Текст книги "Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы"

Автор книги: Фредерик Брукс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

Теперь видно, что для этих двух функций требуются совершенно разные способности. Способности встречаются в разных сочетаниях, и отношения между продюсером и директором должны определяться теми конкретными сочетаниями, которыми они обладают. Не люди должны быть втиснуты в чисто теоретические организационные формы, а организация должна строиться вокруг тех людей, которые есть.

Возможны три типа отношений, и все они с успехом встречаются на практике.

Одно и то же лицо может быть продюсером и техническим директором. Это вполне оправдано в маленьких командах, насчитывающих от трех до шести программистов. В более крупных проектах это очень редко осуществимо по двум причинам. Во-первых, редко встречаются люди, сочетающие в себе большие административные и технические способности. Мыслители встречаются редко, практики еще реже, но реже всего – мыслители-практики.

Во-вторых, в больших проектах выполнение каждой из функций требует полного рабочего дня или даже больше. Продюсеру трудно передать кому-либо достаточную часть своих обязанностей, чтобы высвободить время для технической работы. Директору невозможно передать свои обязанности, не нанося ущерба концептуальной целостности проекта.

Продюсер может быть начальником, а директор – его правой рукой. Сложность здесь состоит в том, чтобы определить полномочия директора при принятии технических решений, с тем чтобы он не тратил свое время, участвуя в административной цепочке.

Очевидно, продюсер должен объявить о полномочиях директора в технической области и в высшей степени укреплять их в возникающих спорных ситуациях. Чтобы это было возможно, продюсер и директор должны иметь схожие взгляды по основным техническим вопросам. Они должны частным образом согласовывать основные технические проблемы, прежде чем они встанут на повестку дня. Продюсер должен также с большим уважением относиться к техническому мастерству директора.

Что менее очевидно, продюсер может с помощью символов статуса (таких как размер кабинета, ковровое покрытие, мебель, рассылка вторых экземпляров документов и т.п.) подчеркивать, что директор, находясь вне административной цепочки, обладает, тем не менее, властью в принятии решений.

Это может действовать очень успешно. К несчастью, к этому редко прибегают. Что хуже всего получается у менеджеров проектов, – так это использование технического гения людей, не очень сильных в администрировании.

Директор может быть начальником, а продюсер – его правой рукой. Роберт Хайнлайн ярко описывает такую организацию в «Человеке, продавшем Луну».

Костер закрыл лицо руками, затем взглянул вверх:

– Я разбираюсь в этом. Я знаю, что нужно делать, но всякий раз, когда я пытаюсь заняться технической проблемой, какой-нибудь болван хочет, чтобы я принял решение по поводу грузовиков, или телефонов, или еще какой-нибудь ерунды. Простите, мистер Гарриман. Мне казалось, я справлюсь со всем этим.

Гарриман очень мягко сказал:

– Не отчаивайся, Боб. Ты ведь недосыпал последнее время, правда? Вот что я скажу: мы перехитрим Фергюсона. Я возьму твой стол на несколько дней и построю организацию, которая оградит тебя от таких вещей. Я хочу, чтобы твои мозги были заняты векторами реакции, эффективностью топлива и сложностями проекта, а не контрактами по грузовикам. – Гарриман подошел к двери, выглянул наружу и заметил человека, который был, возможно, старшим клерком. – Эй, вы! Подойдите сюда!

Человек показался озадаченным, встал и, подойдя к двери, спросил:

– Да?

– Я хочу, чтобы этот стол в углу и все, что на нем, были перенесены в пустую комнату на этом этаже, и немедленно.

Он проследил, как Костер и второй его стол переехали в другую комнату, убедился, что телефон в новом помещении отключен, и, подумав, заставил перенести туда диван.

– Мы поставим проектор, чертежную доску, книжные шкафы и все такое прочее сегодня вечером, – сказал он Костеру. – Просто составь список всего необходимого, чтобы заниматься делом. – Он вернулся в официальный кабинет главного инженера и с радостью взялся за работу, пытаясь выяснить, каково положение дел, и что не ладится.

Часа через три он позвал Баркли, чтобы познакомить его с Костером. Главный инженер спал, сидя за столом, положив голову на руки. Гарриман хотел выйти, но Костер проснулся.

