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介绍linux下文件和设备编程

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　　１９９３年以前我在一个小的免费访问的名为Chester County InterLink的ISP的做技术工作，它位于Pennsylvania的West Chester。（我协助建立了CCIL，并写了我们独特的多用户BBS系统——你可以telnet到locke.ccil.org来检测一下。今天它在十九条线上支持三千的用户）。这个工作使我可以一天二十四小时通过CCIL的56K专线连在网上，实际上，它要求我怎么做！<p>
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　　所以，我对Internet email很熟悉。因为复杂的原因，很难在我家里的机器（snark.thyrsus.com）和CCIL之间用SLIP工作。最后我终于成功了，但我发现不得不时常telnet到locke来检查我的邮件，这真是太烦了。我所需要的是我的邮件发送到snark,这样biff(1)会在它到达时通知我。<p>
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　　简单地sendmail的转送功能是不够的，因为snark并不是总在网上而且没有一个静态地址。我需要一个程序通过我的SLIP连接把我的本地发送的邮件拉过来。我知道这种东西是存在的，它们大多使用一个简单的协议POP（Post Office Protocol）。而且，locke的BSD/OS操作系统已经自带了一个POP3服务器。<p>
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　　我需要一个POP3客户。所以我到网上去找到了一个。实际上，我发现了三、四个。我用了一会pop-perl，但它却少一个明显的特征：抽取收到的邮件的地址以便正确回复。<p>
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　　问题是这样的：假设locke上一个叫“joe”的人向我发了一封邮件。如果我把它取到snark上准备回复时,我的邮件程序会很高兴地把它发送给一个不存在的snark上的“joe”。手工的在地址上加上“@ccil.org”变成了一个严酷的痛苦。<p>
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　　这显然应是计算机替我做的事。（实际上，依据RFC1123的5.2.18节，sendmail应该做这件事）。但是没有一个现存的POP客户知道怎样做！于是这就给我们上了第一课：<p>
　　1.每个好的软件工作都开始于搔到了开发者本人的痒处。<p>
　　也许这应该是显而易见的（“需要是发明之母”长久以来就被证明是正确的），但是软件开发人员常常把他们的精力放在它们既不需要也不喜欢的程序，但在Linux世界中却不是这样——这解释了为什么从Linux团体中产生的软件质量都如此之高。<p>
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　　那么，我是否立即投入疯狂的工作中，要编出一个新的POP3客户与现存的那些竞争呢？才不是哪！我仔细考察了手头上的POP工具，问自己“那一个最接近我的需要？”因为：<br>
　　2.好程序员知道该写什么，伟大的程序员知道该重写（和重用）什么。<p>
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　　我并没有声称自己是一个伟大的程序员，可是我试着效仿他们。伟大程序员的一个重要特点是建设性的懒惰。他们知道你是因为成绩而不是努力得到奖赏，而且从一个好的实际的解决方案开始总是要比从头干起容易。<p>
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　　例如，Linux并不是从头开始写Linux的。相反的它从重用Minix（一个386机型上的类似Unix的微型操作系统）的代码和思想入手。最后所有的Minix代码都消失或被彻底的重写了，但是当它们在的时候它为最终成为Linux的雏形做了铺垫。<p>
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　　秉承同样的精神，我去寻找良好编码的现成的POP工具，用来作为基础。<p>
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　　Unix世界中的代码共享传统一直对代码重用很友好（这正是为什么GNU计划不管Unix本身有多么保守而选取它作为基础操作系统的原因）。Linux世界把这个传统推向技术极限：它有几个T字节的源代码可以用。所以在Linux世界中花时间寻找其他几乎足够好的东西，会比在别处带来更好的结果。<p>
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　　这也适合我。加上我先前发现的，第二次寻找找到了9个候选者——fetchPOP，PopTart，get-mail，gwpop，pimp，pop-perl，popc，popmail 和 upop）。我首先选定的是“fetchpop”。我加入了头标重写功能，并且做了一些被作者加入他的1.9版中的改进。<p>
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　　但是几个星期之后，我偶然发现了Carl Harris写的“popclient”的代码，然后发现有个问题，虽然fetchpop有一些好的原始思想(比如它的守护进程模式)，它只能处理pop3，而且编码的水平相当业余(Seung-Hong是个很聪明但是经验不足的程序员)，Carl的代码更好一些，相当专业和稳固，但他的程序缺少几个重要的相当容易实现的fetchpop的特征(包括我自己写的那些)。<p>
