Was ist Bootstrapping und warum ist es so wichtig?

Das laufende Jahrzehnt fängt großartig an: Wir haben Smartphones und das Internet, großartige komplizierte Dinge wie Blockchains oder kybernetisch anmutende Anwendungen, die alle miteinander kommunizieren, geschrieben in Programmiersprachen, die Menschen bei der Befehligung des Computers unterstützen. Doch wie kommt all die Großartigkeit in die Welt? Sie steht doch scheinbar »auf den Schultern der Giganten«, wie man sprichwörtlich sagt: Neuere Roboter wurden durch ältere gebaut, neuere Computer durch ältere. Es reicht alles zurück in die Zeit der einfacheren Werkzeuge und weniger komplexen Systeme.

Bootstrapping erzeugt wünschenswerte Komplexität

Tatsächlich kommt Komplexität nicht ohne Arbeit in die Welt. In der Softwaretechnik sprechen wir von einem Henne-Ei-Problem: Wenn eine mächtige Plattform oder Technik in der Lage sein soll, sich selbst zu replizieren bzw. von Grund auf zu erschaffen. Ein Beispiel sei eine neue "höhere" Programmiersprachen, sei es einmal das in der Genossenschaft so beliebte Kotlin, für die es einen sogenannten Compiler benötigt, der aus dem typischerweise in Textform vorliegenden Programmcode maschinenlesbare Anweisungen erzeugt. Es gibt viele Gründe, warum es interessant ist, diesen Compiler in der neuen Sprache selbst zu schreiben. Einer davon ist, dass es für die an der neuen Programmiersprache abeitende Menschen interessanter ist, die Funktionen ihres neuen Zöglings auch zu nutzen, statt eine ältere Programmiersprache zu verwenden. Wenn eine Sprache diesen evolutionären Schritt geschafft hat, nennt man sie selfhosting, sie ist also ihr eigener Gast.

Die technische Umsetzung dieses Vorhabens ist gar nicht einmal so einfach: In der Regel werden ältere Compiler einer Sprache verwendet, um neuere zu entwickeln. So ist es in der Java-Welt üblich, dass sich ohne Java Development Kit kein neues Java Development Kit entwickeln lässt. Diese Abhängigkeiten lassen sich zurückverfolgen bis zu den ältesten Versionen von Java, für die es Compiler in der Sprache C gibt. Eine saubere Methode, solche Ketten zu durchbrechen, zeigen etwa die Sprachen Go und Zig, für die es kleine Bootloader oder "Vorstufen-Compiler" gibt, aus denen sich ein Compiler für eine einfache Version der Programmiersprache übersetzen lässt, aus dem sich schließlich ein Compiler entwickeln lässt, der alle Funktionen der Sprache versteht. Die Art und Weise, wie diese kaskadierten Compilerstufen funktionieren, erinnern an den Prozess des Bootens eines Computers, den viele ältere noch von ihrem Personalcomputer kennen und der heute im Prinzip nur wenig verändert weiterhin anhält, aber in der mobilen Gegenwart oft nicht mehr so stark in Erscheinung tritt. Dabei starten Prozessoren sogar meist mit einem einfacheren 16bit-Vorprogrammiersystem (früher von dem BIOS bespielt) um sich dann in 32bit und danach 64bit "upzugraden". Auch der Linux-Ladeprozess mit einem Bootloader, der defakto selber (im Moment des Bootens) ein Betriebssystem darstellt, ist noch heutigen Linux-Benutzenden oft ein Begriff. Auch wenn solche Fragestellungen als "erledigt und abgehakt" und damit eher theoretischer Natur erscheinen, sind sie dennoch hoch relevant für die Zukunft und erfordern eine regelmäßige Überarbeitung.

Bootstrapping hilft zur Resilienz und Vertrauen in der Softwaretechnik

Tatsächlich gibt es aber auch viele andere Gründe, warum Systeme bootstrappable sein sollen, sich also an den eigenen Stiefelriemen aus dem imaginären Sumpf der Trivialität ziehen können sollen. Das Webprojekt bootstrappable.org etwa listet eine ganze Liste von Vorteilen auf und beinhaltet viele interessante weiterführende Links. Ein wesentlicher Vorteil ist das Vertrauen, welches bootstrap-fähige Systeme genießen können: Sie können mit keinen oder zumindest erheblich geringeren Abhängigkeiten erzeugt werden. Besonders interessant wird das in Zusammenhang mit reproduzierbaren Builds, welche eine hundertprozentige Vorhersagbarkeit (Determinismus) von Kompilaten zum Ziel haben. Diese Zugänge können als Versuch verstanden werden, die Komplexität moderner Softwaresysteme wieder zu bändigen und nachhaltiger zu Programmieren. Über die enorme Bedeutung der Beherrschung von Komplexität füllt Alexander Schatten in der iX Spezial 2022 – Green IT fast eine gesamte Ausgabe des Magazins im Alleingang.