エイリアンのソフトウェア開発者へのインタビュー：「何かが起こった場合、私のロバは矢面に立つだろう」

プログラマーの日に、1億マイルの距離で18時間でローバーを遮断することができた開発者とのインタビューを紹介します。 さらに、宇宙船のコードの一部はエイダで書かれていました。









DDJ： 別の惑星の表面で動作するコンピューターをプログラムします。 これは異常です！



GR：これは私にとっては珍しいことです。 これは、次の日のすべてのタスクが計画に従って完了することを保証することに全員が集中しているような小宇宙です。



あなたは朝3時に家に帰りますが、まだ帰ってくる情報と眠れない夜を見るのは不安です。 あなたの妻と子供たちはすでに眠っていますが、あなたは確かに眠りに落ちることはありません。そして、朝の8時にあなたはすでに仕事をしなければなりません。 CNNをオンにして、コントロールセンターで笑顔を見て、12時間前に見たのと同じ画像を見てください。 非常に奇妙な感じ。



それは小さなキャンペーンの小さなプロジェクトでしたが、私たちの多くに大きな影響を与えました。 また、技術的な観点から、プロジェクトはタイムリーだったことにも注意してください。



Mars Pathfinderミッションは、NASAの最初のディスカバリーミッションであり、10年間のロボット宇宙探査プログラムでした。 ミッションの主な目標には、火星の過去の生命の存在の証拠の検索、火星の気候に関する情報の蓄積、および地球上の過去の気候変動の説明と将来の気候変化の予測への使用が含まれ、火星への人間の遠征中に後で使用できる資源の可能性を特定しました。 このJet Propulsion Laboratory（ JPL ）プロジェクトは、JPLの歴史​​の中で、すべての宇宙プロジェクトの中で最も野心的かつ綿密に注目されていたプロジェクトの1つでした。



パスファインダーは、固定着陸ステーションとソジャーナーローバーで構成されていました。その主なタスクは、低コストの着陸を行い、火星の表面を探索する可能性を実証することでした。 Pathfinderシステムは、標準のソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントから構築されました。 システムの中心は、Wind River Systems VxWorksリアルタイムオペレーティングシステムを実行するシングルプロセッサ-RS6000でした。



パスファインダーは1996年12月4日に打ち上げられ、7ヶ月間火星に飛びました。 彼は1997年7月4日に火星に着陸し、ソジャーナーはすぐに実験を行い、データを収集し始めました。 地上での最初の月の作業で、NASAは、ステーションからの9669枚の画像とソヨルナーからの384枚の画像、温度、気圧、風の約400万回の測定値を含む約1.2 Gbpsの情報を受信しました。



突然、1997年9月27日に、ソジャーナーとのコミュニケーションが失われました。 システムは常に再起動し始めました。 ほとんどのメディアはこのニュースを急いで捕まえ、「ローバーが一度に多くのことをしようとした結果として予期せぬソフトウェアがクラッシュする」と誤って発言しました。



Glenn Reevesを含むJPLエンジニアがすぐに発見した問題は、優先順位の逆転でした。これは、20年以上にわたってリアルタイムオペレーティングシステムエンジニアによく知られている現象です。 ほとんどのメディアレポートとは異なり、問題はほとんど地球外のものではありませんでした：優先度の低いタスク（気象データの収集など）が、優先度の高いタスク（バス制御など）に必要なセマフォを保持し、中程度の優先度のタスク（たとえば、通信）。 したがって、優先度の高いタスクは一定の時間内に完了できませんでした。 このような場合、セキュリティアルゴリズムはシステムを再起動しました。



システムを再起動すると、ハードウェアとソフトウェアが元の状態になりました。 彼女はまた、地球から受け取った現在のタスクの実行を停止しました。 すでに収集されたデータは消去されていません。 ただし、この日のタスクの顕著な部分は翌日まで完了できませんでした。



JPLエンジニアは、最初から優先順位の逆転を認識しているだけでなく、このような事態が発生する可能性のあるシナリオを先取りして考えていました。 そのため、研究所の重複システムで問題を迅速に再現し、解決策を送信することができました-デフォルトでシステムの優先順位をセマフォの決定の選択に変更する-距離1億マイルの宇宙船。 （ここでは、リモート修復です！）エンジニアは事前に慎重に監視ソフトウェアの2つのイメージを作成しました。これにより、そのうちの1つを地球から削除および更新できました。 しかし、チームは、影響を受けていないバージョンをダウンロードする能力を失うことを恐れて、2つのコピーのうちの1つをリモートでパッチすることを決定しました。



