Linux程序设计模式(机制与策略)

Linux程序设计模式—机制与策略

什么是设计模式（Design pattern）?

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、软件设计经验的总结。使用设计模式是为了提高代码或模块的重用、让程序更容易被他人理解、提高代码可靠性和可维护性。同时，通过学习设计模式可以降低解决一般性问题的开发难度。

Linux程序设计模式的起源和发展

Linux程序的设计模式起源于Unix文化，是Unix哲学的重要组成部分，而Linux本身就是Unix的一个发展分支。Unix哲学说来不算是一种正规设计方法，它是自下而上的，而不是自上而下的。Unix哲学注重实效，立足于丰富的经验。你不会在正规方法学和标准中找到它，它更接近于隐性的半本能的知识，即Unix文化所传播的专业经验。它鼓励那种分清轻重缓急的感觉，以及怀疑一切的态度，并鼓励你以幽默达观的态度对待这些。

什么是Unix哲学？

Unix管道的发明人、Unix传统的奠基人之一Doug McIlroy在[McIlroy78]中曾经说过：

I. 让每个程序就做好一件事。如果有新任务，就重新开始，不要往原程序中加入新功能而搞得复杂。

II. 假定每个程序的输出都会成为另一个程序的输入，哪怕那个程序还是未知的。输出中不要有无关的信息干扰。避免使用严格的分栏格式和二进制格式输入。不要坚持使用交互式输入。

III. 尽可能早地将设计和编译的软件投入试用, 哪怕是操作系统也不例外，理想情况下, 应该是在几星期内。对拙劣的代码别犹豫，扔掉重写。

IV. 优先使用工具而不是拙劣的帮助来减轻编程任务的负担。工欲善其事，必先利其器。后来他这样总结道（引自《Unix的四分之一世纪》）：

Unix哲学是这样的：一个程序只做一件事，并做好。程序要能协作。程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。

从整体上来说，可以概括为以下几点：

01.模块原则：使用简洁的接口拼合简单的部件。

02.清晰原则：清晰胜于机巧。

03.组合原则：设计时考虑拼接组合。

04.分离原则：策略同机制分离，接口同引擎分离。

05.简洁原则：设计要简洁，复杂度能低则低。

06.吝啬原则：除非确无它法，不要编写庞大的程序。

07.透明性原则：设计要可见，以便审查和调试。

08.健壮原则：健壮源于透明与简洁。

09.表示原则：把知识叠入数据以求逻辑质朴而健壮。

10.通俗原则：接口设计避免标新立异。

11.缄默原则：如果一个程序没什么好说的，就沉默。

12.补救原则：出现异常时，马上退出并给出足够错误信息。

13.经济原则：宁花机器一分，不花程序员一秒。

14.生成原则：避免手工hack，尽量编写程序去生成程序。

15.优化原则：雕琢前先要有原型，跑之前先学会走。

16.多样原则：决不相信所谓“不二法门”的断言。

17.扩展原则：设计着眼未来，未来总比预想来得快。

给大家推荐一本书《UNIX 编程艺术》————这不是一本讲如何编程的书，而是一本讲UNIX设计哲学的书，当然也适应于Linux。这本书是我来威胜工作后，同事们推荐我读的第二

本书(范律推荐)。第一本书是《UNIX环境高级编程》(邱云松推荐)，第三本书是《UNIX网络编程第2卷进程间通信》（张栋推荐），第四本书是《Linux设备驱动程序第三版》（刘利方推荐）,第五本书是《linux程序设计第三版》（我推荐）。

什么是机制与策略？

我们通过下面文字来理解什么是机制与策略：

设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略。

X(windows)致力于提供一套机制，而不是策略。

策略相对短寿，而机制才会长存。

前端实现策略，后端实现机制。

策略和机制是按照不同的时间尺度变化的，策略的变化要远远快于机制。

把策略同机制揉成一团有两个负面影响：一来会使策略变得死板，难以适应用户需求的改变，二来也意味着任何策略的改变都极有可能动摇机制。

相反，将两者剥离，就有可能在探索新策略的时候不足以打破机制。另外，我们也可以更容易为机制写出较好的测试（因为策略太短命，不值得花太多精力在这上面）。

机制与策略的实例：

（下面的讲解过程中，我会提出一些问题。如果回答错误将会有一个小小的惩罚）

1.Uboot的环境变量

(bootcmd)

2.Linux驱动程序

(examples/scull)

3.cmdline中的mtdparts解析程序

(linux-2.6.32.2/drivers/mtd/cmdlinepart.c)

4.udev的rules文件自动执行U盘脚本

(60-removable-storage.rules)

5.udev的net.agent，实现USB网卡的自动挂接

(80-drivers.rules)

6.BusyBox工具集介绍

（sed，awk，inetd，chat，crond，find，grep，getty-login-bash，start-stop-daemon，run-parts）

7.嵌入式数据库

（TokyoCabinet，Sqlite3）

8.脚本语言

（SHELL，TCLSH，Lua，TCC，python）

9.图形界面库

(qt,pyGTK)

MCU嵌入式系统中的机制与策略：

MCU（Micro Control Unit，微控制器单元）片上集成外围器件，没有外扩总线，不带MMU 单元是其的主要特征，比如ARM7，Cortex-M3系列等。与之相对的是MPU（Micro Processor Unit，微处理器单元）不带外围器件（例如存储器），是高度集成的通用结构的处理器，比如ARM926，Cortex-A8系列等。

在资源非常紧张的深度嵌入式系统中，同样也有使用机制与策略设计模式的成功案例与成熟方案。例如：

1.p Forth，eForth，RetroForth

Forth是六十年代末期，由Charles H. Moore发展出来在天文台使用的电脑自动控制系统及程序设计语言，允许使用者很容易组合系统已有的简单指令，定义成为功能较复杂的高阶指