Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы

Итак, в основе планирования разработки программ лежит ложное допущение, что все будет хорошо, т.е. каждая задача займет столько времени, сколько «должна» занять.

Глубокий оптимизм программистов заслуживает более серьезного изучения. Дороти Сэйерс (Dorothy Cayers) в своей превосходной книге «Разум творца» (“The Mind of the Maker”) выделяет в творческой деятельности три стадии: замысел, реализацию, взаимодействие. Соответственно, книга, компьютер или программа сначала возникают как идеальное построение, существующее не во времени и пространстве, а лишь в мозгу своего создателя. Реализация же во времени и пространстве происходит с помощью пера, чернил, бумаги, либо — проводов, кремния и феррита. Творение будет завершено, когда кто-либо прочтет книгу, воспользуется компьютером или запустит программу, тем самым вступив во взаимодействие с разумом их создателя.

Это описание используемое Сэйерс для освещения не только творческой деятельности человека, но и христианского догмата Троицы, поможет нам в нашей текущей задаче. Для человека, который что-то создает, неполнота и противоречивость идей выявляются только при их реализации. Поэтому для теоретика изложение на бумаге, экспериментирование, изготовление является неотъемлемыми частями творческого процесса.

Во многих видах творческой деятельность материал с трудом поддается обработке. Дерево колется, краски пачкаются, электрические цепи «звенят». Эти физические ограничения сужают круг идей, которые могут быть выражены, а также создают неожиданные трудности при реализации.

Реализация, таким образом, требует сил и времени как из-за физического материала, так и ввиду неадекватности основополагающих идей. Большую часть затруднений при реализации мы склонны объяснять недостатками физического материала, поскольку он «чужд» нам — в отличие от идей, которыми мы гордимся.

При создании же программ мы имеем дело с чрезмерно податливым материалом. Программист осуществляет свои построения на основе чистого мышления — понятий и очень гибких их представлений. Поскольку материал столь податлив, мы не ожидаем трудностей при реализации, отсюда и наш глубокий оптимизм. Из-за ошибочности наших идей возникают ошибки в программах. Следовательно, наш оптимизм не имеет оправдания.

Для отдельной задачи допущение, что все буде хорошо, оказывает на график работ вероятностный эффект. Все может действительно идти по плану, поскольку есть некоторое распределение вероятности для возможной задержки и существует конечная вероятность того, что задержки не будет. Однако большой программный проект состоит из множества задач, часть из которых может быть начата только после окончания других. Вероятность того, что все задачи будут завершены в срок, бесконечно мала.

Человеко-месяц

Вторая ошибка рассуждений заключена в самой единице измерения, используемой при оценивании и планировании: человеко-месяц. Стоимость действительно измеряется как произведения числа занятых на количество затраченных месяцев. Но не достигнутый результат. Поэтому использование человеко-месяца как единицы измерения объема работы является опасным заблуждением.

Рис. 2.1 Зависимость времени от числа занятых — полностью разделимая задача

Число занятых и число месяцев являются взаимозаменяемыми величинами лишь тогда, когда задачу можно распределить среди ряда работников, которые не имеют между собой взаимосвязи (рис. 2.1). Это верно, когда жнут пшеницу или собирают хлопок, но в системном программировании это далеко не так.

Рис. 2.2 Зависимость времени от числа занятых — неразделимая задача

Если задачу нельзя разбить на части, поскольку существуют ограничения на последовательность выполнения этапов, то увеличение затрат не оказывает влияния на график (рис. 2.2). Чтобы родить ребенка требуется девять месяцев независимо от того, сколько женщин привлечено к решению данной задачи. Многие задачи программирования относятся к этому типу, поскольку отладка по своей сути носит последовательный характер.

Рис. 2.3 Зависимость времени от числа занятых — разделимая задача, требующая обмена данными

Для задач, которые могут быть разбиты на части, но требуют обмена данными между подзадачами, затраты на обмен данными должны быть добавлены к общему объему необходимых работ. Поэтому достижимый наилучший результат оказывается несколько хуже, чем простое соответствие числа занятых и количества месяцев (рис. 2.3).

Дополнительная нагрузка состоит из двух частей — обучения и обмена данными. Каждого работника нужно обучить технологии, целям проекта, общей стратегии и плану работы. Это обучение нельзя разбить на части, поэтому данная часть затрат изменяется линейно в зависимости от числа занятых.

Рис. 2.4 Зависимость времени от числа занятых — задача со сложными взаимосвязями

С обменом данными дело обстоит хуже. Если все части задания должны быть отдельно скоординированы между собой, то затраты возрастают как n(n-2)/2. Для трех работников требуется втрое больше попарного общения, чем для двух, для четырех — вшестеро. Если помимо этого возникает необходимость в совещаниях трех, четырех и т.д. работников для совместного решения вопросов, положение становится еще хуже. Дополнительные затраты на обмен данными могут полностью обесценить результат дробления исходной задачи и привести к положению, описываемому рисунком 2.4.

Поскольку создание программного продукта является по сути системным проектом — практикой сложных взаимосвязей, затраты на обмен данными велики и быстро начинают преобладать над сокращением сроков, достигаемым в результате разбиения задачи на более мелкие подзадачи. В этом случае привлечение дополнительных работников не сокращает, а удлиняет график работ.

Системное тестирование

Из всех элементов графика работ наибольшему воздействию со стороны ограничений на последовательность выполнения действий подвержены отладка компонентов и системное тестирование. Кроме того, затраты времени зависят от количества выявленных ошибок и от того, насколько они «скрытые». Теоретически, ошибок быть не должно. Из-за своего оптимизма мы обычно склонны недооценивать действительное количество ошибок. Поэтому в программировании придерживаться графиков работ обычно труднее всего при отладке.

В течение ряда лет при планировании разработки программного обеспечения я пользуюсь следующим эмпирическим правилом:

1/3 — планирование,

1/6 — написание программ,

1/4 — тестирование компонентов и предварительное системное тестирование,

1/4 — системное тестирование при наличии всех компонентов.

Это правило имеет несколько важных различий с общепринятым планированием:

1. На планирование отводится больше времени, чем обычно. И все равно этого времени едва достаточно для разработки подробных и надежных технических условий и недостаточно для проведения исследовательских работ или поиска новейших технологий.

2. Половина графика работ, отведенная на отладку законченного кода, значительно выше нормы.

3. Та часть, которую легко оценить, т.е. написание кода, занимает всего одну шестую общего времени.

Изучая проекты, график которых был составлен традиционным образом, я обнаружил, что немногие из них отводили по графику половину времени на отладку, но на практике в большинстве случаев тратили на нее половину фактического времени. Многие проекты укладывались в график на всех этапах, исключая системное тестирование.[2]

Особенно катастрофические последствия может иметь недостаток времени для системного тестирования. Поскольку задержка происходит в конечной части графика, никто не подозревает о том, что график находится под угрозой срыва вплоть до дня сдачи продукта. Плохие вести, полученные поздно и без предупреждения, обескураживают клиентов и менеджеров.