最後に、すべてがうまくいった。 宇宙船は任務を完了しました。 現在データシステムプロジェクトのチーフエンジニアであるReevesは、DDJジャーナリストD. Vowerに会い、Pathfinderミッションとエイリアンの研究ソフトウェアを書く他の側面について話しました。



DDJ： おそらく、コードの記述は他のプロジェクトとリアルタイムで変わらなかったと思われます。



GR：弾道コンポーネントについては、ほとんど変更できません。 22年前に受け取った情報に依存しているため、そこには不確実性があります。 しかし、一般的に、できる限りこのタスクを単純化しようとしました。 私たちは宇宙船を回転させ、慣性を使っていました...制御はそれほど難しい仕事ではありませんでした。 課題は、何がうまくいかないか、何かが壊れた場合にどうするかを把握することでした...結局のところ、交換できるものはほとんどありません。 すべてをどのようにテストする必要がありますか？ 装置が飛行する条件をどのように再現できますか？ このような質問は、宇宙船自体の開発よりもはるかに複雑です。



DDJ： これは、複雑なシステムを開発する際の永遠の問題であり、実験室以外の条件下でテストを行う方法です。



GR：コスモスはかなり寛大で、力がほとんどなく、行動と反応だけです。 大気の通過は別の問題ですが、ここでは十分なシミュレーションを行うことができます。 運転中の加速度計の読み取り値をシミュレートするだけでなく、車両の震盪と向きを計算する段階で降伏しました。 複雑すぎました。 ただし、できる限り物理的な影響についてデバイスをテストしました。



DDJ： 高層ビルから落としましたか？



GR：強度テストを行いました。 着陸時のリバウンドに耐えることができること、あきらめないこと、必要なレベルの圧力を維持できること、枕の素材が時期尚早に破損しないことを証明するまで、エアバッグで多くのテストを行いました。 さらに、それらは格納式です。 それらはワイヤーで内側に引っ張られます。



枕が石に巻き付いて、ドライブが動けなくなった場合の動作を確認する状況を真似て、エアバッグを外に置いて風になびかせました。 これを行うには2、3年かかりましたが、おそらくテストプログラムの中で最も高価な部分でした。



オリエンテーション、シャッターを開く、車両を回すというタスクは、額で実際に解決されます。装置を置き、加速度計を読み取り、目的のシャッターが正しい順序で開くことを確認します。



その結果、いまいましい仕掛けが表面から16回跳ね返り、そのベースにちょうど着地し、すべてのエアクッションが本来のはずのように内側に引っ張られました。 このミッションでは、すべてが理想的なシナリオに従って進みました。



DDJ： プロジェクトの全過程と比較して、プログラミングタスクについて非常に知りたいです。



GR：ミッション中、ほとんどの航海は地球からでした。 デバイスの位置は、オンボードシステムによって制御されていました。



JPLは、独自のコンピューターを設計するために使用されていましたが、かつては自分でプロセッサーを作成していました。 しかし今はいや、民間企業にこの芸術をやらせるほうがいい。 現在、オンボードコンピューターはシリアル製品です。



その後、JPLがオンボードコンピューターを注文で購入することを決定したのは2回目でした。 特別なオペレーティングシステムがコンピューターにインストールされることを想定しました。 そのため、オンボードコンピューターの多くの仕様を書きました。



私はVRTX（Mentor Graphics）およびVxWorks（Wind River Systems）に精通しており、pSOS（Integrated Systems）でも働いていました。 そのため、完全にユニバーサルなリアルタイムオペレーティングシステムの仕様を作成しました。



オンボードコンピューターの入札の勝者であるIBMは、ノースカロライナ州のIBM Raleigh部門が作成したOSOpenを提供しました。 それは初期のベータ版でした。 私たちはそれに慣れ親しんでいましたが、彼らはまだそれを改良しなければなりませんでした。 その後、1993年から1994年ごろに突然、IBM Federal SystemsがLoralに売却されました。 以前は1つの会社でしたが、2つの大きな対立会社の2つの部門になりました。 ローリーでこれらの人たちからリアルタイムのオペレーティングシステムを時間通りに受け取らないことが明らかになりました。

次に、ウインドリバーに連絡して、RAD6000に移植できるものを見つけることにしました。



DDJ： オリジナルのIBM RISC放射線耐性アーキテクチャですか？



GR：そのとおり 。 実際、ウインドリバーにVxWorksシステムをプロセッサーに適応させた場合に宣伝する絶好の機会を提供しました。 彼らは同意し、かなり安価で迅速にそれを行いました。 6か月後、VxWorksの作業バージョンが既にありました。



