Искусство программирования для Unix - Реймонд Эрик Стивен
Вероятнее всего, в ближайшем будущем эта проблема не решится на уровне операционной системы. Разработчикам Unix нравятся четкие простые операции, которые выполняют именно то, что требует пользователь, даже если пользовательские инструкции могут приводить к дестабилизации системы. Инстинкт диктует им, что защита пользователя от его самого должна осуществляться на уровне графического интерфейса или на уровне приложения, но не на уровне операционной системы.
20.3.4. Unix предполагает статичную файловую систему
Unix с одной стороны имеет весьма статичную модель мира. Неявно предполагается, что программы выполняются недолго, так что содержимое файлов и каталогов во время их выполнения можно считать статичным. Не существует стандартного, хорошо организованного способа запрашивать у системы уведомление для приложения в случае, если определенный файл или каталог изменяются. Это становится значительной проблемой при написании долго работающей программы пользовательского интерфейса, которой необходимы сведения об изменении ее окружения.
В операционной системе Linux предусмотрена функция уведомления об изменениях файлов и каталогов116, и эти функции скопированы в некоторых версиях BSD, однако они еще не перенесены на другие Unix системы.
20.3.5. Конструкция системы управления задачами была плохо реализована
Не считая возможности приостанавливать процессы (что само по себе является тривиальным дополнением к планировщику, который мог бы быть сделан довольно безопасно), управление задачами предусмотрено для переключения терминала между несколькими процессами. К сожалению, при этом решается простейшая часть проблемы — определение нажатия клавиши. Вместе с тем сложные части, такие как сохранение и восстановление состояния экрана, передаются приложению.
Действительно хорошая реализация данного средства была бы полностью невидимой для пользовательских процессов: без выделенных сигналов, без необходимости сохранять и восстанавливать режимы терминалов, без необходимости для приложений перерисовывать экран в случайные промежутки времени. Моделью должна быть виртуальная клавиатура, которая иногда подключается к реальной (и блокирует ее, если пользователь запрашивает ввод, когда она не подключена), а также виртуальный экран, который время от времени становится видимым на реальном экране (и может блокировать, а может не блокировать вывод, когда он невидимый), с системой, выполняющей мультиплексирование подобно мультиплексированию доступа к диску, процессору и другим ресурсам, но не влияющей на пользовательские программы в целом117.
При правильной реализации потребовалось бы, чтобы tty-драйвер Unix не просто поддерживал буфер линии, но и полностью отслеживал текущее состояние экрана. Кроме того, потребовалось бы, чтобы сведения о типах терминалов были известны на уровне ядра (возможно, с помощью процесса демона), для того чтобы оно могло соответствующим образом выполнить восстановление, когда приостановленный процесс снова переводится в приоритетный режим. Последствия неправильной реализации заключаются в том, что ядро не способно отключить сеанс как задачу xterm или Emacs от одного терминала и подключить его к другому терминалу (тип которого мог бы отличаться).
Поскольку использование Unix сместилось в сторону Х-дисплеев и эмуляторов терминалов, управление задачами стало сравнительно менее важным и этот вопрос уже не имеет прежней остроты. Однако удручает тот факт, что до сих пор не существует функции приостановления/подключения/отключения. Данная функция могла бы быть полезной для сохранения состояния терминальных сеансов между сеансами регистрации в системе.
Широко распространенная программа с открытым исходным кодом, которая называется screen(1), решает некоторые из этих проблем118. Однако поскольку пользователь должен ее вызвать явно, не гарантируется, что ее возможности будут присутствовать в каждом терминальном сеансе. Кроме того, код уровня ядра, который перекрывает ее в функциональной части, не был удален.
20.3.6. В Unix API не используются исключительные ситуации
Язык С испытывает недостаток средств восстановления для обработки именованных исключительных ситуаций со связанными данными119. Таким образом, С-функции в Unix API сообщают об ошибках путем возвращения известного значения (обычно -1 или указатель на NULL-символ) и установки глобальной переменной errno.
Оглядываясь назад, становится ясно, что это является источником многих неочевидных ошибок. Программисты в спешке часто пренебрегают проверкой возвращаемых значений. Так как исключительные ситуации не обрабатываются, нарушается правило исправности; процесс выполнения программы продолжается до тех пор, пока позднее ошибка не проявится при выполнении как некоторый сбой или повреждение данных.
Отсутствие исключений также означает, что некоторые задачи, которые должны были бы быть простыми идиомами — как выход из обработчика сигналов по версии с сигналами Беркли-стиля — должны осуществляться с помощью сложного кода, который является причиной проблем переносимости и чреват ошибками.
Данная проблема может быть скрыта (и обычно скрывается) привязками Unix API в таких языках, как Python или Java, в которых есть исключительные ситуации.
Недостаток исключений фактически является индикатором проблемы с последующими более крупными последствиями. Слабая онтология типов в С делает проблематичным обмен данными между реализованными на нем языками более высокого уровня. Например, большинство современных языков имеют списки и словари как первичные типы данных. Однако, поскольку они не имеют канонического представления в С, попытки передавать списки между (например) Perl и Python являются неестественными и требуют большого количества связующего кода.
Существуют технологии, такие как CORBA, которые решают более крупную проблему, но они тяжеловесны и склонны задействовать большое количество преобразований во время выполнения.
20.3.7. Вызовы ioctl(2) и fcntl(2) являются препятствиями
Механизмы ioctl(2) и fcntl(2) обеспечивают способ написания перехватчиков (hooks) в драйверах устройств. Первоначальным историческим использованием ioctl(2) была установка параметров, таких как скорость передачи и количество фреймирующих битов в драйверах последовательных линий, отсюда и название ("I/O control"). Позднее вызовы ioctl были добавлены для других драйверов, a fcntl(2) был добавлен как перехватчик в файловую систему.
С годами вызовы ioctl и f cntl распространились. Они часто слабо документированы, а также нередко являются источником проблем переносимости. Каждому из них сопутствует неаккуратное нагромождение макроопределений, описывающих типы операций и специальные значения аргументов.
Основная проблема в данном случае та же, что и "большой блок байтов"; объектная модель Unix слабая и не оставляет естественного пространства для размещения многих вспомогательных операций. Разработчики получают сложный выбор из неудовлетворительных альтернатив. Вызовы f cntl/ioctl проходят через устройства в /dev, новые специализированные системные вызовы или методы через специализированные виртуальные файловые системы, которые привязаны к ядру (например, /ргос Linux и др.).
Пока не ясно, улучшится ли в будущем объектная модель Unix, а если улучшится, то каким образом. Если MacOS-подобные атрибуты файлов станут обычной функцией Unix, подстройка "магических" именованных атрибутов на драйверах устройств может взять на себя роль, которую в настоящее время играют вызовы ioctl/fcntl (это, по крайней мере, исключило бы необходимость в применении макроопределений перед использованием интерфейса). Выше уже отмечалось, что операционная система Plan 9, в которой вместо модели файл/поток байтов используется именованный файловый сервер или файловая система как базовый объект, представляет другой возможный путь.
