第 5 章 画蛇添足（The Second-System Effect）

聚沙成塔，集腋成裘。

——奥维德

Adde parvum parvo magnus acervus erit.

[Add little to little and there will be a big pile.]

——OVID

如果将制订功能规格说明的责任从开发快速、成本低廉的产品的责任中分离出来，那么有什么样的准则和机制来约束结构师的创造性热情呢？

基本回答是结构师和建筑人员之间彻底、仔细和谐的交流。另外，还有很多值得关注的、更细致的答案。

结构师的交互准则和机制

建筑行业的结构设计师使用估算技术来编制预算，该估算技术会由后续的承包商报价来验证和修正。承包商的报价总会超过预算。接下来，设计师会重新改进他的预算或修订设计，调整到下一期工程。他也可能会向承包商建议，使用更加便宜的方法来实现设计。

类似的过程也支配着计算机系统和计算机编程系统的结构师。相比之下，他有能在设计早期从承包商处得到报价的优势，几乎是只要他询问，就能得到答案。他的不利之处常常是只有一个承包商，后者可以增高或降低前者的估计，来反映对设计的好恶。实际情况中，尽早交流和持续沟通能使结构师有较好的成本意识，以及使开发人员获得对设计的信心，并且不会混淆各自的责任分工。

面对估算过高的难题，结构师有两个选择：削减设计或者建议成本更低的实现方法——挑战估算的结果。后者是固有的主观感性反应。此时，结构师是在向开发人员的做事方式提出挑战。想要成功，结构师必须

• 牢记是开发人员承担创造性和发明性的实现责任，所以结构师只能建议，而不能支配；
• 时刻准备着为所指定的说明建议一种实现的方法，同样准备接受其他任何能达到目标的方法；
• 对上述的建议保持低调和平静；
• 准备放弃坚持所作的改进建议；

一般开发人员会反对体系结构上的修改建议。通常他是对的——当正在实现产品时，某些特性的修改会造成意料不到的成本开销。

自律——开发第二个系统所带来的后果

在开发第一个系统时，结构师倾向于精炼和简洁。他知道自己对正在进行的任务不够了解，所以他会谨慎仔细地工作。

在设计第一个项目时，他会面对不断产生的装饰和润色功能。这些功能都被搁置在一边，作为"下一个"项目的内容。第一个项目迟早会结束，而此时的结构师，对这类系统充满了十足的信心，熟练掌握了相应的知识，并且时刻准备开发第二个系统。

第二个系统是设计师们所设计的最危险的系统。而当他着手第三个或第四个系统时，先前的经验会相互验证，得到此类系统通用特性的判断，而且系统之间的差异会帮助他识别出经验中不够通用的部分。

一种普遍倾向是过分地设计第二个系统，向系统添加很多修饰功能和想法，它们曾在第一个系统中被小心谨慎地推迟了。结果如同 Ovid 所述，是一个"大馅饼"。例如，后来被嵌入到 7090 的 IBM 709 系统，709 是对非常成功和简洁的 704 系统进行升级的二次开发项目。709 的操作集合被设计得如此丰富和充沛，以至于只有一半操作被常规使用。

让我们来看看更严重的例子——Stretch 计算机的结构（architecture）、设计实现（implementation）、甚至物理实现（realization），它是很多人被压抑创造力的宣泄出口。如果 Strachey 在评审时所述：

对于 Stretch 系统，我的印象是从某种角度而言，它是一个产品线的终结。如同早期的计算机程序一样，它极富有创造性，极端复杂，非常高效。但不知为什么，同时也感觉到粗糙、浪费、不优雅，以及让人觉得必定存在某种更好的方法。

操作系统 360 对于大多数设计者来说，是第二个系统。它的设计小组成员来自 1410-7010 磁盘操作系统、Stretch 操作系统、Mercury 实时系统项目和 7090 的 IBSYS。几乎没有人有两个以上早期操作系统的经验。因此，OS/360 是典型的第二次开发（second-system effect）的例子，是软件行业的 Stretch 系统。Strachey 的赞誉和批评可以毫无更改地应用在其中。

