Технологии сбережения памяти

Никакое распределение ресурсов памяти и контроль не сделают программу маленькой. Для этого требуется изобретательность и мастерство.

Очевидно, что чем больше функций, тем больше требуется памяти при том же самом быстродействии. Поэтому первой областью, где нужно приложить мастерство, является нахождение компромисса между функциональностью и размером. Здесь мы сразу сталкиваемся с важной стратегической проблемой. В какой мере этот выбор можно предоставить пользователю? Можно разработать программу со многими факультативными функциями, каждая из которых требует памяти. Можно сконструировать генератор, просматривающий список опций и соответствующим образом адаптирующий программу. Но цельная программа, соответствующая каждому отдельному списку опций, заняла бы меньше памяти. Это как в автомобиле: если подсветка карты, прикуриватель и часы входят в прейскурант как единая статья, их стоимость окажется ниже, чем если порознь выбирать каждый из предметов. Поэтому проектировщику следует определить степень детализации опций пользователя.

Если система проектируется для работы с памятью разного объема, возникает другой важный вопрос. Диапазон приспособляемости нельзя сделать произвольно широким — даже при разбиении программы на очень мелкие модули. В маленькой системе большинство модулей перегружается. Значительная часть резидентной памяти маленькой системы должна быть отведена для временной или страничной памяти, в которую загружаются другие части. Ее размер ограничивает размер каждого модуля. А разбиение функций на мелкие модули влечет потери и производительность, и памяти. Поэтому в большой системе, где временная память в двадцать раз больше, она лишь позволяет уменьшить количество обращений. Из-за маленьких размеров модулей система все-таки теряет в скорости и расходовании памяти. По этой причине эффективность системы, которую можно построить их модулей маленькой системы, ограничена.

Второй областью приложения мастерства является нахождение компромисса между памятью и быстродействием. Для отдельной функции увеличение памяти влечет за собой рост быстродействия, что справедливо в удивительно широком диапазоне величин. Этот факт делает возможным установление ресурсов памяти.

Чтобы облегчить своей команде поиск правильного соотношения между памятью и производительностью, менеджер может сделать две вещи. Во-первых, организовать обучение технике программирования, а не просто полагаться на природный ум и предшествующий опыт. Это особенно важно, если машина или язык новые. Особенности их эффективного использования нужно быстро изучить и сделать общим достоянием, возможно, присуждая особые призы за освоение новой техники.

Во-вторых, нужно понять, что у программирования есть технология и компоненты нужно собирать из готовых частей. В каждом проекте должен иметься набор хороших процедур или макросов для обработки очередей, поиска, хеширования и сортировки, причем не менее чем в двух вариантах: одном быстром, другом экономящем память. Разработка такой технологии является важной задачей реализации, которую можно решать параллельно с разработкой системной архитектуры.

Представление — суть программирования

За мастерством стоит изобретательность, благодаря которой появляются экономичные и быстрые программы. Почти всегда это является результатом стратегического прорыва, а не тактического умения. Иногда таким стратегическим прорывом является алгоритм, как, например, быстрое преобразование Фурье, предложенное Кули и Тьюки, или замена n [2] сравнений на n log n при сортировке.

Гораздо чаще стратегический прорыв происходит в результате представления данных или таблиц. Здесь заключена сердцевина программы. Покажите мне блок-схемы, не показывая таблиц, и я останусь в заблуждении. Покажите мне ваши таблицы, и блок-схемы, скорей всего, не понадобятся: они будут очевидны.

Примеры мощи, которой обладает представление, легко умножить. Я вспоминаю одного молодого человека, занимавшегося созданием усовершенствованного консольного интерпретатора для IBM 650. Ему удалось вместить его в поразительно малое пространство благодаря разработке интерпретатора для интерпретатора и пониманию того, что взаимодействие человека с машиной происходит медленно и редко, а память дорога. Элегантный маленький компилятор с Fortran фирмы Digitek использует особое очень плотное представление кода самого компилятора, благодаря чему не требуется внешней памяти. Время, которое тратится на распаковку кода, десятикратно окупается за счет отсутствия ввода-вывода. (Упражнения в конце главы 6 книги Брукса и Иверсона «Автоматическая обработка данных» [1] включает подборку таких примеров, как и многие упражнения у Кнута. [2] )

Программист, ломающий голову по поводу нехватки памяти, часто поступит лучше всего, оставив в покое свой код, вернувшись назад и хорошенько посмотрев свои данные. Представление — суть программирования.

Гипотеза:

Среди моря бумаг несколько документов становятся критически важными осями, вокруг которых вращается все управление проектом. Они являются главными личными инструментами менеджера.

Технология, правила фирмы и традиции ремесла требуют выполнить некоторое количество канцелярской работы по проекту. Менеджеру-новичку, только что самому бывшему мастеровым, эта работа кажется совершенной помехой и ненужным отвлечением, бумажным валом, грозящим захлестнуть его. По большей части так и есть в действительности.

Однако понемногу он начинает понимать, что некоторая небольшая часть этих документов заключает в себе значительную часть его административной работы. Подготовка каждого из них служит главным поводом для сосредоточения мысли и кристаллизации обсуждений, которые без этого длились бы вечно. Ведение этих документов становится механизмом наблюдения и предупреждения. Сам документ становится памяткой, индикатором состояния и базой данных для составления отчетов.

Чтобы увидеть, как это должно работать в программном проекте, рассмотрим некоторые документы, полезные и в другом контексте, и посмотрим, можно ли сделать обобщения.

Документы для проекта разработки компьютера

Предположим, что разрабатывается компьютер. Какие важнейшие документы должны быть разработаны?

Цели. Здесь описывается, какие потребности нужно удовлетворить, а также задачи, пожелания, ограничения и приоритеты.

Спецификации. Это руководство по компьютеру плюс спецификации технических характеристик. Это один из первых документов, составляемых для нового продукта, и завершается он последним.

График.

Бюджет. Это не просто ограничение, но один из наиболее полезных менеджеру документов. Наличие бюджета заставляет осуществлять технические решения, которых старались бы избежать, и, что еще важнее, служит выполнению и разъяснению стратегических решений.

Организационная структура.

Пространственное расположение.

Оценка, прогноз, цены. Они находятся в циклической взаимосвязи, что определяет успех или провал проекта:

Чтобы сделать прогноз рынка, нужны технические характеристики и установленные цены. Цифры прогноза вместе с заданным проектом числом компонентов определяют оценку стоимости производства и долю расходов на разработку и фиксированных затрат, приходящихся на одно устройство. Эти расходы, в свою очередь, определяют цены.

Если цены ниже установленных, начинается радостная раскрутка спирали успеха. Прогноз растет, стоимость одного устройства падает, а цены опускаются еще ниже.

Если цены выше установленных, начинается раскрутка спирали катастрофы, и все силы должны быть брошены на то, чтобы сломить ее. Нужно улучшить технические характеристики и разработать новые приложения, чтобы поднять рыночный прогноз. Издержки нужно снизить, чтобы получить более низкие оценки. Напряженность такого цикла часто требует больших усилий маркетолога и инженера.