы Unix в качестве базы данных является хорошей тактикой для подражания в других приложениях с простыми требованиями к базе данных. Весомые причины не делать этого, вероятнее всего, связаны с необходимостью обрабатывать ключи базы данных, которые не выглядят как естественные имена файлов, а не с какими-либо проблемами производительности. В любом случае, это хороший и быстрый прием, который может быть очень полезен при создании прототипов.

6.1.7. Учебный пример: файлы данных Freeciv

Игра Freeciv — стратегия с открытым исходным кодом, прообразом которой послужила классическая игра Civilization II Сида Мейера (Sid Meier). Игра состоит в том, что каждый участник, имея в своем распоряжении группу кочевников каменного века, строит свою цивилизацию. Происходит борьба этих цивилизаций, созданных игроками, в ходе исследования и колонизации мира, военных сражений, развития торговых отношений и технологических новшеств. В качестве игрока может выступать и искусственный интеллект. Выиграть можно, либо "завоевав мир", либо первым достигнув технологического уровня, достаточного для отправки космического корабля к Альфа Центавра. Исходные коды и документация доступны на сайте проекта <http://www.freeciv.org/>.

В главе 7 стратегическая игра Freeciv рассматривается как пример клиент-серверного разделения, в котором сервер поддерживает общее состояние, а клиент концентрируется на .GUI-представлении. Однако данная игра также имеет другую примечательную архитектурную особенность. Большая часть фиксированных данных игры вместо того, чтобы быть встроенной в код сервера, выражается в реестре свойств, который считывается игровым сервером во время запуска игры.

Файлы реестра игры записываются в текстовом формате, в котором текстовые строки (со связанным текстом и числовыми свойствами) группируются

в различные внутренние списки важных данных (таких как нации и типы активных единиц) на игровом сервере. Мини-язык имеет директиву include, и данные игры могут быть разбиты на семантические блоки (различные файлы), каждый из которых можно редактировать по отдельности. Такой выбор конструкции поддерживается до такой степени, что можно определять новые нации и новые типы активных элементов просто путем создания новых определений в файлах данных, абсолютно не затрагивая код сервера.

Синтаксический анализ при запуске сервера Freeciv обладает одной интересной особенностью, которая создает некоторый конфликт между двумя правилами Unix-проектирования и поэтому достойна более подробного рассмотрения. Сервер игнорирует имена свойств, если не имеет информации о том, как использовать данные свойства. Это делает возможным объявление свойств, которые сервер еще не использует, без изменения начального синтаксического анализа. Это означает, что разработка данных игры (политики) и серверного ядра (механизма) могут быть полностью обособлены. С другой стороны, это также означает, что в ходе синтаксического анализа при запуске не будут обрабатываться простые синтаксические ошибки в именах атрибутов. Этот скрытый сбой, по-видимому, нарушает правило исправности.

Для того чтобы разрешить данное противоречие, необходимо отметить, что использование данных реестра входит в задачи сервера, но задача тщательной проверки ошибок в этих данных может быть передана другой программе, запускаемой человеком, редактирующим реестр при каждом его изменении. Одним из решений в духе Unix было бы использование отдельной программы ревизии, которая анализирует либо машинно-считываемую спецификацию формата правил, либо источник серверного кода для определения набора используемых им свойств, выполняет синтаксический анализ реестра Freeciv для определения набора предоставляемых им свойств и формирует отчет об отличиях [61] .

61

Ранним предком таких проверочных программ в операционной системе Unix была утилита lint, программа проверки C-кода, обособленная от компилятора С. Хотя GCC включает в себя ее функции, приверженцы старой школы Unix до сих пор склонны называть процесс запуска такой программы "линтингом" (linting), а ее имя сохранилось в названии таких утилит, как xmllint.

Совокупность всех файлов данных функционально подобна реестру Windows и даже использует синтаксис, аналогичный текстовым частям реестров. Однако проблемы сползания и повреждения в данном случае не возникают, поскольку ни одна программа (внутри или вне набора Freeciv) не записывает информацию в эти файлы. Реестр Freeciv доступен только для чтения и редактируется только кураторами игры.

Влияние синтаксического анализа файлов данных на производительность сведено к минимуму, так как для каждого файла данная операция производится только один раз во время запуска клиента либо сервера.

Рис. 6.3. Главное окно игры Freeciv

6.2. Проектирование, обеспечивающее прозрачность и воспринимаемость

Для того чтобы проектировать программы с учетом прозрачности и воспринимаемости, необходимо применять все тактические приемы для сохранения простоты кода, а также уделять особое внимание способам, которые облегчат обмен информацией между разработчиками. После решения вопроса о том, будет ли данная конструкция работать, первое, что необходимо выяснить, — будет ли код удобочитаемым для других разработчиков и является ли он изящным? Авторы выражают надежду, что к настоящему моменту читателю ясно, что данные вопросы не являются формальными и что изящество кода — не роскошь. Это очень важно для сокращения количества ошибок и увеличения возможности долгосрочного сопровождения поддержки.