– Прошу прощения, – сказал он, краснея, – я, наверное, задремал.

– Для этого я притащил тебе диван, – сказал Гарриман, – на нем удобнее. Боб, познакомься с Джоком Беркли. Это твой новый раб. Ты остаешься главным инженером и неоспоримым начальником. Джок будет Главным лордом Все Остальное. С этого момента тебе абсолютно не о чем беспокоиться – исключая такую мелочь, как лунный корабль.

Они пожали руки.

– Хочу просить об одной вещи, мистер Костер, – сказал Беркли с серьезностью, – передавайте мне все, что сочтете необходимым – ваша сторона техническая, – но Бога ради, записывайте все, чтобы я был в курсе. Я хочу, чтобы вам на стол поставили выключатель, который будет управлять опечатанным магнитофоном на моем столе.

– Отлично! – Гарриману показалось, что Костер помолодел.

– И если вам понадобится что-либо, не относящееся к технике, не занимайтесь этим сами. Нажмите выключатель и свистните. Все будет сделано. – Беркли взглянул на Гарримана. – Хозяин говорит, что собирается поговорить с вами о настоящей работе. Я вас покину и займусь делами. – Он вышел.

Гарриман сел. Костер последовал его примеру и сказал:

– Уф!

– Так лучше?

– Мне понравился этот Беркли.

– Это хорошо. Теперь это твой двойник. Не беспокойся: он работал у меня раньше. Ты почувствуешь себя, как в хорошей больнице. [2]

Этот текст едва ли нуждается в аналитических комментариях. Такая организация тоже может эффективно действовать.

Мне кажется, что последний тип организации лучше подходит для небольших команд, описанных в главе 3 «Операционная бригада». Полагаю, что продюсер в качестве начальника более подходит для больших поддеревьев действительно крупных проектов.

Вавилонская башня была, возможно, первым инженерным фиаско, но не последним. Решающее значение для успеха имеют схема связи и вытекающая из нее организация. Технологии обмена информацией и создания организационных структур требуют от менеджера большой работы мысли и такой же подкрепленной опытом компетентности, как и сама технология программного обеспечения.

Глава 8 Объявляя удар

Практика – лучший учитель.

ПУБЛИЙ

Опыт – дорогой учитель, но для глупцов иного нет.

АЛЬМАНАХ БЕДНОГО РИЧАРДСА

(Бедный Ричард – образ необразованного, но здравомыслящего доморощенного философа, созданный Бенджамином Франклином, издававшим в 1732 – 1757 годах ежегодный альманах и использовавшим этот псевдоним (примеч. перев.)).

Сколько времени потребует задача системного программирования? Сколько сил понадобится? Как можно это оценить?

Ранее я предложил соотношения, которые можно применять для времени планирования, написания программ, тестирования компонентов и тестирования системы. Во-первых, нужно сказать, что нельзя делать оценку всей задачи, оценивая только часть, относящуюся к написанию программ, а затем применяя соотношения. Написание программ составляет лишь одну шестую часть задачи или около того, и ошибки при его оценивании или в соотношениях могут привести к смехотворным результатам.

Во-вторых, нужно учитывать, что оценки, полученные при создании отдельных небольших программ, нельзя применять для больших системных продуктов. К примеру, для программы, насчитывающей 3200 слов, Сакман, Эриксон и Грант оценивают суммарное время написания программ и отладки для одного программиста в 178 часов, что экстраполируется до 35800 операторов в год. Вдвое меньшая программа потребовала меньше четверти указанного времени, что при экстраполяции дает производительность, близкую уже к 80000 операторам в год.[1]Необходимо добавить затраты времени на планирование, составление документации, тестирование, системную интеграцию и обучение. Линейная экстраполяция данных, относящихся к коротким задачам, бессмысленна. Если экстраполировать время, за которое можно пробежать стометровку, то окажется, что можно пробежать милю менее чем за три минуты.

Прежде чем отказаться от этих данных, отметим, что и для не совсем сравнимых задач они показывают, что объем работы растет как степенная функция размера, даже без учета процесса отмена информацией (кроме программиста с собственной памятью).