彼らはアイデアに触発され、すぐにこの問題を解決する人々を特定しました。 彼らはすべてを非常に迅速に行い、契約の下での論争はなかった。 困難が生じたとき...私はこのためにソフトウェア開発に携わる7人のチームを持っていました（ローバーに特別な注意）...技術的な問題に関するコミュニケーションは契約管理者の層なしでエンジニア間で直接行われました。 良い交流でした。 彼らは良い仕事をしました。



DDJ： システムをその場で更新する必要が生じたのはいつですか？



GR：これは標準的な手順です。 条件に関係なく、常に変更する機能を組み込みます。



DDJ： 念のため。



GR：念のためですが、JPLといくつかの重要な企業は、発売時までに既製のソフトウェアを入手することが不可能な場合に、このような問題に直面しました。 何かを変更する機会があることを常に確認する必要があります。



DDJ： 3000万マイル以上離れた場所に何かを送ると、いつもと違うことが起こるリスクが常にあります。



GR：さて、すでに述べたように、スペース条件は控えめですが、火星や他の場所の表面に関しては、ここであなたは正しいです。 私たちが本当にやりたいのは、センターと対話せずに予期せぬ困難を克服するのにもっと賢い宇宙船を作ることです。



DDJ： 本物のロボット！ あなたは子供の頃、アシモフのファンでしたか？



GR：それでも！ アシモフの子供とファンの両方。



DDJ： Pathfinderミッションでのあなたの飛行ソフトウェア開発責任者としての地位は何を意味しましたか？



GR：航空宇宙飛行ソフトウェアの開発と運用を担当しました。 何かが起こっていた場合、私のお尻は矢面に立ったでしょう。



DDJ： ソフトウェア開発管理、最後のフロンティア！ どうやって仕事を辞めますか？



GR： Pathfinderが非常にうまく機能した理由についての私の意見は次のとおりです。 具体的な目標は、デバイスの起動、火星への配送、大気圏内の移動、ローバーの地表への配送です。 チームの全員の注目をこれらの目標に集中させることができました。



さらに、JPLはこの絶対品質管理（TMQ）を身に付けたため、エンパワーメント、能力、責任について多くのことを話しました。



私たちの中には、TMQに懐疑的であるにもかかわらず、それを穏やかに、うなずき、採用する人がいました。 あなたが権威を与えるなら、私たちは本当に決定を下します。 そして、プロジェクト全体がそのように機能しました。 実際、経営陣はプロジェクトに携わる人々を信頼していました。



私は本当にあなたが仕事に惹かれた人たちに責任を負わなければなりませんでした。

私たちは大きなJPLプロジェクトではありませんでした。 同時に、Cassiniプロジェクトは最終段階にあり、最大3,000人が参加しました。 約300人がPathfinderに取り組みました。 したがって、チームは非常によく適合していました。



これらすべてが、管理の観点からの成功に貢献しました。 これはJPLの教訓であり、彼女はこの経験をその後のプロジェクトに適用し始めたと言いたいのですが、反対のことを述べなければなりません。 多くの人がPathfinderを成功させたと聞いていますが、「次回も同じようにしたくない」と聞きました。



これが当てはまる理由の1つは、JPLの初期には、重要なインフラストラクチャを提供する必要があるこれらの巨大なプロジェクトがあったことです。



しかし今では、1つの共通インフラストラクチャを必要とする多くの小規模なプロジェクトがあり、これによりプロジェクト間の相互依存関係が強化されています。



したがって、スーパーファインダの制御がほとんどまたはまったくなく、優れた結果を示す半独立的に動作する独立した研究部門のような、Pathfinderプロジェクトにあった作業の概念は、JPLではもはや適用されません。



DDJ： 宇宙旅行が面倒になると、天才は必要なくなります。



GR：これはまだまだ先です！



DDJ： しかし、これを現実に変えようとするのは、毎年あなたの仕事です。



GR：そうです。 そして、これを達成したら、この業界が機能することを確認して、他の高度なタスクを取り上げます。



DDJ：グレン、今何してるの？



GR：多くの構造的、基本的なタスクの1つに取り組んでいます。JPLは、放射線に耐性があり、放射能条件が非常に難しいヨーロッパで生き残ることができる航空機器を開発しています。 私たちは新しい技術をテストし、1メガラドのレベルで発生する問題を解決しようとしています。



契約に基づき、相当量の作業がJPLの外部で実行されます。 利用可能な技術的に最も強力な機器を宇宙船に提供しようとしています。 最後の選択肢は、周波数200 MHzのPowerPC 750です。



DDJ： あなたはマッキントッシュを宇宙に送ります！



GR：便利ですね。 Pathfinderプロジェクトで使用されるプロセッサ速度は約22 MHzでした。 値を1桁増やしました。 それは単に驚異的です。 JPLは10年から12年前まで常にテクノロジーを使用してきました...



