Портирование программного обеспечения: адаптация к новым средам

Введение

Процесс адаптации программного обеспечения для работы в других вычислительных средах. В области разработки программного обеспечения портирование — это процесс адаптации программного обеспечения для обеспечения его работы в вычислительной среде, отличной от той, для которой программа была изначально разработана (например, другой процессор, операционная система или сторонняя библиотека). Этот термин также используется, когда программное и/или аппаратное обеспечение изменяется для обеспечения возможности его использования в различных средах. Программное обеспечение считается переносимым, если стоимость его портирования на новую платформу значительно ниже, чем стоимость его разработки с нуля. Чем ниже стоимость портирования программного обеспечения по сравнению со стоимостью его реализации, тем выше его переносимость.

Этимология

Термин "порт" происходит от латинского portāre, что означает "нести". Когда код несовместим с определенной операционной системой или архитектурой, этот код необходимо "перенести" в новую систему. Этот термин обычно не применяется к процессу адаптации программного обеспечения для работы с меньшим объемом памяти на той же платформе (процессоре и операционной системе). Разработчики программного обеспечения часто заявляют, что их программы переносимы, то есть для адаптации к новой среде потребуется немного усилий. Фактический объем необходимых усилий зависит от нескольких факторов, включая степень различия между исходной средой (исходной платформой) и новой средой (целевой платформой), опыт разработчиков в понимании того, какие конструкции языка программирования и вызовы сторонних библиотек могут быть непереносимыми, а также объем усилий, затраченных разработчиками на использование только переносимых конструкций (конструкции, специфичные для платформы, часто предоставляют более простое решение).

История

Количество существенно различающихся процессоров и операционных систем, используемых на настольных компьютерах сегодня, значительно меньше, чем в прошлом. Доминирование архитектуры x86 означает, что большая часть настольного программного обеспечения никогда не портируется на другие процессоры. На этом же рынке выбор операционных систем фактически сократился до трех: Microsoft Windows, macOS и Linux. Однако на рынках встраиваемых систем и мобильных устройств переносимость остается важной проблемой, при этом ARM является широко используемой альтернативой. Международные стандарты, такие как стандарты, разработанные ISO, значительно облегчают портирование, определяя детали вычислительной среды таким образом, чтобы уменьшить различия между различными платформами, соответствующими этим стандартам. Написание программного обеспечения, которое соответствует требованиям, установленным этими стандартами, требует определенных, хотя и нетривиальных усилий. Портирование такой программы между двумя платформами, соответствующими стандартам (например, POSIX.1), может заключаться лишь в загрузке исходного кода и его перекомпиляции на новой платформе. Однако разработчики часто обнаруживают, что из-за незначительных различий платформ требуются различные небольшие исправления. Большинство стандартов имеют "серые зоны", где различия в интерпретации приводят к небольшим вариациям между платформами. Также постоянно увеличивается количество инструментов, облегчающих портирование, таких как GNU Compiler Collection, предоставляющая согласованные языки программирования на разных платформах, и Autotools, которая автоматизирует обнаружение незначительных изменений в окружении и соответствующую адаптацию программного обеспечения перед компиляцией. Компиляторы некоторых языков программирования высокого уровня (например, Eiffel, Esterel) обеспечивают переносимость, генерируя исходный код на другом промежуточном языке высокого уровня (например, C), для которого обычно доступны компиляторы для многих платформ. Эмуляция и перекрестная компиляция – это две активности, связанные с портированием, но отличные от него.