Показанные на рис. 8.1 данные вызывают грустные чувства. График демонстрирует результаты, полученные в исследовании, проведенном Нанусом (Nanus) и Фарром (Farr)[2]в System Development Corporation. В нем выявляется зависимость с показателем степени 1,5:

Объем работы = (константа) Ч (количество команд) ^ 1.5.

В другом исследовании, проведенном в этой компании, о котором сообщает Вайнвурм (Weinwurm)[3], также получен показатель, близкий к 1,5.

Есть несколько исследований относительно производительности труда программиста, в которых предложен ряд технологий оценивания. Есть обзор опубликованных данных, подготовленный Моурином (Morin).[4]Я приведу здесь лишь несколько наиболее показательных результатов.

Рис. 8.1 Затраты на программирование как функция размера программы

Данные Портмана

Чарльз Портман (Charles Portman), менеджер отдела программирования ICL – Computer Equipment Organization (Northwest) в Манчестере, предлагает свое понимание проблемы, которое может оказаться полезным.

Он обнаружил, что его команды программистов отстают от графиков примерно наполовину, т.е. каждое задание выполняется примерно вдвое дольше, чем предполагалось. При этом оценки очень тщательно проводились группами опытных экспертов, оценивавших в человеко-часах трудоемкость нескольких сотен подзадач с помощью диаграмм ПЕРТ. Когда выявлялось отставание от графика, он просил вести подробные ежедневные журналы использования времени. Из них выяснилось, что ошибка оценок полностью объясняется тем, что его команды использовали на программирование и отладку лишь 50 процентов рабочего времени. Остальное время терялось из-за отказов машины, на небольшие срочные посторонние задания, совещания, писание бумаг, дела фирмы, болезни, личное время и т.д. Короче оценки исходили из нереалистичного предположения о том, какая часть рабочего времени отводится непосредственно работе.[6]

Данные Арона

Джоэл Арон (Joel Aron), менеджер IBM по системным технологиям в Гейтерсберге, штат Мэриленд, изучал эффективность труда программистов во время работы над девятью крупными системами (крупная соответствует более чем 25 программистам и 30000 операторов).[7]Он классифицирует такие системы в соответствии с интенсивностью взаимодействия между программистами (и частями системы) и обнаруживает следующие величины производительности:

Человеко-год здесь не учитывает поддержку и системное тестирование, только разработку и программирование. При введении поправки с коэффициентом два с целью учета системного тестирования эти цифры близко соответствуют данным Харра.

Данные Харра

Джон Харр (John Harr), менеджер по программированию Electronic Switching System, входящей в состав Bell Telephone Laboratories, сообщил о своем собственном опыте и других известных ему данных в докладе на Объединенной конференции по компьютерам весной 1969 года.[8]Эти данные приведены на рисунках 8.2, 8.3 и 8.4.

Наиболее поучителен и содержит больше данных рисунок 8.2. Первые два задания являются, по преимуществу, управляющими программами, а два вторых – языковыми трансляторами. Производительность измеряется в количестве отлаженных слов за человеко-год. При этом учитывается время программирования, отладки и системного тестирования. Неизвестно, учтены ли затраты на планирование, поддержку машины, составление документации и т.п.

Рис. 8.2 Сводка по четырем важнейшим программным проектам,

осуществленным в ESS

Производительность разбивается на два класса: для управляющих программ составляет около 600 слов на человека за год, для трансляторов – около 2200. Обратите внимание, что все четыре программы приблизительно одного размера, различие состоит в размере рабочих групп, продолжительности работы и количестве модулей. Что является причиной, а что – следствием? Была ли сложность причиной того, что для управляющих программ требовалось больше людей? Или же большее число модулей и человеко-месяцев обусловлено большим числом людей, привлеченных к работе? Была ли большая продолжительность выполнения вызвана сложностью проблем или многочисленностью занятых людей? Трудно сказать с уверенностью. Конечно, управляющие программы были более сложными. Если оставить в стороне эти неопределенности, то цифры описывают реальную производительность при создании больших систем, и потому представляют ценность.

