«Наука в Сибири» № 39-40 (2175-2176) 23 октября 1998 г. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОГРАММИРОВАНИИ Программисты в отдельно взятом институте Александр Гурьевич Марчук, доктор физико-математических наук, избран директором Института систем информатики на апрельском Общем собрании СО РАН. До этого он восемь лет работал заместителем директора по науке, принимал активное участие в становлении и переходу института на новые условия существования. А.Марчук -- один из ветеранов Сибирского отделения, он прошел в одном коллективе путь от студента до директора, стал признанным специалистом в информатике, имеет много учеников. Институт систем информатики имени А.П.Ершова не у всех "на слуху". Многие даже путают его название. Тем любопытнее был доклад А.Марчука на заседании Президиума в июне. Тема доклада была сформулирована интригующе -- "Информационные системы и безопасность сетей". Присутствующие смогли узнать кое-что новое о том, насколько уязвимы наши компьютерные сети и компьютеры. ЕДИНСТВЕННЫЙ ЗА УРАЛОМ Институт систем информатики Сибирского отделения РАН -- единственный за Уралом академический институт, занимающийся фундаментальными проблемами информатики. Конечно же, в других институтах и ряде университетов имеются коллективы и отдельные специалисты, работающие в области Computer Science, но целостность и широта проблематики -- только у нас. Что же это за наука -- Computer Science, в ряде европейских стран и в России называемая информатикой? Предметом исследования является компьютер, информация, программирование и процессы использования компьютера для решения задач. Безусловно, использование компьютера -- это прикладная деятельность, но в ней есть большое количество фундаментальных аспектов, требующих исследований, методологических обобщений, доказательств. Широта предмета огромна. Когда специалисты попытались создать новую программу для вступительных и кандидатских экзаменов по специальности "Математическое обеспечение...", получилась программа, честно сдать экзамен по которой не по силам и докторам наук. Уместна прямая аналогия с математикой, ветвью которой является информатика и особенно ее часть -- теоретическое программирование. Как и математика, информатика помогает решать прикладные проблемы, однако имеет и свою внутреннюю логику развития, систему понятий, предмет исследования и методы исследования. К сожалению, до сих пор сохраняется предрассудок о вспомогательном и даже инженерном характере информатики. Этот предрассудок подпитывается и тем, что многие, умеющие немного работать на компьютере, начинают считать себя специалистами в информатике -- сказывается несоответствие бытовой и научной терминологии. В былые годы такие стереотипы существенно влияли на защиты диссертаций, и большинство специалистов старшего поколения защищалось в достаточно "зрелом" возрасте. Сейчас эти традиции преодолены и молодежи полностью открыты ворота к ученым степеням. СЛАВНАЯ ПРЕДЫСТОРИЯ, 40 ЛЕТ То, что ныне называется "информатикой", раньше называлось "программированием". Наш институт имеет корни в отделе программирования, образованном в 1958 году в составе Института математики. Возглавил этот отдел тогда еще кандидат наук Андрей Петрович Ершов. В дальнейшем отдел был переведен в образованный Вычислительный центр и только в 1990 коллектив (тогда уже два отдела) выделился в самостоятельный институт. Что существенно -- это стабильность коллектива на протяжении всей истории, единая научная школа, сформированная ее лидером -- академиком А.Ершовым, долговременные традиции в стиле и высоком качестве работы. Традиции закладывались еще на самых ранних этапах. Первый же большой проект -- создание системы программирования Альфа -- дал как научные, так и практические результаты и многие ученые старших поколений помнят как работали на Альфа-трансляторе. А ведь это была одна из первых в мире реализаций Алгола-60! Андрей Петрович, безусловно, был неординарной личностью, настоящим лидером. Ученые за рубежом его знали, наверное, лучше, чем здесь, в Академгородке. Он был достойным представителем нашей страны в такой крупнейшей организации, как IFIP. Его деятельность определялась интересами развития информатики в стране и мире, а не только в отделе, который он возглавлял. До сих пор, уже после преждевременной кончины, влияние Ершова существенно для коллектива и института. Существенно, в основном, установленными связями. Как пример можно отметить, что к нам на конференцию памяти А.