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　　继续呢还是换一个? 如果换一个的话，作为得到一个更好开发基础的代价，我就要扔掉我已经有的那些代码。<p>
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　　换一个的一个实际的动机是支持多协议，pop3是用的最广的邮局协议，但并非唯一一个，Fetchpop和其余几个没有实现POP2.RPOP，或者APOP，而且我还有一个为了兴趣加入IMAP(Internet Message Access Protocol，最近设计的最强大的邮局协议)的模糊想法。<p>
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　　但是我有一个更加理论化的原因认为换一下会是一个好主意，这是我在Linux很久以前学到的：<p>
　　3.“计划好抛弃，无论如何，你会的”(Fred Brooks,《神秘的人月》第11章)<p>
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　　或者换句话说，你常常在第一次实现一个解决方案之后才能理解问题所在，第二次你也许才足够清楚怎样做好它，因此如果你想做好，准备好推翻重来至少一次。<p>
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　　好吧(我告诉自己)，对fetchpop的尝试是我第一次的尝试，因此我换了一下。<p>
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　　当我在1996年6月25日把我第一套popclient的补丁程序寄给Carl Harris之后，我发现一段时间以前他已经对popclient基本上失去了兴趣，这些代码有些陈旧，有一些次要的错误，我有许多修改要做，我们很快达成一致，我来接手这个程序。不知不觉的，这个计划扩大了，再也不是我原先打算的在已有的pop客户上加几个次要的补丁而已了，我得维护整个的工程，而且我脑袋里涌动着一些念头要引起一个大的变化。<p>
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　　在一个鼓励代码共享的软件文化里，这是一个工程进化的自然道路，我要指出：<p>
　　4. 如果你有正确的态度，有趣的问题会找上你的，但是Carl Harris的态度甚至更加重要，他理解：<p>
　　5.当你对一个程序失去兴趣时，你最后的责任就是把它传给一个能干的后继者。<p>
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　　甚至没有商量，Carl和我知道我们有一个共同目标就是找到最好的解决方案，对我们来说唯一的问题是我能否证明我有一双坚强的手，他优雅而快速的写出了程序，我希望轮到我时我也能做到。<p>
三. 拥有用户的重要性<p>
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　　于是我继承了popclient，同样重要的是，我继承了popclient的用户基础，用户是你所拥有的极好的东西，不仅仅是因为他们显示了你正在满足需要，你做了正确的事情，如果加以适当的培养，他们可以成为合作开发者。<p>
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　　Unix传统另一有力之处是许多用户都是黑客，因为源优码是公开的，他们可以成为高效的黑客，这一点在Linux世界中也被推向了令人高兴的极致，这对缩短调试时间是极端重要的，在一点鼓励之下，你的用户会诊断问题，提出修订建议，帮你以远比你期望快得多的速度的改进代码。<p>
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　　6. 把用户当做协作开发者是快速改进代码和高效调试的无可争辩的方式。<p>
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　　这种效果的力量很容易被低估，实际上，几乎所有我们自由软件世界中的人都强烈低估了用户可以多么有效地对付系统复杂性，直到Linus让我们看到了这一点。<p>
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　　实际上，我认为Linus最聪明最了不起的工作不是创建了Linux内核本身，而是发明了Linux开发模式，当我有一次当着他的面表达这种观点时，他微笑了一下，重复了一句他经常说的话：“我基本上是一个懒惰的人，依靠他人的工作来获取成绩。”象狐狸一样懒惰，或者如Robert Heinlein所说，太懒了而不会失败。<p>
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　　回顾起来，在GNU Emacs Lisp库和Lisp代码集中可以看到Linux方法的成功，与Emacs的C内核和许多其他FSF的工具相比，Lisp代码库的演化是流动性的和用户驱动的，思想和原型在达到最终的稳定形式之前往往要重写三或四次，而且经常利用Internet的松散合作。<p>
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　　实际上，我自己在fetchmail之前最成功的作品要算Emacs VC模式，它是三个其他的人通过电子邮件进行的类似Linux的合作，至今我只见过其中一个人(Richard Stallman)，它是SCCS、RCS和后来的CVS的前端，为Emacs提供“one-touch”版本控制操作，它是从一个微型的、粗糙的别人写好的sccs.el模式开始演化的，VC开发的成功不像Emacs本身，而是因为Emacs Lisp代码可以很快的通过发布／测试／改进的过程。<p>