На рисунках 8.3 и 8.4 показаны некоторые интересные данные о фактической скорости программирования и отладки в сравнении с прогнозом.

Данные OS/360

Опыт OS/360 подтверждает данные Харра, хотя данные по OS/360 не столь подробны. В группах разработки управляющей программы производительность составила 600-800 отлаженных команд в год на человека. В группах разработки трансляторов производительность достигла 2000-3000 отлаженных команд в год на человека. При этом учитывается планирование, тестирование компонентов, системное тестирование и некоторые затраты на поддержку. Насколько я могу судить, эти данные согласуются с результатами Харра.

Рис. 8.3 Предсказанная и фактическая скорость программирования

Ежемесячная оценка размера программы

Рис. 8.4 Предсказанная и фактическая скорость отладки

Данные Арона, Харра и OS/360 дружно подтверждают резкие различия в производительности в зависимости от сложности и трудности самой задачи. В работе оценивания сложности я придерживаюсь той линии, что компиляторы втрое хуже обычных пакетных прикладных программ, а операционные системы втрое хуже компиляторов. [9]

Данные Корбато

Данные Харра и OS/360 относятся к программированию на языке ассемблера. Есть немного публикаций относительно производительности системного

программирования с использованием языков высокого уровня. Корбато (Corbato) из проекта MAC Массачусетского технологического института сообщает о средней производительности 1200 строк отлаженных операторов PL/I на человека в год при разработке операционной системы MULTICS (от 1 до 2 миллионов слов). [10]

Это число очень вдохновляет. Как у других проектов, MULTICS включает в себя управляющие программы и языковые трансляторы. Результатом также является системный продукт, отлаженный и документированный. Данные кажутся сравнимыми в отношении видов исполненной работы. А производительность повышается до средней величины между управляющими программами и трансляторами в других проектах.

Но Корбато указывает количество строк за год на человека, а не слов! Каждому оператору в его системе соответствует от трех до пяти слов кода, написанного вручную! Из этого можно сделать два важных вывода:

• Производительность, измеренная в элементарных операциях, оказывается постоянной, что кажется разумным, если учитывать, сколько времени нужно думать над оператором, и сколько ошибок может в нем быть. [11]

• При использовании подходящего языка высокого уровня производительность можно повысить в пять раз. [12]

Глава 9 Два в одном

Автору стоит присмотреться к Ною и… поучиться на примере Ковчега, как в очень маленькое пространство втиснуть очень много.

СИДНЕЙ СМИТ, «ЭДИНБУРГСКОЕ РЕВЮ»

Размер программы как стоимость

Какова стоимость программы? Если не считать времени выполнения, то помять, занимаемая программой, составляет главные издержки. Это верно даже для собственных разработок, когда пользователь платит автору существенно меньше, чем стоит разработка. Возьмем интерактивную систему IBM APL. Плата за ее использование составляет $400 в месяц. При работе она требует не меньше 160 Кбайт памяти. У машины Model 165 ежемесячная аренда 1 Кбайта памяти стоит около $12. Если пользоваться программой круглосуточно, то месячная плата составит $400 за пользование программой и $1920 за память. Если пользоваться системой APL лишь четыре часа в день, то месячная плата составит $400 за пользование программой и $320 за использование памяти.

Нередко можно встретить человека, выражающего ужас по поводу того, что в машине, имеющей 2 Мбайт памяти, под операционную систему может быть отведено 400 Кбайт. Это столь же глупо, как ругать Боинг-747 за то, что он стоит 27 миллионов долларов. Надо же спросить: «А что она делает?» Какую, собственно, простоту в использовании и производительность (посредством эффективного использования системы) получаешь за потраченные деньги? Нельзя ли вложенные в аренду памяти $4800 в месяц израсходовать с большей пользой – на другие аппаратные средства, программистов, прикладные программы?

Проектировщик системы отводит часть всех аппаратных ресурсов программам, резидентно находящимся в памяти, если считает, что пользователю это нужнее, чем сумматоры, диски и т.д. Нельзя критиковать программную систему за размер как таковой, и в то же время последовательно пропагандировать тесную интеграцию проектирования аппаратного и программного обеспечения.

