Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы

Древнее изречение предупреждает о том, что в море нельзя выходить с двумя хронометрами: нужно взять один или три. То же, очевидно, применимо и к текстовым и формальным определениям. Если имеются оба вида, то один должен быть стандартом, а другой — производным описанием, о чем должно быть прямо указано. Основным стандартом может быть любой из них. В Algol 68 в качестве стандарта выбрано формальное определение, а текстовые определения являются описательными. В PL/I стандартом является текст, а формальное определение — производным. В System/360 также в качестве стандарта принят текст, а производными являются формальные описания.

Есть много средств создания формальных определений. Для определения языков часто используется форма Бэкуса-Наура, по которой есть богатая литература.[3]В формальном описании PL/I используются новые обозначения абстрактного синтаксиса, надлежащим образом описанные.[3]APL Иверсона был использован для описания машин, в частности, IBM 7090[4]и System/360.[7]

Белл и Ньюэлл предложили новые нотации для описания как конфигураций, так и машин, и проиллюстрировали их на нескольких машинах, включая DEC PDP-8, [6] 7090 [6] и System/360. [7]

Почти все формальные определения оказались пригодными для воплощения или описания аппаратных средств или программных систем, внешние спецификации которых они регламентируют. Синтаксис можно описать без этого, но семантика обычно определяется с помощью программы, выполняющей определяемую операцию. Конечно, это является реализацией и в этом качестве переопределяет архитектуру. Поэтому нужно указать, что формальное определение относится только к внешним спецификациям, и объяснить, что ими является.

Не только формальное определение является реализацией, но и реализация может служить формальным определением. Когда были созданы первые совместимые компьютеры, использовалась именно эта технология. Новая машина должна была соответствовать имеющейся. Руководство туманно в некоторых местах? Задайте вопрос машине! Создавалась тестовая программа для выяснения поведения, и новая машина строилась так, чтобы достигалось соответствие.

Программная модель аппаратной или программной системы может использоваться точно таким же образом. Это — реализация. Она работает. Поэтому все вопросы, связанные с определением, могут быть решены путем проверки.

Использование реализации в качестве определения имеет некоторые преимущества. Все проблемы можно однозначно решить путем эксперимента. Дискуссий не требуется, поэтому ответ получается быстро. Ответ может быть сколь угодно точным и, по определению, всегда является правильным. С другой стороны, есть

значительное количество недостатков. Реализация может переопределять даже внешние спецификации. Даже при ошибочном синтаксисе всегда получается некоторый результат; в контролируемой системе этот результат является указанием на ошибку и ничем больше. В неконтролируемой системе могут возникнуть любые побочные эффекты и быть использованы программистами. Когда мы, например, эмулировали IBM 1401 на System/360, выявилось 30 различных «курьезов» — побочных эффектов предположительно незаконных операций, которые широко использовались и должны были быть признаны частью определения. Реализация в качестве определения возобладала. Она не только говорила о том, что должна делать машина, но и многое сказала о том, как машина не должна была это делать.

Кроме того, на проницательные вопросы реализация иногда дает неожиданные ответы, и определение де-факто часто оказывается неизящным в этих особых случаях потому, что над ними никогда не задумывались. Копирование этой неэлегантности в другой реализации часто оказывается замедляющим или дорогостоящим. Например, в некоторых машинах в регистре множимого после умножения остается мусор. Точная природа этого мусора становится частью определения де-факто, однако его копирование может помешать использованию более быстрого алгоритма умножения.

Наконец, использование реализации в качестве формального определения может создать неясность, какое из описаний — текстовое или формальное — в действительности является стандартом. Это относится особенно к программным моделям. Следует также воздерживаться от внесения изменений в реализацию, пока она служит в качестве стандарта.

Прямое включение

У архитекторов программных систем есть чудесный метод распространения и внедрения определений. Он особенно полезен при установлении если не семантики, то синтаксиса межмодульных интерфейсов. Этот прием состоит в создании объявлений передаваемых параметров или совместно используемой памяти и требовании включения этих объявлений при операциях времени компиляции (макрос или %INCLUDE в PL/I). Если, кроме того, все ссылки на интерфейс происходят только по символическим именам, объявления можно менять, добавляя или вставляя новые имена и лишь заново компилируя, но не изменяя использующую его программу.

Конференции и суды

Нет нужды говорить о том, что совещания необходимы. Сотни частных консультаций должны дополняться крупными и более формальными собраниями. Мы признали полезными два уровня таких собраний. Первый – это еженедельная конференция всех архитекторов вместе с официальными представителями разработчиков аппаратной и программной части и сотрудниками маркетинга продолжительностью в половину рабочего дня под председательством главного архитектора системы.

Предлагать задачи и изменения можно всем, но обычно предложения распространяются в письменном виде до совещания. Обычно новая задача некоторое время обсуждается. Упор делается на творческой стороне, а не просто на принятии решения. Группа пытается предложить несколько решений проблемы, затем ряд предложенных решений передается одному или нескольким архитекторам для разработки подробных и точно сформулированных предложений по внесению изменений в руководство.

Подробные предложения об изменениях затем выносятся для принятия решения. Предложения тщательно изучаются исполнителями и пользователями, и выясняются все "за" и "против". Если возникает всеобщее согласие, все в порядке. В противном случае решение принимает главный архитектор. Ведется протокол, и решения формально, оперативно и широко распространяются.

Решения еженедельных конференций дают быстрые результаты и позволяют продолжить работу. Если кто-то очень недоволен, допускается немедленная апелляция к менеджеру проекта, но это происходит очень редко.

Плодотворность этих совещаний обусловлена несколькими причинами:

1. Одна и та же группа – архитекторы, разработчики и исполнители – на протяжении месяцев встречаются между собой каждую неделю. Не требуется времени, чтобы ввести людей в курс дела.

2. Группа состоит из предприимчивых, способных, хорошо осведомленных в вопросах и глубоко заинтересованных в конечном результате людей. Никто не участвует с "совещательным" голосом. Все уполномочены принимать на себя обязательства.

3. При возникновении проблем решения ищутся как внутри, так и вне очевидных границ.

4. Благодаря формализму письменных предложений сосредоточивается внимание, требуется принятие решения и устраняется несогласованность, свойственная черновым решениям комиссий.

5. Открытое предоставление права принятия решения главному архитектору помогает избежать поиска компромиссов и задержек.

Со временем выясняется, что некоторые решения не в полной мере выполняются. Тот или иной из участников так и не принял всей душой какую-либо мелочь. Другие решения породили непредвиденные проблемы, и еженедельное совещание отказывается повторно их рассматривать. Так возникает хвост из мелких возражений, открытых тем или раздражения. Для их урегулирования мы проводим ежегодные "сессии верховного суда", обычно продолжающиеся две недели. (Если бы я проводил их сейчас, то делал бы это раз в полгода.)

Эти сессии проводились накануне важных дат окончательного принятия разделов руководства. Присутствовали не только представители программистов и проектировщиков по архитектуре, но и менеджеры программных, маркетинговых и реализационных проектов. Председательствовал менеджер проекта System/360. Повестка работы включала обычно около 200 пунктов, в основном мелких, перечисленных в развешанных по комнате списках. Заслушивались все стороны и принимались решения. Благодаря чуду компьютерной верстки (и превосходной работе сотрудников) каждое утро каждый участник обнаруживал на своем рабочем месте исправленное руководство, в которое были внесены решения, принятые накануне.