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　　(FSF的试图把代码放入GPL之下的策略有一个未曾预料到的副作用，它让FSF难以采取市集模式，因为他们认为每个想贡献二十行以上代码的人都必须得到一个授权，以使受到GPL的代码免受版权法的侵扰，具有BSD和MITX协会的授权的用户不会有这个问题，因为他们并不试图保留那些会使人可能受到质询的权力)。<p>
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四. 早发布、常发布<p>
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　　尽量早尽量频繁的发布是Linux开发模式的一个重要部分，多数开发人员(包括我)过去都相信这对大型工程来说是个不好的策略，因为早期版本都是些充满错误的版本，而你不想耗光用户的耐心。<p>
　　这种信仰强化了建造大教堂开发方式的必要性，如果目标是让用户尽可能少的见到错误，那你怎能不会仅仅每六个月发布一次(或更不经常)，而且在发布之间象一只狗一样辛勤“捉虫”呢? Emacs C内核就是以这种方式开发的，Lisp库，实际上却相反，因为有一些有FSF控制之外的Lisp库，在那里你可以独立于Emacs发布周期地找寻新的和开发代码版本。<p>
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　　这其中最重要的是Ohio州的elisp库，预示了今天的巨大的Linux库的许多特征的精神，但是我们很少真正仔细考虑我们在做什么，或者这个库的存在指出了FSF建造教堂式开发模式的什么问题，1992年我曾经做了一次严肃的尝试，想把Ohio的大量代码正式合并到Emacs的官方Lisp库中，结果我陷入了政治斗争中，彻底失败了。<p>
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　　但是一年之后，在Linux广泛应用之后，很清楚，一些不同的更加健康的东西诞生了，Linus的开发模式正好与建造教堂方式相反，Sunsite和tsx-11的库开始成长，推动了许多发布。所有这些都是闻所未闻的频繁的内核系统的发布所推动的。<p>
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　　Linus以所有实际可能的方式把它的用户作为协作开发人员。<p>
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　　7. 早发布、常发布、听取客户的建议<p>
　　Linus的创新并不是这个(这在Unix世界中是一个长期传统)，而是把它扩展到和他所开发的东西的复杂程度相匹配的地步，在早期一天一次发布对他来说都不是罕见的!而且因为他培育了他的协作开发者基础，比其他任何人更努力地充分利用了Internet进行合作，所以这确实能行。<p>
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　　但是它是怎样进行的呢?它是我能模仿的吗?还是这依赖于Linus的独特天才?<p>
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　　我不这样想，我承认Linus是一个极好的黑客(我们有多少人能够做出一个完整的高质量的操作系统内核?)，但是Linux并不是一个令人敬畏的概念上的飞跃，Linus不是(至少还不曾是)象Richard stallman或James Gosling一样的创新天才，在我看来，Linus更象一个工程天才，具有避免错误和开发失败的第六感觉，掌握了发现从A点到B点代价最小的路径的决窍，确实，Linux的整个设计受益于这个特质，并反映出Linus的本质上保守和简化设计的方法。<p>
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　　如果快速的发布和充分利用Internet不是偶然而是Linus的对代价最小的路径的洞察力的工程天才的内在部分，那么他极大增强了什么?他创建了什么样的方法?<p>
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　　问题回答了它自己，Linus保持他的黑客用户经常受到激励和奖赏：被行动的自我满足的希望所激励，而奖赏则是经常(甚至每天)都看到工作在进步。<p>
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　　Linus直接瞄准了争取最多的投入调试和开发的人时，甚至冒代码不稳定和一旦有非常棘手的错误而失去用户基础的险，Linus似乎相信下面这个：<p>
　　8. 如果有一个足够大的beta测试人员和协作开发人员的基础，几乎所有的问题都可以被快速的找出并被一些人纠正。<p>
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　　或者更不正式的讲：“如果有足够多的眼睛，所有的错误都是浅显的”(群众的眼睛是雪亮的)，我把这称为“Linus定律”。<p>
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　　我最初的表述是每个问题“对某些人是透明的”，Linus反对说，理解和修订问题的那个人不一定非是甚至往往不是首先发现它的人，“某个人发现了问题”，他说，“另一个理解它，我认为发现它是个更大的挑战”，但是要点是所有事都趋向于迅速发生。<p>
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　　我认为这是建造教堂和集市模式的核心区别，在建造教堂模式的编程模式看来，错误和编程问题是狡猾的、阴险的、隐藏很深的现象，花费几个月的仔细检查，也不能给你多大确保把它们都挑出来的信心，因此很长的发布周期，和在长期等待之后并没有得到完美的版本发布所引起的失望都是不可避免的。<p>