Поскольку размер определяет значительную долю того, во что обходится пользователю системный программный продукт, изготовитель должен планировать размер, контролировать его и разрабатывать технологии, уменьшающие размер, подобно тому, как изготовитель аппаратной части планирует количество деталей, контролирует его и разрабатывает методы сокращения количества деталей. Как и для всякой цены, плох не большой размер как таковой, а размер, не вызываемый необходимостью.

Управление размером

Для менеджера проекта управление размером является отчасти технической, отчасти административной задачей. Чтобы устанавливать размеры предлагаемых систем, необходимо изучать пользователей и используемые ими приложения. Затем системы должны разлагаться на компоненты, для которых определяются проектные размеры. Поскольку варьировать соотношением скорости и размера можно лишь достаточно большими скачками, планирование размера является непростым делом, требующим знания возможных компромиссов для каждой части. Опытный менеджер сделает себе также «заначку», которую можно будет использовать в процессе работы.

Все же при работе над OS/360 пришлось извлечь несколько горьких уроков, несмотря на то, что все описанные меры были приняты.

Прежде всего, недостаточно установить размер памяти, нужно взвесить размер со всех сторон. Большинство прежних операционных систем размещалось на магнитных лентах, и большое время поиска на ленте не располагало к частой загрузке программных сегментов. OS/360 располагалась на диске, как и ее непосредственные предшественники – операционная система Stretch и дисковая операционная системы 1410-7010. Ее создатели получили свободу легкого обращения к диску. Первоначально это обернулось катастрофой для производительности.

При определении размеров памяти компонентов мы не установили одновременно бюджетов доступа. Как и следовало ожидать, программист, выходивший за рамки определенной ему памяти, разбивал программу на оверлеи. В результате и суммарный размер увеличивался, и выполнение замедлялось. Хуже то, что наша система административного контроля не смогла это обнаружить. Каждый программист сообщал, сколько памяти он использовал, и так как он укладывался в задание, никто не беспокоился.

К счастью, вскоре настал день, когда заработала система моделирования технических характеристик OS/360. Первые результаты показали наличие серьезных проблем. Моделирование компиляции с Fortran H на машине Model 65 с барабанами дало результат пять операторов в минуту! Анализ показал, что все модели управляющей программы делали множество обращений к диску. Даже интенсивно используемые модули супервизора часто обращались к диску, и результат по звуку весьма напоминал шелест перелистываемой книги.

Первая мораль ясна: планировать нужно как размер резидентной части, так и общий размер. Помимо планирования этих размеров нужно планировать и количество обращений к диску для обратной записи.

Второй урок был аналогичен. Ресурсы памяти устанавливались прежде, чем для каждого модуля было определено точное распределение памяти для функций. В результате каждый программист, не укладывавшийся в размеры, искал, что из его кода можно выкинуть через забор в память соседу. Поэтому буфера управляющей программы стали частью памяти пользователя. Что хуже, так же поступали все управляющие блоки, и в результате были полностью скомпрометированы безопасность и защита системы.

Поэтому второй вывод тоже совершенно ясен: при задании размера модуля нужно точно определить, что он должен делать.

И третий, более серьезный урок, который нужно извлечь из этого опыта. Проект был слишком велик, а общение между менеджерами недостаточным, чтобы многочисленные участники могли почувствовать себя добывающими зачетные очки для команды, а не создателями программных продуктов. Каждый оптимизировал свой личный участок, чтобы решить поставленные задачи, и мало кто задумывался над тем, как это отразится на заказчике. Потеря ориентации и связи представляют собой главную опасность для больших проектов. В течение всей разработки системные архитекторы должны поддерживать постоянную бдительность для обеспечения постоянной целостности системы. Однако такая стратегия зависит от позиции самих разработчиков. Едва ли не главнейшей функцией менеджера программного проекта должно быть воспитание позиции заботы об общей системе, ориентировки на пользователя.

Технологии сбережения памяти

Никакое распределение ресурсов памяти и контроль не сделают программу маленькой. Для этого требуется изобретательность и мастерство.

