Искусство программирования для Unix

Реймонд Эрик Стивен

xmlto

Команда xmlto преобразует DocBook-документы и другие XML-документы в различные форматы, включая HTML, текстовый формат и PostScript. Исходные коды и документация представлены на сайте проекта xmlto <http://www.cyberelk.net/tim/xmlto/>.

В целях сокращения кода, который необходимо прочесть пользователю для понимания примеров, авторы старались подбирать те из них, которые могут использоваться несколько раз, в идеальном случае иллюстрируя несколько различных принципов и практических рекомендаций по проектированию. По той же причине многие примеры взяты из проектов автора. Их не следует рассматривать как наилучшие из возможных примеров, просто автор находит их достаточно известными для использования во многих демонстрационных целях.

Авторские благодарности

Приглашенные

помощники Кен Арнольд (Ken Arnold), Стивен М. Белловин (Steven М. Bellovin), Стюарт Фельдман (Stuart Feldman), Джим Геттис (Jim Gettys), Стив Джонсон (Steve Johnson), Брайан Керниган (Brian Kernighan), Дэвид Корн (David Кот), Майк Леек (Mike Lesk), Дуг Макилрой (Doug Mcllroy), Маршал Кирк Маккьюзик (Marshall Kirk McKusick), Кит Паккард (Keith Packard), Генри Спенсер (Henry Spencer) и Кен Томпсон (Ken Thompson) внесли крупный вклад в создание данной книги. В частности, Дуг Макилрой в очередной раз продемонстрировал свою преданность идеям превосходного качества, которые он привнес в управление еще первой исследовательской группой Unix тридцать лет назад.

Особую благодарность автор выражает Робу Лэндли и своей жене Кэтрин Реймонд, которые строку за строкой редактировали черновик рукописи. Внимательные и тонкие комментарии Роба вдохновили меня на создание нескольких полных глав, кроме того, его замечания во многом определили нынешнюю организацию книги и круг рассмотренных в ней тем. Если бы он написал весь тот текст, который он заставил меня улучшить, то я должен был бы называть его соавтором. Кэти играла роль моей тестовой аудитории, представляя читателей, которые не знакомы с техникой программирования.

В данную книгу вошли полезные моменты, выявленные в ходе обсуждения с другими специалистами в течение пяти лет ее написания. Марк М. Миллер (Mark М. Miller) способствовал автору в освещении темы параллельных процессов. Джон Коуэн (John Cowan) дал несколько ценных рекомендаций, касающихся моделей проектирования интерфейсов и создал черновики учебных примеров программы wily и системы VM/CMS. Джеф Раскин (Jef Raskin) продемонстрировал происхождение правила наименьшей неожиданности. Группа системной архитектуры UIUC (UIUC System Architecture Group) также внесла свои полезные дополнения. Рецензия членов группы вдохновила автора на написание разделов "Что в Unix делается неверно" и "Гибкость на всех уровнях". Рассел Дж. Нельсон (Russell J. Nelson) дополнил материал по образованию цепей Бернштайна в главе 7. Джей Мэйнард (Jay Maynard) значительно помог в разработке учебных примеров MVS в главе 3. Лес Хаттон (Les Hatton) предоставил множество полезных комментариев, касающихся главы "Языки программирования: С или не С?" и побудил автора к созданию раздела "Инкапсуляция и оптимальный размер модуля" в главе 4. Дэвид А. Вилер (David А. Wheeler) внес множество проницательных критических замечаний и некоторые материалы по учебным примерам, особенно в части "Проектирование". Расс Кокс (Russ Сох) помог развить обзор системы Plan 9. Деннис Ритчи (Dennis Ritchie) корректировал некоторые исторические моменты, касающиеся языка С.

В период публичного рассмотрения книги с января по июнь 2003 года сотни Unix-программистов (слишком много, чтобы перечислить здесь их имена), вносили свои советы и комментарии. Как всегда, процесс открытия равноправного обсуждения посредством Web одновременно является крайне трудным и чрезвычайно полезным. Конечно, как всегда, всю ответственность за возможные ошибки автор принимает на себя.

