系统设计黄金法则：简单之美(2)

　　Graham在“设计者的品味”一章中写到，“好的设计是简单的”、“简单就是美，正如漂亮的数学证明往往是简短而巧妙的那种”。他提到，有些创业者希望第一版就能推出功能齐全的产品，满足所有的用户需求，但这种想法是致命的。在硅谷创业最忌讳的就是“Premature Optimization”。因为一方面用户需求是多样的，不同人群都有不同的需求;另一方面开发者想象的需求往往和真实的用户需求有偏差。所以，Graham推崇那种有用户参与反馈的迭代优化的方式。

　　无独有偶，最近至少听到两个报告提到了Facebook的开发模式。当Facebook开发一个新的服务，会先让一个小用户群使用，根据用户的反馈来修改功能，同时可以调试程序中的bug。然后下一版让更大一些的用户群使用，收集用户反馈继续修改程序。如此反馈几次，最后再推向所有用户。这种模式要求再最初设计时尽量简单，从而只需几个月的时间就能推出一个新的功能，然后再不断地优化完善。

　　到目前为止，谈的工业界偏多一些，但其实在系统领域的学术研究，“简单”法则同样适用。

　　李凯教授：KISS原则

　　普林斯顿大学计算机系的李凯教授是“KISS”原则的坚决贯彻者。几乎每次和李凯老师讨论，他都会强调“Keep it Simple”。李凯老师的做事方式是——只抓住大方向，其他问题尽量简化。

　　但真正要做到KISS原则其实并不容易。我在遇到问题时，往往会从各个方面去考虑问题，其中难免包含了各种细枝末节，这种方式导致问题经常会变得非常复杂。之前讲过这个例子，在移植TCP/IP协议栈到用户态时，我觉得有约10个功能需要考虑。和李老师讨论，他让我把那些功能分成两类：“必须有(Must Have)”和“可以有(Nice-to-Have)”。当我试了这种方法，发现原来Must-Have的功能其实也不过2~3个而已。而最近的例子则是在要设计一个功能让TCP/IP连接的Server在模拟器中、Client在真实机器。我考虑是尽量减少模拟器上OS的开销，所以打算采用自己写一个设备、然后让用户态程序Bypass Kernel直接访问该设备的方案。但李凯老师在了解OS开销以后，认为容忍开销、尽量直接使用模拟器自己带的功能，让开发更简单。

　　这些教训也让我不断地去思考为什么要用KISS原则。慢慢地我体会到，KISS原则目的其实是——“快速推进、逐步优化”。我们设计一个算法，往往可以在大脑中预先思考好，然后直接编程写出来。但是，我们设计实现一个系统，当系统的复杂度超出我们大脑的工作记忆容量时，就无法在大脑中去“模拟”每一个细节。此时，我们应该用最快的速度去把系统建起了，然后再对各个环节进行优化。

　　这个KISS理念并不是计算机系统领域特有的，最早是来源于研制飞机时提出的设计理念。而在其他领域，如果一个任务涉及多个步骤，也同样有效，比如生物研究。我去年前曾看过施一公教授写的一篇文章中也提到了这一点。

　　施一公教授："耗费时间的完美主义阻碍创新进取 "【5】

　　2011年9月清华大学施一公教授在科学网上发布了一篇博客《如何做一名优秀的博士生：(二)方法论的转变》，其中介绍到完美主义的危害，其实是从另一个角度来强调“简单”。

　　施教授讲了他博士后期间的一个故事。一次他的任务是纯化一个蛋白。两天下来，虽然纯化了，但是产量只有20%。

　　他不好意思地对导师说，“产率很低，我计划继续优化蛋白的纯化方法，提高产率”。

　　但导师反问：“你为什么想提高产率?已有的蛋白不够你做初步的结晶实验吗?”

　　他回敬：“我有足够的蛋白做结晶筛选，但我需要优化产率以得到更多的蛋白。”

　　导师不客气地打断：“不对。产率够高了，你的时间比产率重要。请尽快开始结晶。”

　　实践最后证明他导师的建议是对的。

　　对于这个故事，施一公教授总结如下：

　　"在大刀阔斧进行创新实验的初期阶段，对每一步实验的设计当然要尽量仔细，但一旦按计划开始后对其中间步骤的实验结果不必追求完美，而是应该义无反顾地把实验一步步推到终点，看看可否得到大致与假设相符的总体结果。如果大体上相符，你才应该回过头去仔细地再改进每一步的实验设计。如果大体不符，而总体实验设计和操作都没有错误，那你的假设(或总体方向)很可能是有大问题的。

　　这个方法论在每一天的实验中都会用到。比如，结构生物学中，第一次尝试纯化一种新的蛋白不应该追求每一步的产率，而应该尽量把所有纯化步骤进行到底，看看能否拿到适于结晶的蛋白。第一次尝试limited proteolysis，不应该刻意确定protease浓度或追求蛋白纯度，而是要关注结果中是否有protease-resistant core domain。从1998年开始自己的独立实验室到现在，我告诉所有学生：切忌一味追求完美主义。

　　我把这个方法论推到极限：只要一个实验还能往前走，一定要做到终点，尽量看到每一步的结果，之后需要时再回头看，逐一解决中间遇到的问题。 "

　　结语

　　我想从各个角度去阐释“简单之美”，但到最后感觉这篇文章就是一个大杂烩。既然如此，那我就再加一点料。

　　Elon Musk是现实世界中的钢铁侠，他先后创办了网络支付公司PayPal、电动汽车公司Tesla以及空间探索公司Space X。目前Space X研制的“猎鹰”火箭已成功试飞，并得到NASA 16亿美元的合同。为了减低成本和提供可靠性，Space X设计的火箭也到处渗透着“简单”【6】：“在他们的猎鹰1号运载火箭上，并没有很多专利，科学家们不在乎，只要火箭能飞就行。火箭用的主发动机也不是21世纪的最新设计，而是1960年代的老古董，只有一个燃料喷射器。它很老，但很可靠。”

原文转自：http://www.ltesting.net