П. Ершова приезжает больше иностранцев, чем на конгресс прикладной математики в ИМ. Следующий этап бурного развития коллектива состоялся в середине 80-х, когда ученикам Ершова В.Котову и А.Нариньяни были доверены организация и проведение разработки компьютеров нового поколения. К тому времени был создан значительный задел в области параллельных архитектур компьютеров и средств их интеллектуализации. Для совершения прорыва в вычислительной технике под эгидой ГКНТ СССР был создан временный научно-технический коллектив СТАРТ, состоявший из специалистов в разных направлениях. Коллектив был нацелен на проведение в кратчайшие сроки разработок, которые могли бы послужить основой вычислительных систем следующего поколения. Основу СТАРТа составили специалисты из нашего института, хотя существенные части работ проводили "бригады" из Москвы, Таллинна, Киева и Северодонецка. Три года напряженных работ не только привели к появлению действительно интересных разработок вычислительных машин и их программного обеспечения, но и послужили школой становления коллективов и их лидеров. СТАНОВЛЕНИЕ ИНСТИТУТА Работа ИСИ развивается вокруг проблематики компьютеров и их использования. Наш институт пережил достаточно непростой период перехода государственной ориентации от полностью "натурального хозяйства" в вычислительной технике к полной диструкции, то есть отсутствию какой-либо государственной политики в области вычислительной техники и следованию стихии рынка. Это тем более печально, что цивилизованное общество становится обществом всеобщей информатизации, что затрагивает практически все стороны жизни и производства. Ныне адаптация института к новым условиям работы осуществилась, и мы нашли те элементы научной специализации, в которых можем сохранять лидирующие позиции. Чтобы проиллюстрировать то, как это было не просто, я охарактеризую разницу в предыдущем и нынешнем стилях работы. Ранее мы были ориентированы на разработку компьютерных систем "с нуля". Мы делали почти все: прикладное (интеллектуальное и не очень) программное обеспечение для решения разных задач, системное программное обеспечение для управления компьютерами, системы программирования, трансляторы, отладчики, СУБД и т.д. и т.п., разрабатывали оригинальные архитектуры компьютеров, суперкомпьютеров, рабочих станций, разрабатывали собственно "железо" таких компьютеров, элементную базу для них, а также системы автоматизации проектирования компьютеров и элементной базы. В общем -- по замкнутому циклу. Но в открытой экономике цивилизованных стран так уже несколько десятилетий не работают даже крупные фирмы. Более эффективна специализация и разделение труда, в том числе -- международные. Пришлось срочно жертвовать широтой исследований и разработок ради их глубины. Не обошлось и без потерь в тематике и кадрах... Однако теперь новая диспозиция сформирована и есть возможность концентрации усилий на выбранных направлениях. Оказалось, что широта и универсализм знаний и умений -- явление в мировой научной узкоспециализированной жизни достаточно редкое и находятся важные области, где эти качества уместны. Например, одной из новых специализаций института стала специализация по методам и средствам автоматической переработки устаревшего софтвера и устаревших аппаратных систем в современные платформы и технологии. Средства такой "утилизации" имеют, во-первых, практически неограниченный рынок и, во-вторых, требуют очень сложных подходов. КОМПЬЮТЕР -- ИНСТРУМЕНТ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Мы сами ученые и окружены учеными, поэтому проблематика использования вычислительных машин в научных исследованиях всегда была в центре внимания. За прошедшие десятилетия компьютер постепенно врос в привычное окружение исследователей. Начиналось все с простых программ и моделей. Ныне высокая производительность доступных вычислителей позволяет ученым проводить численные эксперименты с привлечением сложных полномасштабных моделей, получая надежные результаты даже для ситуаций, недоступных для воспроизведения в прямых экспериментах. Ситуация постепенно смещается от дорогостоящих экспериментальных установок к пакетам прикладных программ, базам данных и экспертным системам. Тем не менее, новизна ситуации не всеми и не в полной мере осознается. Возможно, свидетельства тому -- периодические дискуссии на заседаниях Президиума СО РАН. Обсуждать -- нужны ли суперкомпьютеры Сибирскому отделению или нет, нужен ли прямой выход в Интернет или нет -- равнозначно вопросу -- нужны ли исследователям приборы или нет. Компьютеры