Портирование видеоигр

Портирование — это также термин, используемый, когда видеоигра, разработанная для запуска на одной платформе, будь то аркадный автомат, видеоигровая консоль или персональный компьютер, переносится для запуска на другой платформе, возможно, с некоторыми незначительными отличиями. С начала появления видеоигр и до 1990-х годов «порты», в то время часто называемые «конверсиями», зачастую не были полноценными портами, а скорее переработанными версиями игр из-за ограничений различных систем. Например, игра 1982 года «Хоббит» — текстовое приключение, дополненное графикой, — имела существенно различающиеся графические стили на разных персональных компьютерах, для которых создавались её порты. Однако многие видеоигры XXI века разрабатываются с использованием программного обеспечения (часто на C++), которое может генерировать код для одной или нескольких консолей, а также для ПК без необходимости фактического портирования (вместо этого используется общее портирование отдельных библиотек компонентов). Многие ранние порты страдали от значительных проблем с качеством игрового процесса, поскольку компьютеры сильно различались. Ричард Гарриотт заявил в 1984 году на Origins Game Fair, что Origin Systems сначала разрабатывала компьютерные игры для серии Apple II, а затем портировала их на Commodore 64 и Atari 8-бит, поскольку спрайты и другие продвинутые возможности последних машин делали портирование с них на Apple «гораздо более сложным, возможно, даже невозможным». В отзывах часто критиковали порты, страдавшие от «конверсионита Apple», сохраняя «ужасный звук и черно-бело-зелено-фиолетовую графику» Apple; после заявления Гарриотта, когда Дэн Бантен спросил «людей из Atari и Commodore в зале, довольны ли вы переделками для Apple?», зрители выкрикнули «Нет!». Гарриотт ответил: «В противном случае версия для Apple никогда не будет завершена. С точки зрения издателя это невыгодно». Другие работали иначе. Например, Ozark Softscape написала M.U.L.E. для Atari в первую очередь, потому что предпочитала разрабатывать для самых передовых компьютеров, удаляя или изменяя функции по мере необходимости в процессе портирования. Такая политика не всегда была осуществима; Бантен заявил, что «M.U.L.E. невозможно сделать для Apple», и что версии Семи городов золота для платформ, отличных от Atari, были хуже. В журнале Compute! Gazette в 1986 году писали, что при портировании с Atari на Commodore оригинал обычно превосходил по качеству. Журнал также отметил, что качество игр для Commodore улучшилось, когда разработчики начали создавать для неё новое программное обеспечение в конце 1983 года. При портировании аркадных игр часто использовались термины «аркадная точность» или «аркадная достоверность», чтобы описать, насколько близко игровой процесс, графика и другие ресурсы портированной версии соответствовали аркадной. Многие аркадные порты в начале 1980-х годов были далеки от идеала, поскольку домашние консоли и компьютеры не обладали сложным аппаратным обеспечением аркадных автоматов, но игры все же могли приблизиться к игровому процессу. Примечательно, что Space Invaders на Atari VCS стала хитовой игрой для консоли, несмотря на различия, а более поздний порт Pac-Man печально известен своими отклонениями от аркадной версии. Аркадные порты с высокой точностью стали более распространены, начиная с 1990-х годов, когда домашние консоли приблизились по мощности к аркадным системам. В частности, система Neo Geo от SNK, представленная как многоигровая аркадная система, также предлагалась в качестве домашней консоли с теми же характеристиками. Это позволило играть в аркадные игры с высокой точностью дома. «Консольный порт» — это игра, изначально созданная для консоли, а затем выпущена идентичная версия для персонального компьютера. Этот термин широко используется в игровом сообществе. Процесс портирования игры с консоли на ПК часто воспринимается негативно из-за того, что компьютеры обычно обладают более высокой производительностью, которая не используется в полной мере, частично из-за того, что аппаратное обеспечение консолей фиксировано на протяжении всего срока службы (игры разрабатываются под конкретные характеристики консоли), в то время как ПК становятся мощнее по мере развития аппаратного обеспечения, а также из-за того, что портированные игры иногда плохо оптимизированы для ПК или портированы небрежно. Хотя в целом они похожи, могут существовать архитектурные различия, такие как использование унифицированной памяти на консолях.

Porting is also the term used when a video game designed to run on one platform, be it an arcade, video game console, or personal computer, is converted to run on a different platform, perhaps with some minor differences. From the beginning of video games through to the 1990s, "ports", at the time often known as "conversions", were often not true ports, but rather reworked versions of the games due to the limitations of different systems. For example, the 1982 game The Hobbit, a text adventure augmented with graphic images, has significantly different graphic styles across the range of personal computers that its ports were developed for. However, many 21st century video games are developed using software (often in C++) that can output code for one or more consoles as well as for a PC without the need for actual porting (instead relying on the common porting of individual component libraries). Many early ports suffered significant gameplay quality issues because computers greatly differed. Richard Garriott stated in 1984 at Origins Game Fair that Origin Systems developed computer games for the Apple II series first then ported them to Commodore 64 and Atari 8 bit computers, because the latter machines' sprites and other sophisticated features made porting from them to Apple "far more difficult, perhaps even impossible". Reviews complained of ports that suffered from "Apple conversionitis", retaining the Apple's "lousy sound and black white green purple graphics"; after Garriott's statement, when Dan Bunten asked "Atari and Commodore people in the audience, are you happy with the Apple rewrites?" the audience shouted "No!" Garriott responded, "[otherwise] the Apple version will never get done. From a publisher's point of view that's not money wise". Others worked differently. Ozark Softscape, for example, wrote M. U. L. E. for the Atari first because it preferred to develop for the most advanced computers, removing or altering features as necessary during porting. Such a policy was not always feasible; Bunten stated that "M. U. L. E. can't be done for an Apple", and that the non Atari versions of The Seven Cities of Gold were inferior. Compute! 's Gazette wrote in 1986 that when porting from Atari to Commodore the original was usually superior. The latter's games' quality improved when developers began creating new software for it in late 1983, the magazine stated. In porting arcade games, the terms "arcade perfect" or "arcade accurate" were often used to describe how closely the gameplay, graphics, and other assets on the ported version matched the arcade version. Many arcade ports in the early 1980s were far from arcade perfect as home consoles and computers lacked the sophisticated hardware in arcade games, but games could still approximate the gameplay. Notably, Space Invaders on the Atari VCS became the console's killer app despite its differences, while the later Pac Man port was notorious for its deviations from the arcade version. Arcade accurate games became more prevalent starting in the 1990s as home consoles caught up to the power of arcade systems. Notably, the Neo Geo system from SNK, which was introduced as a multi game arcade system, and would also be offered as a home console with the same specifications. This allowed arcade perfect games to be played at home. A "console port" is a game that was originally made for a console before an identical version is created which can be played on a personal computer. This term has been widely used by the gaming community. The process of porting a game from a console to a PC is often regarded negatively due to the higher levels of performance that computers generally have being underutilized, partially due to console hardware being fixed throughout their run (with games being developed for console specs), while PCs become more powerful as hardware evolves, but also due to ported games sometimes being poorly optimized for PCs, or lazily ported. While broadly similar, architectural differences may exist such as the use of unified memory on a console.