OTP 高階介紹

Erlang/OTP 有別於大多數的程式環境，即使是那些也使用虛擬機器的環境。Erlang 對於應用程式的建構方式、所應具備的隔離層級，以及 Erlang 虛擬機器可執行哪些內容，以及軟體可執行哪些內容，都有堅定的看法。它不只是一種程式語言，而是一個建構系統的完整架構。了解其核心原則有助於快速上手，而無須在之後重寫所有內容：它能確保所有應用程式都能完美結合，更新作業可以持續進行，且程式碼容易建構且可觀察。

在本章中，我們將涵蓋 Erlang 虛擬機器以及 OTP 的最高階核心概念。

Erlang 執行時期系統

所有內容的基本架構為 Erlang 虛擬機器本身，稱為 BEAM。技術上而言，BEAM 為 Erlang 虛擬機器的單一實作，因此也會有其他實作方式。例如，Erllvm 是一種針對 LLVM 的實作方式（使用一些自訂修補程式實現所有功能），而 90 年代的舊實作方式稱為 JAM。Erlang 虛擬機器使用 C 實作，並包含許多精妙的功能：進程執行排程器、垃圾回收、記憶體配置器、用於事件的計時輪、一堆用於抽象作業系統功能並提供統一介面的智慧型切換器（例如，時間管理、檔案處理驅動程式等），一些比 Erlang 本身執行的速度更快的內建函式（BIF），以及用於其他語言（NIF）本機實作函式的介面，以及其專屬排程器。很明顯還有很多內容，但您可以將所有這些東西視為 BSD 或 Linux 中的 kernel：建構更精妙內容所需要的中階內容。

如果你只有虛擬機器而沒有其他東西，就無法執行 Erlang 程式碼。你沒有標準函式庫，甚至沒有函式庫可載入程式碼。為了讓所有程式碼開始執行，需要進行一些複雜的開機準備程式，我們不需要了解這個過程。只要知道搭配虛擬機器搭載的預先載入 Erlang 模組是有限的，這些模組可用於設定網路和檔案處理工具，而這些工具則用於進一步載入並執行模組。不過，如果你對瞭解更多內容有興趣，請參閱 The BEAM Book 或 BEAM Wisdoms。

如果你使用虛擬機器和預先載入的程式，以及所有使程式碼載入成為可能的小型公用程式，那麼你所擁有的基本上就是所謂的 Erlang 執行時期系統 (ERTS)。執行時期系統在啟動時會依照一個稱為 開機腳本 的元件 (沒有人會手寫這個腳本) 的指示操作，其會指定要啟動的內容。

Erlang 預設會提供開機腳本，載入 minimal 的程式碼量，足以啟動 shell 和撰寫你自己的應用程式。完成後，我們可以開始思考 Erlang，而不僅是虛擬機器。

Erlang/OTP

我們到目前為止所描述的程式等同於作業系統核心。現在，我們需要為使用者空間元件建立基礎區塊。在 Erlang 中，這基本上就是 OTP 處理的內容。OTP 指明在虛擬機器上執行的「元件」應該如何建立。除了「處理程序和訊息」之外，這門程式語言還有更多功能：有一套定義良好的方式可讓你建構你的程式碼。

Erlang/OTP 系統是以稱為 OTP 應用程式 的元件架構。你安裝的每一個 Erlang 版本或使用它建置的系統都會搭載一些 OTP 應用程式。OTP 應用程式基本上有兩種變形：函式庫應用程式（只是模組的集合）和 可執行應用程式（包含模組的集合，但也會指定儲存在監控樹下的狀態處理程序結構）。為了清楚起見，我們將在這整本書中對 OTP 應用程式使用下列術語：

• 函式庫應用程式：無狀態模組集合
• 可執行應用程式：啟動有狀態監控樹狀結構的 OTP 應用程式，在這些結構中執行處理序
• OTP 應用程式：互換使用 函式庫 或 可執行應用程式