без программного обеспечения попросту мертвые железки, поэтому конечно же нужны именно специальные программные системы и компьютеры, на которых их можно исполнять. Принципиален вопрос: кто создает прикладные программы, базы данных, информационные системы для научных исследований? Конечно же -- это кто-то там, на западе... Но и конечно же, что и здесь, в СО РАН, в институтах. Так же, как и в научном приборостроении, мы и потребляем приборы зарубежных фирм и создаем свои, уникальные, иногда пользующиеся внешним спросом. В отличие от приборной инженерии, базирующиеся на устоявшемся ремесле, которому обучают в технических вузах, программирование не имеет столь сильных традиций, и соответствующими навыками и технологиями владеют далеко не все, кому это было бы полезно. Роль программистского института, коим является ИСИ, и в том, чтобы готовить молодую поросль программистов, и в том, чтобы пропагандировать современный уровень, и в том, чтобы создавать местную инфраструктуру для информационных систем. КУЗНИЦА ПРОГРАММИСТОВ ВЫСШЕЙ КВАЛИФИКАЦИИ Начну с больного вопроса -- текучести кадров. Нынешние времена драматических трудностей финансирования фундаментальной науки не обошли наш институт стороной. Как и у других, мы постоянно теряем высококвалифицированных сотрудников, уезжающих в основном за рубеж. Причем, естественно, из числа наиболее способных и ищущих. Большая часть уезжающих на заработки -- молодые сотрудники до 35 лет. В этом однако есть и утешительная составляющая, даже предмет гордости -- наши специалисты востребованы внешним миром и высоко котируются. Анализ мест работы уехавших показывает, что практически все они работают по специальности и в престижных местах на острие исследований и разработок. Наиболее впечатляющим фактом, на мой взгляд, является то, что восемь наших молодых программистов работают разработчиками в фирме Microsoft. И, кажется, несколько наших молодых ребят также хотят попробовать поучаствовать в очередном конкурсе фирмы по набору программистов. Наверное, ни одна организация России не "осчастливила" Microsoft таким количеством талантливых program-maker'ов. О каждом из них можно было бы написать целую историю. Мне искренне жаль, что институт не может предложить дарованиям и просто грамотным специалистам нормальные условия для работы и жизни. Видится, что подготовка программистов высшей квалификации процесс сложный и, к сожалению, длительный. Традиции работы со студентами и молодыми специалистами были заложены А.Ершовым и другими основателями коллектива института. Похоже, традиции не утеряны, а развиваются. Основой обучения программистскому ремеслу является полнокровное участие в сложных экспериментальных разработках начиная со студенческой, иногда со школьной, скамьи. Программистские технологии и инструментарий меняется настолько быстро, что молодежь всегда находится в самостоятельном и ответственном положении. К тридцати годам они уже становятся в хорошем смысле слова ветеранами, умеющими делать все, или почти все, кроме того, что умеют делать их более младшие коллеги. На смену уехавшим, институт готовит новое пополнение -- жизнь продолжается. У нас обучается большое количество студентов с ряда кафедр НГУ, сотрудники преподают в ВКИ и НГТУ, большой прием в аспирантуру. Однако слишком трудно регенерировать со скоростью, диктующейся внешними обстоятельствами... ВЫЖИВАНИЕ ИЛИ ПРОЦВЕТАНИЕ? Так что же -- выживаем? Или может надо ставить задачу выше, стремиться к успеху и процветанию? У института есть все предпосылки к позитивному развития даже в нынешних тяжелейших условиях. Во-первых, это перспективная проблематика. Не секрет, что программисту найти работу легче, чем другим специалистам. Хотя это же создает дополнительные трудности по "удерживанию" сотрудников, получающих символическую зарплату. Новый этап информатизации общества, особенно бурный рост сети Интернет, порождает многочисленные потребности в разработках, обучении, консультациях. Вторая предпосылка -- небольшой институт. Это позволяет жить едиными интересами, организация становится "прозрачной", динамичной и облегченной от бюрократии. Усиливает этот фактор молодость института и основной части его сотрудников. Как уже отмечалось, текучесть кадров можно использовать на пользу, в частности -- на омоложение организации. В отличие от других институтов, мы не сокращаем численность (она и без того маленькая), а восстанавливаем ее, целенаправленно готовя и отбирая талантливую молодежь. Стимулирующим, хотя и не положительным, качеством