例如，OS/360 开发了 26 字节的常驻日期翻转例程来正确地处理闰年的 12 月 31 日的问题，其实它完全可以留给操作员来完成。

开发第二个系统所引起的后果（second-system effect）与纯粹的功能修饰和增强明显不同，也就是说存在对某些技术进行细化、精炼的趋势。由于基本系统设想发生了变化，这些技术已经显得落后。OS/360 中有很多这样的例子。

例如，链接编辑器的设计，它用来对分别编译后的程序进行装载，解决它们之间的交叉引用。除了这些基本的功能，它还支持程序的覆盖（overlay）。这是所有实现的覆盖服务程序中最好的一种。它允许链接时在外部完成覆盖结构，而无需在源代码中进行设计。它还允许在运行时刻改变覆盖，而不必重新编译。它配备了丰富的实用选项和各种功能。某种意义上，它是若干年静态覆盖技术开发的顶峰。

然而，它同时也是最后和最优秀的恐龙，因为它属于一个基本运行方式为多道程序，以动态内核分配为基础的系统，这直接与静态覆盖的概念相冲突。如果我们把投入在覆盖管理上的工作量，用在提高动态内核分配和动态交叉引用的性能上，那么系统将会运行得多么好啊！

另外，链接编辑器需要如此大的空间，而且它本身就包含了很多链接库，以至于即使在不使用覆盖管理功能，仅仅使用链接功能的时候，它也比绝大多数系统的编译程序还要慢。具有讽刺意味的是，链接程序的目的是为了避免重新编译。这种情况就像一个挺着大肚子的节食者一样，直到系统的思想已经十分优越时，才开始对原有技术进行细化和精炼。

TESTRAN 调试程序是这个趋势的另一个例子。它在批调试程序中是出类拔萃的，配备了真正优雅的快照和内存信息转储功能。它使用了控制段的概念和卓越的生成技术，从而不需要重新编译或解释，就能实现选择性跟踪和快照。这种 709 共享操作系统中魔术般的概念得到了广泛的使用。

但同时，整个无需重编译的批调试概念变得落伍了。使用语言解释器和增量编译器的交互式计算系统，向它提出了最根本的挑战。即使是在批处理系统中，快速编译/慢速执行编译器的出现，也使源代码级别调试和快照技术成为优先选择的技术。如果在构建和优化交互式和快速编译程序之前，就已经着手 TESTRAN 的开发，那么系统将是多么的优秀啊！

还有另外一个例子是调度程序。OS/360 的调度程序是非常杰出的，它提供了管理固定批作业的杰出功能。从真正意义上讲，该调度程序是作为 1410－7010 磁盘操作系统后续的二次系统，经过了精炼、改进和增强。它是除了输入－输出以外的非多道程序批处理系统，是一种主要用于商业应用的系统。但是，它对 OS/360 的远程任务项、多道程序、永久驻留交互式子系统，几乎完全没有影响和帮助。实际上，OS/360 调度程序的设计使它们变得更加困难。

结构师如何避免画蛇添足——开发第二个系统所引起的后果（second-system effect）？是的，他无法跳过二次系统。但他可以有意识关注那些系统的特殊危险，运用特别的自我约束准则，来避免那些功能上的修饰；根据系统基本理念及目的变更，舍弃一些功能。

一个可以开阔结构师眼界的准则是为每个小功能分配一个值：每次改进，功能 x 不超过 m 字节的内存和 n 微秒。这些值会在一开始作为决策的向导，在物理实现期间充当指南和对所有人的警示。

项目经理如何避免画蛇添足（second-system effect）？他必须坚持至少拥有两个系统以上开发经验结构师的决定。同时，保持对特殊诱惑的警觉，他可以不断提出正确的问题，确保原则上的概念和目标在详细设计中得到完整的体现。