Очевидно, что чем больше функций, тем больше требуется памяти при том же самом быстродействии. Поэтому первой областью, где нужно приложить мастерство, является нахождение компромисса между функциональностью и размером. Здесь мы сразу сталкиваемся с важной стратегической проблемой. В какой мере этот выбор можно предоставить пользователю? Можно разработать программу со многими факультативными функциями, каждая из которых требует памяти. Можно сконструировать генератор, просматривающий список опций и соответствующим образом адаптирующий программу. Но цельная программа, соответствующая каждому отдельному списку опций, заняла бы меньше памяти. Это как в автомобиле: если подсветка карты, прикуриватель и часы входят в прейскурант как единая статья, их стоимость окажется ниже, чем если порознь выбирать каждый из предметов. Поэтому проектировщику следует определить степень детализации опций пользователя.

Если система проектируется для работы с памятью разного объема, возникает другой важный вопрос. Диапазон приспособляемости нельзя сделать произвольно широким – даже при разбиении программы на очень мелкие модули. В маленькой системе большинство модулей перегружается. Значительная часть резидентной памяти маленькой системы должна быть отведена для временной или страничной памяти, в которую загружаются другие части. Ее размер ограничивает размер каждого модуля. А разбиение функций на мелкие модули влечет потери и производительность, и памяти. Поэтому в большой системе, где временная память в двадцать раз больше, она лишь позволяет уменьшить количество обращений. Из-за маленьких размеров модулей система все-таки теряет в скорости и расходовании памяти. По этой причине эффективность системы, которую можно построить их модулей маленькой системы, ограничена.

Второй областью приложения мастерства является нахождение компромисса между памятью и быстродействием. Для отдельной функции увеличение памяти влечет за собой рост быстродействия, что справедливо в удивительно широком диапазоне величин. Этот факт делает возможным установление ресурсов памяти.

Чтобы облегчить своей команде поиск правильного соотношения между памятью и производительностью, менеджер может сделать две вещи. Во-первых, организовать обучение технике программирования, а не просто полагаться на природный ум и предшествующий опыт. Это особенно важно, если машина или язык новые. Особенности их эффективного использования нужно быстро изучить и сделать общим достоянием, возможно, присуждая особые призы за освоение новой техники.

Во-вторых, нужно понять, что у программирования есть технология и компоненты нужно собирать из готовых частей. В каждом проекте должен иметься набор хороших процедур или макросов для обработки очередей, поиска, хеширования и сортировки, причем не менее чем в двух вариантах: одном быстром, другом экономящем память. Разработка такой технологии является важной задачей реализации, которую можно решать параллельно с разработкой системной архитектуры.

Представление – суть программирования

За мастерством стоит изобретательность, благодаря которой появляются экономичные и быстрые программы. Почти всегда это является результатом стратегического прорыва, а не тактического умения. Иногда таким стратегическим прорывом является алгоритм, как, например, быстрое преобразование Фурье, предложенное Кули и Тьюки, или замена n [2] сравнений на n log n при сортировке.

Гораздо чаще стратегический прорыв происходит в результате представления данных или таблиц. Здесь заключена сердцевина программы. Покажите мне блок-схемы, не показывая таблиц, и я останусь в заблуждении. Покажите мне ваши таблицы, и блок-схемы, скорей всего, не понадобятся: они будут очевидны.

Примеры мощи, которой обладает представление, легко умножить. Я вспоминаю одного молодого человека, занимавшегося созданием усовершенствованного консольного интерпретатора для IBM 650. Ему удалось вместить его в поразительно малое пространство благодаря разработке интерпретатора для интерпретатора и пониманию того, что взаимодействие человека с машиной происходит медленно и редко, а память дорога. Элегантный маленький компилятор с Fortran фирмы Digitek использует особое очень плотное представление кода самого компилятора, благодаря чему не требуется внешней памяти. Время, которое тратится на распаковку кода, десятикратно окупается за счет отсутствия ввода-вывода. (Упражнения в конце главы 6 книги Брукса и Иверсона «Автоматическая обработка данных» [1] включает подборку таких примеров, как и многие упражнения у Кнута. [2] )

Программист, ломающий голову по поводу нехватки памяти, часто поступит лучше всего, оставив в покое свой код, вернувшись назад и хорошенько посмотрев свои данные. Представление – суть программирования.