Цифровой журнал «Компьютерра» № 24 - Коллектив Авторов

Ещё вчера был отличнейший пример, я просто счастлив, что на семинаре мне его подсказали. Был человек, который занимается пожарными системами. Он рассказывает про совершенно живую ситуацию: бросок питания — миллисекундный, но вызывающий сбой на процессоре. И после этого охранная система тратит пятнадцать минут на пересчёт датчиков. С «Фантомом» после сбоя питания и перезапуска система будет иметь то же состояние, и датчики пересчитывать уже не надо.

Или вот у вас стоит система, которая занимается жизнеобеспечением больного в больнице. Бросок питания — она перезапустилась и снова должна переинициализировать своё состояние, а больной до этого может просто не дожить. «Фантом» гарантирует ей перезапуск в рабочем состоянии. Оно может быть не вполне тем же самым, что и до выключения, но начнёт система не с нуля, а с полного состояния.

Есть ещё хороший пример того, где это важно (причём я не выдумываю их — это примеры, с которыми к нам приходили люди) — компания, которая делала «Марусю». У них там три или четыре компьютера в машине, при выключении зажигания их нужно выключить, потому что иначе они сожрут аккумулятор мгновенно. При включении зажигания они должны включиться. Сейчас при включении зажигания начинается загрузка — это процесс, который занимает минуты. То, что мы делаем, для них крайне актуально. Система, которая при выключении может «сфотографироваться» и лечь на диск, а при включении подняться в готовом состоянии, — точно соответствует запросам.

Стандартный вопрос, который мне задают: «А как же hibernate?». Во-первых, hibernate требует ручного указания на то, что его надо сделать, во-вторых, он ненадёжен (мы все знаем, что с какой-то вероятностью он не поднимается), потому что это не имманентное свойство системы, а он к ней привинчен снаружи. И третье — он не спасает ситуацию, когда электричество кончилось или произошёл сбой. То есть какая-то ситуация, когда компьютер перестал работать без создания образа.

Опять же, это свойство, которое все понимают, которое вроде как является главным для «Фантома». На самом деле, нет. На самом деле, важнее те вещи, которые проистекают из этой консистентности в программной среде. Что они означают? В современной операционной системе — будь то Unix или Windows, взаимодействие двух программ очень сильно осложнено по массе причин. Во-первых, в силу того, что структура системы построена по принципу раздельных адресных пространств, и они находятся за очень толстой стенкой. Они могут общаться только, грубо говоря, кидаясь друг в друга записочками, причём «записочки» — это довольно дорого, и в эту записочку не запихнёшь сложные структуры, которыми оперируют современные программы.

Во-вторых, нельзя установить долговременные отношения между программами. Оба приложения запускаются и останавливаются. И это обычное дело. Поэтому нельзя сказать «я с тобой буду дружить надолго», потому что он умрёт через пятнадцать минут и запустится уже в другом качестве. Это будет другая копия этой программы, с ней нельзя работать так же. Очень простой пример — запуск Photoshop. Он запускается и начинает сканировать шрифты, плагины, цветовые профили и всё это дело инициализирует при каждом запуске. Почему? Потому что среда не персистентна, он не может просто запомнить указатель на какой-то объект и потом снова пользоваться. Объект может пропасть, не пропасть, его нужно загрузить обязательно. «Фантом» представляет собой среду, в которой «Фотошоп» мог бы один раз найдя шрифт, потом мгновенно запускаться и сразу начинать им пользоваться, имея непосредственный указатель на этот самый шрифт.

- Не нужно ли проверить, не исчезли ли шрифты?

- Они не могут исчезнуть в «Фантоме» в силу того, как работает система сборки мусора. Пока существуют те вещи, которыми пользуются, они будут оставаться. Это вторая интересная особенность «Фантома». Если заглянуть в папку временных файлов любой Windows через год-два работы системы, то выяснится, что там миллионы страшных вещей, которые просто так валяются.

- Хорошо, но если я захочу стереть шрифт?

