Динамическая модульность в BlackBox

Операционная среда Инструментальный комплекс «BlackBox» базируется на механизме динамической загрузки модулей. Это позволяет создавать компонентные программные системы с очень гибкой архитектурой.

Модуль в BlackBox, как и в любой Оберон-системе — это одновременно синтаксическая конструкция, единица исходного кода, архитектуры, единица инкапсуляции, компиляции, распространения, развертывания и загрузки в память.

Откомпилированные модули BlackBox хранятся в виде двоичного машинного кода. Они хранятся в файлах с расширением .ocf (Oberon Code File) в каталогах Code соответствующих подсистем.

По мере необходимости двочиные модули загружаются в память, динамически связываются («компонуются», «линкуются»), инициализируются и исполняются. Перед загрузкой модуля выполняется загрузка и инициализация всех модулей, которые он импортирует (циклический импорт модулей запрещен, структура системы всегда представляет собой направленный ацикличный граф — даг).

Если вам трудно представить себе, «как все это работает», то можно провести аналогию между .ocf-файлами и динамическими библиотеками операционной системы. Однако двоичные модули содержат в себе кроме исполняемого кода и точек входа в процедуры символьную информацию о сигнатурах процедур, дескприпторы всех типов модуля, и другую так называемую метаинформацию, которая делает возможным метапрограммирование. Поддержка метаинформации появилась в Оберонах в 1989 г. — впервые среди компилируемых языков. Несколько лет спустя более слабый её аналог RTTI (Run-Time Type Information) стал вводиться и в другие популярные платформы, например, Delphi.

В случае, если модуль не используется никакими другими компонентами системы, он может быть выгружен из памяти. Далее можно загрузить его новую версию (что и происходит многократно в процессе разработки в среде). Возможность динамической выгрузки модулей выгодно отличает Оберон-системы от платформы .NET, в которой штатного механизмы для выгрузки сборки из памяти приложения нет (видимо, разработчики недооценили значение этого механизма).

Примечание: на самом деле даже для выгруженного модуля в памяти сохраняются дескрипторы его типов, что позволяет динамическим объектам существовать в памяти даже после выгрузки модуля.

Важной особенностью динамической модульности в Оберонах является строгий контроль безопасности. Каждая сущность, экспортируемая модулем, помечается особой меткой — «отпечатком пальцев» (fingerprint). При загрузке модуля в память проверяется совместимость его интерфейса со всеми клиентскими модулями. Если модули-клиенты не совместимы с новой версией модуля, то он не будет загружен в память до тех пор, пока все клиенты не будут адаптированы к его новой версии (как минимум, перекомпилированы).

Такой механизм обладает большими достоинствами — с одной стороны, исключена загрузка в память несовместимых между собой модулей, с другой стороны, в случае изменений только части интерфейса модуля (например, добавления в него новой сущности) все клиенты, которые не использовали измененную часть, останутся совместимыми с новой версией. Это выгодно отличает обероновский механизм контроля совместимости от принятого в .NET, который базируется на контроле версий. В .NET при самом мелком изменении интерфейса разработчик обязан изменить версию сборки, что требует перекомпиляции абсолютно всех клиентов.

В текущей версии модули BlackBox являются переносимыми, но только в рамках одной аппаратной платформы (если в них не используется прямых вызовов к библиотекам ОС). Это обусловлено, с одной стороны, платформенно-независимым форматом двоичного модуля и механизма загрузки, с другой стороны — тем, что они содержат непосредственный машинный код для конкретной аппаратной платформы.

BlackBox произошел от Oberon System V4 — и даже работая поверх другой операционной системы, представляет собой достаточно автономную операционную среду, во многих аспектах напоминая «мини-ОС».

Кроме того, будучи интегрированной средой разработки и выполнения, по удоству и гибкости BlackBox действительно уподобляется интерпретаторам, например, Smalltalk или LISP-средам.

Да, модули BlackBox могут быть статически скомпонованы в традиционное монолитное приложение, хотя на практике это используется редко, ввиду малого удобства таких монолитных приложений.

См. Как создать программу *.exe.

• Губанов С. Ю. Секреты модульных систем

Автор: Ермаков. И.Е. Правки: Ильин А.С., Романченко Я.