остается отсутствие собственности. В отличие от многих институтов нам нечего сдавать в аренду, так что мысль ориентирована только на зарабатывание работой по специальности. Мешает же движению к процветанию неумение и косность. Большинство из нас привыкло и к отсутствию возможностей что-либо существенно изменить, и к необходимости искать заказчиков, предлагать новый продукт потенциальным клиентам, активно развивать взаимодействие с партнерами. Не хватает также знаний в управленческих дисциплинах. Такие понятия, как стратегическое планирование, менеджмент, маркетинг, реклама пока не ассоциируются с наукой и ее управлением. Однако посмотрим правде в глаза: федеральный бюджет еще долго не сможет обеспечивать даже минимальных потребностей по финансированию фундаментальной науки. Это относится как к базовому финансированию, так и к грантам, получаемых от российских фондов. Дело может поправить лишь активное привлечение средств от промышленности и зарубежных заказчиков. Трудно, правда, сохранить баланс между фундаментальной сущностью институтов и прикладным характером внешних потребностей. Однако -- можно. Мобильность нашего института позволяет перестроить отношение к рыночным механизмам, поставленные задачи реальны и должны принести результаты в достаточно близком будущем. Не секрет, что институты "обросли" малыми внедренческими структурами. ИСИ не стал исключением. Некоторые считают появление новых форм опасным и расхищающим созданный потенциал. Однако видится, что в современных условиях сосуществование с частным бизнесом неизбежно и может быть направлено на общее развитие. В конце концов, основой накопленного потенциала являются специалисты, коллективы и научные школы. Их сохранение -- главная задача, а поскольку жизнь нельзя откладывать "на потом", необходимо обеспечить эффективную работу коллективов и их развитие. НА ПУТИ К ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБЩЕСТВА За политическими перестройками, экономическими "реформами" и общим беспорядком мы как-то забыли про научно-технический прогресс. Забыли, что находимся уже на пороге двадцать первого века, и жизнь стремительно летит вперед. Главным моментом, перестраивающим производственные и общественные отношения становится информатизация общества. Компьютеры и компьютерные сети -- не просто инструменты для работы, они создают новую инфраструктуру (наш сотрудник А.Берс обозвал ее "инфоструктурой") для профессиональной деятельности, творчества и жизни. Стремительный взлет таких компаний, как Netscape, Novell и, особенно, Microsoft -- лишь отражение масштабного процесса роста потребления обществом технических новаций в компьютерах и сетях. Мировая экономика находится на пороге существенных перемен. Компьютерная отрасль скоро догонит и обгонит ведущие отрасли материального производства. А в дальнейшем, отделившаяся от нее индустрия информационных систем, будет развиваться еще быстрее. Капиталы и трудовые ресурсы будут перетекать из других отраслей, а сама отрасль обрастет инфраструктурой. Похоже на Нью-Васюки, правда? Тем не менее, следует задуматься над этим прогнозом. Где будет находиться Сибирское отделение через 20 лет -- в авангарде или наоборот? Новосибирский Академгородок -- маленькая модель современного и в чем-то будущего общества -- здесь высокий образовательный уровень, высокий творческий потенциал и есть развитая компьютерная сеть. Последнее вообще уникально -- размер сети, измеренный в единицах, принятых у специалистов, превышает размеры национальных сетей ряда стран Европы, таких, как Венгрия и Болгария. Это великое преимущество (созданное вполне конкретными людьми) и его надо умело использовать. Но вернемся к модели общества. Если посмотреть кем и как используются компьютерные сети, то выяснится, что выиграли от их эксплуатации в основном очень молодые люди -- студенты и младший по возрасту исследовательский персонал. Только они смело осваивают новые технологии, пользуются появляющимися возможностями, активно экспериментируют в Интернете, тогда как старшее поколение как правило довольствуется электронной почтой. Наверное, это естественно, однако пока бразды правления находятся у ветеранов и нам, руководителям, надо крепко задуматься -- как не мешать развиваться новому и, может, даже помочь. В институте существует давняя традиция участия в информатизации общества, в том числе и через школьную информатику. Традиция была заложена А.