- Тут вот какая штука. Дело в том, что в той схеме, в которой работает «Фантом» шрифт — это объект, находящийся в рабочем пространстве системы, на который есть ссылка, во-первых, из каталога, в котором он лежит как видимый пользователю, и, во-вторых, из всех тех мест, которые им пользуются. Поэтому если вы сотрёте, он пропадёт из каталога, но пока им пользуется хоть одна программа, он будет фактически присутствовать. Скажем так, пока он будет присутствовать в документах — он будет существовать. Как только исчезнут все документы, которые им пользуются, он будет автоматически уничтожен. И это относится ко всему, что существует в системе. Если поставили новую версию чего бы то ни было, старая версия исчезнет сама, как только в ней исчезнет необходимость. И напротив, она не сможет исчезнуть, убив работу какой-нибудь программы, пока программа в этом нуждается. То есть у пользователя нет возможности испортить работу среды, сломав что-нибудь руками.

- Как на практике происходит это сохранение состояния? Система просто сохраняет всё на диск время от времени? Или как-то более хитро?

- Люди, которые занимаются операционками, довольно быстро понимают, как всё это устроено. Простыми словами рассказать это сложно, но давайте попробую. Дело в том, что состояние на диске уже лежит. В момент сохранения снэпшота происходит запись только тех данных, которые изменились с момента предыдущего снэпшота. Как правило, для обычной системы их не много. Это означает, что снэпшоты можно делать достаточно часто, а при сбое система восстановит состояние довольно близкое к тому, что было раньше.

- А программа сама контролирует, когда её объекты сохраняются?

- Нет. Этого программе вообще не видно. С точки зрения программы, она существует в системе, которая живёт вечно — для неё ничего не меняется. Я полагаю, что современные операционные системы требуют слишком обширных знаний от разработчика, и стремлюсь сделать систему, в которой многие вещи делались бы настолько прозрачно и незаметно, что просто не требовали бы даже думать о них. Это одна из причин, почему ОС называется «Фантом». В «Фантоме» автор программы вообще не должен знать, что такое диск. Он её просто пишет, она просто существует. И часть задачи просто отпадает.

Скорость, с которой система делает снэпшоты, регулируется. Можно сказать — раз в минуту, можно — вообще непрерывно. Закончился один и сразу пошёл другой. Более того, у нас есть желание сделать версию для специальных применений, в которой это будет делаться со скоростью порядка миллисекунд. То есть система будет хранить очень подробную запись того, что происходило, по методу журналирования. Раз в минуту будут делаться полные срезы, а между ними будет вестись список частых изменений. Это позволит получить на обычном «железе» систему, которая сможет восстанавливать очень близкое к моменту сбоя состояние. Но принципиально программа для этого ничего не должна делать.

- Эта непохожесть «Фантома» на другие среды означает, что старые компоненты систем Unix нельзя будет использовать? X Window, к примеру, или OpenGL.

- Вовсе нет. OpenGL у нас даже в каком-то виде сейчас есть в системе. В довольно сыром, правда.

- И это не собственная реализация, а оригинальный код, скомпилированный под «Фантом»?

- Да. Здесь есть две стороны жизни: есть объектная персистентная среда, которую «Фантом» предлагает в качестве родной. Под неё мы собираемся построить способ миграции, который позволил бы втаскивать на неё код, написанный на современных языках — на Java, Python, C#. Это очень большой объём кода, и он, на самом деле, превосходит то, что сделано для Unix. Мы считаем, что это основное направление, в котором нужно двигаться. Конечно же, мы не хотим сделать систему, для которой всё придётся писать заново. Это не оставило бы мне абсолютно никаких шансов.

С Unix ситуация вот какая. Изначально вообще не планировалось поддерживать юниксовый код, потому что родная среда «Фантома» не позволяет поддерживать старые языки программирования — такие как C и Pascal. Есть очень чёткое разделение: есть managed языки и не-managed языки. Managed-языки мы напрямую не поддерживаем. Это совершенно не проблема для современной разработки, потому что сейчас всё делается уже на managed-языках. Но есть довольно большое количество старого кода, написанного на C, на Pascal, на C++.

Изначально я предполагал, что им не нужно заниматься, ещё и потому, что за то время, которое мы будем делать стабильную версию «Фантома», мир ещё раз шагнёт вперёд, и всё старое наследние окажется совершенно неактуальным. Тем не менее, в сегодняшней стадии в «Фантоме» делается Unix-подсистема, которая позволит запускать под ним более или менее немодифицированный Unix-код, хотя X Window мы, наверное, не будем туда затаскивать.