預設情況下，所有人包含的兩個 OTP 應用程式稱為 stdlib（一個函式庫應用程式，其中包含核心標準函式庫模組，例如 list 或 maps），以及 kernel（一個可執行應用程式，為 Erlang 系統設定核心結構，其依賴 OTP 應用程式運作）。

當一個節點開機時，所有必要的 OTP 應用程式中的模組會載入到記憶體中。然後，會啟動 kernel。從這個時間點開始，kernel 就管理著系統的生命週期。所有的其他 OTP 應用程式及它們的設定都是透過 kernel 處理的，而且配銷和熱式更新等獨特功能也是如此。如果我們回到作業系統比較，你可以將 kernel OTP 應用程式想成有點類似你會想到的 Linux 核心中的 systemd（或者如果你討厭 systemd 或使用 BSD，那麼就是 init，Windows 使用者可以把它想成執行其他服務的服務）

事實上，kernel 和 stdlib 是你只需要用於基本運作的 Erlang shell 的兩個應用程式。當你輸入 erl（或者在 Windows 上啟動 werl）時，這會引導 VM 開機，並使用預先載入的 stdlib 載入 kernel。其他的所有東西都是可選的，而且可以在以後載入。

標準的 Erlang 配銷包含以下應用程式

• kernel
• stdlib
• crypto（密碼學基本組元）
• ssl（TLS 終止函式庫）
• inets（網路服務例如 FTP 或 HTTP 客戶端）
• ct（通用測試架構）
• wx（圖形工具組）
• observer（一個使用 wx 建置的控制面板以管理你的 Erlang 節點）
• compiler（建立你自己的專案的 Erlang 編譯器）
• 等等

所有這些都被放到一起，形成所謂的 Erlang 版本。版本是 OTP 應用程式的集合，有可能與虛擬機器的完整副本捆綁在一起。因此，當你下載並安裝 Erlang 時，你只會取得一個名稱類似 Erlang/OTP-21.3.4 的版本。你可以自由建置你自己的版本，這會取用標準配銷的某些 OTP 應用程式，然後將它們與你自己的某些應用程式捆綁在一起。

因此，如果我們寫一個名為 proxy 依賴於 ssh 和 ssl（它們本身依賴於 public_key、crypto、stdlib 和 kernel）的應用程式，我們會製作一個在其中包含所有這些元件的版本

• ERTS
• kernel
• stdlib
• crypto
• public_key
• ssl
• ssh
• proxy

你可以在圖 1 中看到這個的視覺化表示。

基本上，建置一個 Erlang 系統是重新捆綁 VM，以及一些隨預設配銷提供的標準應用程式，再連同你自己的應用程式和函式庫。

活在 Erlang/OTP

社區所開發的標準工具，例如 Rebar3 按照您所寫入並發布的是 OTP 應用程式這個想法來執行，且包含與其處理相關所需的所有功能。這對於只要求您在其中一個檔案的某個位置有一個稱為 main() 的函數的許多程式語言來說是一個大幅度的轉變。這也是為什麼程式語言經常稱為 Erlang/OTP 而非僅僅『Erlang』：它不只是一個程式語言，它是一種一般性的開發架構，對您所做的每一件事都命令一些基本的結構。

而且每個人都遵循它，無論他們是撰寫嵌入式軟體、區塊鏈系統或分散式資料庫。就是 OTP，不然什麼都沒有。而其他語言通常不會強制要求進行特定動作才能開始執行，但隨後會在後端新增一些需求（例如與套件管理員整合時），Erlang 及其整個社群期望您只寫入 OTP 應用程式，而其他工具可以處理這些應用程式。

所以快速在 Erlang 中入手的關鍵在於熟悉其架構，這個架構通常被保留為更進階的教材。我們將在這邊採取相反的做法，從一個完全具備功能性的佈署版本開始著手，然後深入探究其結構。接下來的章節將專注於了解如何在這些需求中工作。