Чистая архитектура. Искусство разработки программного обеспечения

Теперь программист мог указать загрузчику начальный адрес для загрузки библиотеки и адрес для загрузки приложения. Фактически загрузчик мог принять несколько фрагментов двоичного кода и просто загрузить их в память друг за другом, корректируя адреса ссылок в них. Это позволило программистам загружать только необходимые функции.

В компилятор также была встроена возможность, позволяющая генерировать имена функций в виде метаданных. Если программа вызывала библиотечную функцию, компилятор определял ее имя как внешнюю ссылку. Если программа объявляла библиотечную функцию, компилятор определял ее имя как внешнее определение. После этого, зная адреса загрузки функций, загрузчик связывал внешние ссылки с внешними определениями.

Так родился связывающий загрузчик.

Компоновщики

Связывающий загрузчик дал программистам возможность делить свои программы на сегменты, компилируемые и загружаемые по отдельности. Такое решение оставалось жизнеспособным, пока относительно небольшие программы компоновались с относительно небольшими библиотеками. Однако в конце 1960-х — начале 1970-х годов программисты стали более честолюбивыми и их программы значительно выросли в размерах.

В результате связывающий загрузчик оказался слишком медлительным. Библиотеки хранились на устройствах с медленным доступом, таких как накопители на магнитной ленте. Даже дисковые устройства в ту пору были слишком медленными. Связывающие загрузчики должны были читать с этих медленных устройств десятки, а то и сотни библиотек в двоичном коде и корректировать внешние ссылки. С увеличением размеров программ и количества функций в библиотеках связывающему загрузчику часто требовалось больше часа, чтобы загрузить программу.

В конечном итоге загрузка и компоновка (связывание) были разделены на два отдельных этапа. Программисты выделили самый медленный этап — этап компоновки (связывания) — в отдельное приложение, получившее название компоновщик, или редактор связей (linker). В результате работы компоновщика получался скомпонованный и перемещаемый двоичный код, который загружался загрузчиком очень быстро. Это позволило программистам создавать выполняемый код, используя медленный компоновщик, который можно было быстро загрузить в любой момент.

Затем наступили 1980-е годы. Программисты писали программы на высокоуровневых языках, таких как C. С ростом их амбиций росли и создаваемые ими программы. Программы с сотнями и тысячами строк кода стали обычным делом.

Модули с исходным кодом в файлах .c компилировались в файлы .o и затем передавались компоновщику для создания выполняемых файлов, которые можно было быстро загрузить. Компиляция каждого отдельного модуля выполнялась относительно быстро, но компиляция всех модулей порой требовала значительного времени. Для корректировки связей компоновщику могло потребоваться еще больше времени. Во многих случаях длительность этого процесса снова стала достигать часа и даже больше.

Казалось, что программисты обречены всю жизнь ходить по кругу. Все усилия, сделанные в 1960-х, 1970-х и 1980-х годах для достижения высокой скорости рабочего процесса, пошли прахом из-за амбиций программистов, создававших большие программы. Казалось, нет выхода из замкнутого круга многочасового ожидания. Этап загрузки выполнялся быстро, но этап компиляции/компоновки оставался узким местом.

Мы на практике испытывали действие закона Мерфи о размере программы:

Любая программа растет, пока не заполнит все доступное время на компиляцию и компоновку.

Но Мерфи не был единственным на этом ринге. Вскоре появился Мур[28], и в конце 1980-х годов они схлестнулись. Мур вышел из этой схватки победителем. Диски начали уменьшаться в размерах и стали намного быстрее. Компьютерная память стала настолько дешевой, что большую часть данных на диске можно было уместить в кэше, в оперативной памяти. Тактовая частота процессоров выросла с 1 до 100 МГц.

К середине 1990-х годов время, необходимое на компоновку, сокращалось быстрее, чем росли наши программы. Во многих случаях время на компоновку сократилось до нескольких секунд. Для маленьких заданий вновь обрела жизнеспособность идея связывающего загрузчика.

Это была эпоха Active-X, динамических библиотек и первых файлов .jar. Компьютеры и периферийные устройства стали настолько быстрыми, что мы снова получили возможность выполнять компоновку (связывание) во время загрузки. Мы можем связать несколько файлов .jar или несколько динамических библиотек за секунды и выполнить получившуюся программу. Так родилась архитектура сменных компонентов (плагинов).