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　　以市集模式观点来看，在另一方面，我们认为错误是浅显的现象，或者至少当暴露给上千个热切的协作开发人员，让他们来对每个新发布进行测试的时候，它们很快变得浅显了，所以我们经常发布来获得更多的更正，作为一个有益的副作用，如果你偶尔做了一个笨拙的修改，也不会损失太多。也许我们本不应该这样的惊奇，社会学家在几年前已经发现一群相同专业的(或相同无知的)观察者的平均观点比在其中随机挑选一个来得更加可靠，他们称此为“Delhpi效应”，Linus所显示的证明在调试一个操作系统时它也适用——Delphi效应甚至可以战胜操作系统内核一级的复杂度。<p>
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　　我受Jeff Dutky (dutky @ wam.umd.edu)的启发指出Linus定律可以重新表述为“调试可以并行”，Jeff观察到虽然调试工作需要调试人员和对应的开发人员相交流，但它不需要在调试人员之间进行大量的协调，于是它就没有陷入开发时遇到的平方复杂度和管理开销。<p>
　　在实际中，由于重复劳动而导致的理论上的丧失效率的现象在Linux世界中并不是一个大问题，“早发布、常发布策略”的一个效果就是利用快速的传播反馈修订来使重复劳动达到最小。<p>
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　　Brooks甚至做了一个与Jeff相关的更精确的观察：“维护一个广泛使用的程序的成本一般是其开发成本的40%，奇怪的是这个成本受到用户个数的强烈影响，更多的用户发现更多的错误”(我的强调)。<p>
　　更多的用户发现更多的错误是因为更多的用户提供了更多测试程序的方法，当用户是协作开发人员时这个效果被放大了，每个找寻错误的人都有自己稍微不同的感觉和分析工具，从不同角度来看待问题。“Delphi效应”似乎因为这个变体工作变得更加精确，在调试的情况下，这个变体同时减小了重复劳动。<p>
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　　所以加入更多的beta测试人员虽不能从开发人员的P.O.V中减小“最深”的错误的复杂度，但是它增加了这样一种可能性，即某个人的工具和问题正好匹配，而这个错误对这个人来说是浅显的。<p>
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　　Linus也做了一些改进，如果有一些严重的错误，Linux内核的版本在编号上做了些处理，让用户可以自己选择是运行上一个“稳定”的版本，还是冒遇到错误的险而得到新特征，这个战略还没被大多数Linux黑客所仿效，但它应该被仿效，存在两个选择的事实让二者都很吸引　人。<p>
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五. 什么时候玫瑰不是玫瑰?<p>
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　　在研究了Linus的行为和形成了为什么它成功的理论之后，我决定在我的工程(显然没有那么复杂和雄心勃勃)里有意识的测试这个理论。<br>
但我首先做的事是熟悉和简化Popclient。 Carl Harris的实现非常好，但是有一种对许多C程序来说没有必要的复杂性。他把代码当作核心而把数据结构当作对代码的支持，结果是代码非常漂亮但是数据结构设计得很特别，相当丑陋(至少对以这个老LISP黑客的标准来看)，然而除了提高代码和数据结构设计之外，重写它还有一个目的，就是要把它演化为我彻底理解的东西，对修改你不理解的程序中的错误负责可不是一件有趣的事。<p>
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　　第一个月我只是在领会Carl's的基本设计的含义，我所做的第一个重大修改是加入了IMAP支持，我把协议机重新组织为一个通用驱动程序和三个方法表(对应POP2、POP3和IMAP)，这个前面的修改指出一个需要程序员(特别是象C这种没有自然的动态类型支持的语言)记在脑中的一般原理：<p>
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　　9. 聪明的数据结构和笨拙的代码要比相反的搭配工作的更好<p>
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　　Fred Brooks也在他第11章中讲道：“让我看你的［代码］，把你的[数据结构]隐藏起来，我还是会迷惑；让我看看你的[数据结构]，那我就不需要你的[代码]了，它是显而易见的”。<p>
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　　实际上，他说的是“流程图”和“表”，但是在三十年的术语／文化演进之后，事情还是一样的。<p>
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　　此时(1996年9月初，在从零开始六个月后)，我开始想接下来修改名字——毕竟，它已不仅仅是一个POP客户，但我犹豫了，因为还没有什么新的漂亮设计呢，我的popclient版本需要有自己的特色。<p>
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　　当fetehmail学会怎样把取到的邮件转送到SMTP端口时，事情就完全改变了，但是首先：上面我说过我决定使用这个工程来测试我关于Linus Torualds所做的行为的理论，(你可能会问)我怎样做到这点呢? 以下面的方式：<br>
　　　　1. 我尽早尽量频繁的发布(几乎从未少于每十天发布一次；在密集开发的时候是每天一次)。<br>