DDJ： ...耐放射線バージョンを待つ間。



GR：うん。 特に、私は「ミッション-データシステム」と正確に呼ばれていないプロジェクトに取り組んでいます。 これは実際には、いくつかのことを実施するための組織間の取り組みです。 JPLでは、いくつかの多方向プロジェクトが最近実装されました。 たとえば、私たちは、既存のはるかに大きな自律性とは異なる宇宙船の基礎となるようなアーキテクチャを実現しようとしています。



これは、ソフトウェア、プログラミング分野の最新の開発に適用されます。 JPLは徐々にハードウェア形式から遠ざかりつつあり、ソフトウェア開発により重点を置いていると思います。 私たちが取り組んでいるコンピューターシステムは、小規模なローカルエリアネットワークのようなものです。 FireWireとI2Cを使用して、高速のコンピューターシステムではありません。



DDJ： I2Cはまだ使用中ですか？！



GR：彼女は高速ではありませんが、パワーは低いです。 これはしばしば決定的な要因です。 大容量、高速の場合、1394 FireWire-100 Mbpsがあります。



DDJ： NASAでは、プログラマーに高価なおもちゃが不足していませんか？



GR：市場で入手可能な大量生産に焦点を当てて、それを防止しようとしています。



Pathfinderの時代には、「VMEバスを使用して、各部分を自分で開発するのではなく、多くのお金を節約します。」と言いました。



そして、私たちはまだこの原則を固守しています。



DDJ： 現在の小規模チームの水平統合とシリアルパーツの使用を考慮して、Pathfinderプロジェクトのベストプラクティスを維持するという観点から、現在の作業について議論し始めました。 どのように対処しますか？



GR： JPLは、チームの構造と相互依存性を最適化するという苦痛なプロセスを克服します。 大規模な組織にとって、垂直的な管理構造から水平な管理構造に移行することは困難な作業です。



DDJ： これは単なる内部JPLプロセスですか、それともNASAの渦ですか？



GR：これまでのところ、これは基本的に内部プロセスです。 しかし、NASAはこれを見ています。



DDJ： 個人的には、経営陣は今あなたを飲み込んでいます。 今、少なくとも時々プログラムを書く必要がありますか？



GR：最近、いや...私の立場は、ミッション-データシステムプロジェクトのチーフエンジニアと呼ばれています。 技術的な問題について判断しているようですが、ほとんどは管理上の問題です。 できるだけ早く抵抗します！



DDJ： 技術に精通したDDJの読者は皆、「ダークサイドに行かないで！」



GR：誰かが計画をまとめる必要があります。 この劣等感は私を暗い側に引きずり込みます。



DDJ： はい、管理は最後のフロンティアです。 ソフトウェアは光沢のあるパッケージで販売されています。 人々の間で仕事を適切に配分する方法、タスクを交互に行い、時間通りに過ごす方法を決定する...



GR：すべて二次的です。 主なものは方法論です。 UMLかUMLか？ 言語などの古典的なもの、購入する必要のあるコンピューターの種類... 200 MHz PowerPCは、Cassiniプロセッサの約200倍強力です。 効率の問題は背景に消えつつあります。



DDJ： それで、あなたは他のみんなと同じように「古き良きコード」を書くだけですか？



GR：それはいいですね。 確かに、ソフトウェア開発の最前線に近づくことができたら素晴らしいと思いますか？ 残念ながら、JPLは現在このゲームから除外されており、手頃な価格のソリューションに満足する必要があります。



DDJ： Linuxはどうですか？



GR：宇宙飛行への適合性については評価しませんでした。 しかし、多くの人がここで使用しています。 各開発者は、One Right Wayについて独自の意見を持っています。 .



DDJ: JPL?



GR: JPL () . Ada , - - , , , . Pathfinder .



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GR: . Pathfinder 128 RAM. , . . , , , .



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GR: : « , - , - ». , . , . Pathfinder — , .



1999, Dr. Dobb's Journal

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翻訳：セルゲイダンシン

: A Conversation with Glenn Reeves



— Edison , .

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