····while n > 1
········result ← result * n
········n ← n — 1
····return result
Да, выполнение процедуры factorial без рекурсии использует меньше вычислительных ресурсов. Но это еще не повод менять программный код. Современные компиляторы автоматически перепишут простые рекурсивные функции. Вот еще один пример:
i ← x + y + 1
j ← x + y
Компиляторы избавятся от повторного вычисления x + y и сделают вот такое преобразование:
t1 ← x + y
i ← t1 + 1
j ← t1
Сосредоточьтесь на написании чистого и ясного программного кода. Если у вас есть проблемы, связанные с производительностью, используйте инструменты профилирования для обнаружения узких мест в вашем программном коде и пробуйте реализовать эти части более умными способами. Не стоит напрасно тратить время на ненужную микрооптимизацию.
Впрочем, иногда этап компиляции просто отсутствует. Давайте посмотрим, что это за ситуации.
Языки сценариев
Некоторые языки программирования, так называемые языки сценариев, выполняются без прямой компиляции в машинный код. К ним относятся JavaScript, Python и Ruby. Код на этих языках выполняет не центральный процессор непосредственно, а интерпретатор — программа, которая должна быть установлена на компьютере.
Так как интерпретатор переводит программный код в машинный в режиме реального времени, тот обычно работает намного медленнее скомпилированного кода. С другой стороны, программист может выполнить код, не ожидая окончания компиляции. Когда проект очень большой, компиляция иногда занимает несколько часов.
Инженерам Google приходилось постоянно компилировать большие пакеты кода. Это заставляло разработчиков терять (рис. 7.9) много времени. В Google не могли переключиться на языки сценариев — нужна была максимальная производительность скомпилированного двоичного файла. Поэтому они разработали Go — язык, который компилируется невероятно быстро и имеет очень высокую производительность.
Рис. 7.9. Компиляция
[78]
Дизассемблирование и обратный инженерный анализ
Восстановить исходный код скомпилированной программы — тот, что был до момента компиляции, — нельзя
[79]. Но можно декодировать бинарную программу, трансформировав числа, в которых закодированы команды ЦП, в последовательность команд, более-менее понятную для человека. Этот процесс называется дизассемблированием.
Затем можно рассмотреть команды ЦП и попытаться выяснить, что они делают, — такой процесс называется обратным инженерным анализом. Некоторые программы дизассемблирования значительно помогают в этом, автоматически обнаруживая и аннотируя системные вызовы и часто используемые функции. Благодаря инструментам дизассемблирования хакер может разобраться в любом аспекте работы двоичного кода. Я уверен, что многие лучшие компании в области ИТ имеют секретные лаборатории обратного инженерного анализа, где изучают программное обеспечение конкурентов.
Хакеры часто анализируют двоичный код лицензируемых программ, таких как Microsoft Windows, Adobe Photoshop и Grand Theft Auto, чтобы определить, какая часть кода проверяет лицензию. Они модифицируют двоичный код, помещая команду JUMP для прямого перехода в ту часть кода, которая выполнятся после проверки лицензии. Когда модифицированный двоичный файл выполняется, он добирается до введенной команды JUMP прежде, чем будет сделана проверка достоверности лицензии. Таким образом люди запускают незаконные пиратские копии программы, не платя за лицензию.
Исследователи и инженеры по безопасности, работающие на секретные правительственные структуры, также имеют лаборатории для изучения популярного потребительского программного обеспечения, такого как iOS, Microsoft Windows или Internet Explorer. Они идентифицируют потенциальные нарушения защиты в этих программах, чтобы обезопасить людей от кибератак или предотвратить взлом целей, имеющих большую ценность. Самой известной атакой такого рода был Stuxnet — кибероружие, созданное агентствами из США и Израиля. Оно замедлило ядерную программу Ирана, инфицировав компьютеры, которые управляли подземными термоядерными реакторами.
Программное обеспечение с открытым исходным кодом
Как мы уже объясняли, вы можете проанализировать команды дизассемблированной программы, но вам не удастся восстановить исходный код, который использовался для генерирования двоичного кода, так называемого бинарника.
Не имея исходного кода, вы можете лишь слегка изменить двоичный код, но у вас не выйдет внести в программу какое-либо существенное изменение, например добавить новый функционал. Некоторые люди считают, что намного лучше разрабатывать программы сообща. Они оставляют свой код открытым для других людей, чтобы те могли вносить свои изменения. Главная идея здесь — создавать программное обеспечение, которое всякий может свободно использовать и модифицировать. Основанные на Linux операционные системы (такие как Ubuntu, Fedora и Debian) являются открытыми, тогда как Windows и Mac OS — закрытыми.
Интересное преимущество операционных систем с открытым исходным кодом состоит в том, что любой может проинспектировать исходный код в поисках уязвимостей. Уже не раз было подтверждено, что государственные учреждения шпионят за миллионами граждан, используя неисправленные уязвимости защиты в повседневном потребительском программном обеспечении.
Надзор за ПО с открытым исходным кодом осуществляет куда больше глаз, поэтому лицам с дурными намерениями и правительственным учреждениям становится все труднее находить лазейки для слежки. Когда вы используете Mac OS или Windows, вам приходится доверять Microsoft или Apple, что они не поставят под угрозу вашу безопасность и приложат все усилия для предотвращения любого серьезного дефекта. А вот системы с открытым исходным кодом открыты для общественного контроля, потому в случае с ними меньше вероятность, что брешь в системе безопасности останется незамеченной.
7.3. Иерархия памяти
Мы знаем, что компьютер работает за счет ЦП, который исполняет простые команды. Мы знаем также, что эти команды могут оперировать только данными, хранящимися в регистрах ЦП. Однако их емкость обычно намного меньше тысячи байтов. Это означает, что регистрам ЦП постоянно приходится перемещать данные в ОЗУ и обратно.