На стиль изложения и некоторые вопросы, рассмотренные в данной книге, оказала определенное влияние известная концепция о моделях проектирования. Действительно, автор размышлял над названием "Модели проектирования в Unix" (Unix Design Patterns). Однако оно было отклонено, поскольку автор был не согласен с некоторыми безоговорочными догмами данной школы и не испытывал необходимости использовать весь его формальный аппарат или принимать культурный багаж. Тем не менее, работы¹ Кристофера Александера (Christopher Alexander) (особенно "The Timeless Way of Building" и "A Pattern Language") оказали свое влияние на авторский подход. Автор считает своим долгом выразить огромную благодарность Группе четырех (Gang of Four) и другим членам их школы за демонстрацию того, каким образом можно использовать работы Александра в отношении проектирования на высоком уровне, не оперируя полностью

неясными и бесполезными общими фразами. Заинтересованным читателям в качестве введения в тему моделей проектирования рекомендуется изучить книгу "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software" [24].

Название данной книги, несомненно, ассоциируется с "Искусством программирования" Дональда Кнута (Donald Knuth). Несмотря на то, что Кнут не связан с традициями Unix, он оказывает влияние на всех нас.

Редакторы с глубоким видением текста и богатым воображением встречаются не так часто, как хотелось бы. Один из них — Марк Тауб (Mark Taub), который смог оценить достоинства приостановленного проекта и деликатно подтолкнул автора к окончанию работы. Хорошим чувством прозаического стиля и достаточными способностями улучшить написанное отличается и Мэри Лау Hop (Mary Lou Nohr). Джерри Вотта Oerry Votta) уловил авторскую идею обложки и сделал ее лучше, чем можно было представить. Весь коллектив издательства Addison-Wesley заслуживает высокой оценки за осуществление редактирования и производственного процесса, а также за терпимость к причудам автора, касавшимся не только текста, но и внешнего дизайна книги, оформления и маркетинга.

Часть I Контекст

1 Философские вопросы

Те, кто не понимает Unix, приговорены к ее созданию, несчастные. Подпись из сообщений группы новостей Usenet, ноябрь 1987года —Генри Спенсер

1.1. Культура? Какая культура?

Это книга о программировании в операционной системе Unix, но в ней неоднократно затрагиваются такие понятия, как "культура", "искусство" и "философия". Читателю, который не является программистом, или программисту, мало связанному с миром Unix, это может показаться странным. Однако операционная система Unix обладает собственной культурой; ей присуще особое искусство программирования и особая философия проектирования. Понимание этих традиций позволит разработчику создавать лучшее программное обеспечение, даже если оно не предназначено для Unix-платформ.

Каждой отрасли техники и проектирования присуща своеобразная техническая культура. В большинстве отраслей техники неписаные традиции являются частью образования практикующего специалиста, которая столь же важна, как официальные учебники и справочные руководства (а по мере накопления опыта часто является даже более важной). Старшие инженеры обнаруживают колоссальные объемы скрытых знаний, которые передаются их ученикам "особым путем" (как у Дзэн-буддистов), т.е. знания "распространяются посредством особой передачи вне священного писания".

Разработка программного обеспечения в общем случае является исключением из данного правила. Технология изменяется столь стремительно, программные среды появляются и исчезают настолько быстро, что т.н. техническая культура определяется как кратковременная и неустойчивая. В то же время это исключение также не всегда справедливо. Очень немногие программные технологии подтвердили свою долговечность, достаточную для развития устойчивой технической культуры, особого искусства и связанной с ним философии проектирования, которые передаются от поколения к поколению инженеров.

Одним из примеров такой культуры является культура операционной системы Unix. Другим примером является культура Internet. Однако в двадцать первом веке можно утверждать, что обе эти культуры представляют собой единое целое. Обе они сформировались, и с начала 80-х годов прошлого века разделять их становится все труднее, поэтому в данной книге четкие границы между ними не проводятся.

1.2. Долговечность Unix

Операционная система Unix родилась в 1969 году и с момента возникновения находится в процессе постоянного использования и развития. Unix пережила несколько эпох, ограниченных стандартами компьютерной индустрии, — она старше, чем персональные компьютеры, рабочие станции, микропроцессоры или даже терминалы с видеодисплеями, и является современником первых полупроводниковых модулей памяти. Из всех современных систем разделения времени (timesharing systems) только о VM/CMS производства корпорации IBM можно утверждать, что она существует более продолжительный период, однако Unix-машины обеспечили в сотни тысяч раз больше служебных часов. Действительно, Unix, вероятно, поддерживает больший объем компьютерных вычислений, чем все остальные системы разделения времени.