Ершовым и термин "школьная информатика" был предложен и популяризирован им. Мы не только создаем новые методики преподавания информатики в школе, но и создаем новые технологии, объединяем усилия учителей-энтузиастов, вовлекаем школьников в овладение программистским ремеслом. Сейчас мы тесно сотрудничаем с рядом школ и, особенно, с Высшим колледжем информатики НГУ. Есть две тенденции в школьном преподавании информатики, которые мы считаем весьма существенными и пытаемся поддержать их своим влиянием. Первая -- "гуманитаризация" образования, то есть изменение акцентов в преподавании с алгоритмов и программирования на обучение принципам устройства информационных и прикладных систем и умению ими пользоваться. Вторая важная тенденция -- потребность в факультативном программистском образовании для значительного числа школьников возраста 12--15 лет. Ребята тянутся к программированию как к ремеслу, искусству и образу жизни. Необходимо помочь им достигнуть высот развития. Такую деятельность институт ведет совместно с упомянутым колледжем (директор Н.Сычев), результаты во время проведения ежегодных школ юных программистов -- всегда радуют. МЫ НУЖНЫ СИБИРСКОМУ ОТДЕЛЕНИЮ! Как и любая другая наука информатика -- международна. Исследователи создают новые знания для коллег, часто довольно узких специальностей. Тем не менее, идея интеграции наук, замысленная сорок лет назад отцами-основателями Сибирского отделения, живет и развивается. Взаимозависимость исследовательских институтов выражается не только во взаимодействии научных направлений, но и в "потреблении" единой инфраструктуры. А также в подпитке новыми технологиями внедренческого конвейера. Приятно сознавать, что руководство Президиума отдает приоритет интеграционным проектам и обидно, что этот приоритет не по его вине в большой мере декларативен из-за огромных трудностей в финансировании. Наш институт способен существенно увеличить вклад в исследовательские и прикладные разработки институтов СО РАН -- новые информационные технологии это не только "упаковка" программных систем, но и новые способы решения сложных задач. Например, программирование в ограничениях и недоопределенные множества, развитые в исследованиях по искусственному интеллекту, позволяют решать важные классы задач, трудных для традиционных методов оптимизации. Пока прикладные исследования и разработки приходится выполнять в основном для заказчиков за рубежом. В этом наш институт значительно преуспел и есть коллективы, связанные долговременными контрактными отношениями с солидными фирмами. В этом году, однако, было решено усилить взаимодействие с ближайшим окружением: институтами СО РАН, промышленностью города и региона. Только так можно обеспечить стабильную линию развития. Рыночные отношения в программной индустрии уже сформировались, поэтому приходится идти на жесткую конкуренцию. Заказчиков не привлечешь одним лишь тезисом: "мы такие умелые", надо создавать рыночно потребляемые заделы услуг и технологий, вести разъяснительную, популяризаторскую и рекламную работу. Все это теперь делается, и если бы не нынешний кризис, результаты мы бы имели уже сейчас. В Сибирском отделении имеется существенное поле приложения усилий специалистов нашего института. Это обеспечение безопасности сетей и систем. Как уже отмечалось, компьютерная сеть Академгородка очень обширная. Она охватывает почти все институты и организации Новосибирского научного центра, содержит большое количество локальных сетей и трудно поддающееся подсчету количество рабочих компьютеров и серверов. Все уже наслышаны о зарубежных "хакерах", взламывающих даже хорошо защищенные сети и базы данных. Наша же сеть почти никак не защищена и хорошо "просматривается" извне. Обыденное представление о том, что реальной угрозы нет -- полностью не соответствует действительности. Когда я познакомился с результатами исследований, проведенных нашими специалистами, я был в шоке. Срочно была сформирована и конкретизирована программа исследований по вопросам информационной безопасности, а группа -- кадрово усилена. Часть полученных результатов была доложена на заседании Президиума Отделения в моем научном докладе. Я меньше всего стремился запугать присутствующих, однако представлялось важным донести обеспокоенность состоянием дел до членов Президиума и получить соответствующие полномочия для дальнейшей работы. Похоже, цель была достигнута. В настоящее время исследования углубляются, их результаты скоро будут вынесены для внешнего обсуждения. А. МАРЧУК, директор Института систем информатики, доктор физико-математических наук. г.Новосибирск. стр.