"Хорошая кухня требует времени. Если Вы готовы подождать,
мы обслужим Вас гораздо лучше, и Вы получите большее удовольствие".
(Меню ресторана "Антуан", Новый Орлеан)
Почти все программистские проекты страдают скорее из-за нехватки времени, нежели из-за отсутствия каких-либо других ресурсов. Почему эта причина бедствий является столь всеобщей?
Во-первых, наши методы оценки весьма несовершенны. Строго говоря, они отражают некоторое неявно высказываемое и в корпе неверное допущение, что все будет идти хорошо.
Во-вторых; наши методы оценки ошибочно путают усилия с достижениями, прячась за допущение, что человек и месяц взаимозаменяемы.
В-третьих, отсутствие уверенности в наших оценках ведет к отсутствию у руководителей программистских проектов вежливого упрямства, свойственного шеф-повару ресторана "Аптуан".
В-четвертых, управление ходом разработки плохо организовано. Методы, давно опробованные и даже рутинные в других технических дисциплинах, в технологии программирования рассматриваются как радикальные новшества.
В-пятых, когда обнаруживается отставание от графика, естественная (и традиционная) реакция руководителя - добавить рабочей силы. А это, аналогично попытке заливать огонь бензином,- только ухудшает дело, причем значительно. Чем сильнее огонь, тем больше требуется бензина, круг замыкается, и последствия плачевны.
Наблюдение за выполнением графиков будет темой отдельной главы. Давайте пока подробнее рассмотрим другие аспекты проблемы.
Оптимизм
Все программисты - оптимисты. Может быть, это современное чародейство особенно привлекает тех, кто верит в добрых фей и счастливый конец. Может быть, cтократное крушение надежд способен пережить только тот, кто привык добиваться поставленной цели. Или, может быть, все дело в том, что вычислительные машины молоды, а юность всегда оптимистична. Однако как ни объясняй, но слышим мы одно и то же:
"К этому сроку программа обязательно пройдет", или "Я только что нашел последнюю ошибку".
Итак, первое ложное допущение, лежащее в основе планирования деятельности системных программистов, заключается в том, что все будет в порядке,- т. е. что выполнение каждого задания займет ровно столько времени, сколько оно "должно') занять.
Широкое распространение оптимизма среди программистов заслуживает более глубокого анализа. Дороти Сейерс в своей прекрасной книге "Мысль творца" ("The Mind of the Maker") подразделяет творческую деятельность на три этапа: идея, реализация и взаимодействие. Книга, вычислительная машина, или программа сначала существуют как идея, вне времени и пространства, только в мозгу своего создателя, но в совершенно законченном виде. Замысел реализуется во времени и пространстве посредством пера, чернил и бумаги или же с помощью проводов, полупроводниковых схем н феррптовых сердечников. Процесс создания завершается, когда кто-то другой читает книгу, использует вычислительную машину, пропуская через нее программу, тем самым взаимодействуя с замыслом творца.
Это описание творческой деятельности человека поможет нам при решении нашей сегодняшней задачи. Для людей творческого труда неполнота и противоречивость их идей становится ясной только в процессе реализации; таким образом, описание, эксперимент, "решение" весьма важны для теоретика.
Во многих видах творческой деятельности средства реализации несовершенны. Древесина раскалывается, масляные краски засыхают, в электрических цепях происходит замыкание. Такое физическое несовершенство средств накладывает свои ограничения на предлагаемые идеи и, кроме того, может вызвать непредвиденные трудности в процессе реализации.
Реализация дастся нам потом и кровью как из-за несовершенства физических средств, так и вследствие неадекватности наших основополагающих идей. Мы склонны сваливать вину за большинство затруднений на средства реализации, поскольку они не "наши" в отличие от "наших" идей, которые нам трудно оценивать беспристрастно.
Программист, однако, имеет дело с очень податливым материалом: концепциями и весьма гибкими представлениями. Поскольку материал столь послушен, мы не ожидаем особых затруднений при его реализации, и отсюда наш всепроникающий оптимизм. Поскольку наши идеи неверны, мы получаем ошибки. Следовательно, наш оптимизм необоснован.
Допущение о том, что все будет в порядке, имеет вполне определенный вероятностный смысл для отдельно взятой задачи. Действительно, все может идти по плацу, поскольку существует вероятностное распределение появления отставания от графика, а, стало быть, есть конечная вероятность, что отставания не будет. Большой программистский проект, однако, включает в себя много отдельных задач, каждая из которых может зависеть от окончания другой. Вероятность того, что каждая задача будет идти нормально, становится исче-зающе малой.
Человеко-месяц
Вторая ложная предпосылка нашла свое отражение в самой единице, используемой при оценке производительности и составлении графиков, а именно, в человеко-месяце. Стоимость проекта действительно зависит от числа людей и от числа месяцев, но его успешность - нет. Следовательно, человеко-месяц как единица измерения объема работы является опасным и вводящим в заблуждение мифом. Этот миф основывается на предпосылке, что люди и месяцы взаимозаменяемы.
Человек и месяц взаимозаменяемы только в том случае, когда задание можно распределить между несколькими работниками, никак не зависящими друг от друга . Это справедливо на уборке пшеницы или сборе хлопка, но даже приблизительно неверно в системном программировании.
Когда задание нельзя распределить между несколькими работниками из-за ограничении на последовательность выполняемых работ, привлечение дополнительных сил не влияет на график его выполнения . Чтобы выносить ребенка, нужно девять месяцев, независимо от того, сколько женщин будет к этому привлечено.
В заданиях, допускающих разбиение на взаимосвязанные подзадачи, следует прибавлять ко всему объему предстоящей работы затраты на обеспечение связи. Поэтому здесь даже лучшие результаты всегда несколько хуже, чем в случае эквивалентного обмена человека на месяц .
Дополнительные затраты на обеспечение связи слагаются из двух частей - обучения и взаимосвязи. Каждый работник должен получить определенные технические навыки, познакомиться с целями и задачами, общей стратегией и планом работы. Такое обучение нельзя разбить на отдельные части, так что эта часть дополнительных затрат изменяется линейно в зависимости от числа работников 1).
С установлением взаимосвязи дело обстоит хуже. Если каждая часть задачи должна отдельно координироваться с каждой другой частью, затраты возрастают как п(п-1)/2. Между тремя работниками в три раза больше попарных взаимосвязей, чем между двумя; между четырьмя - в шесть раз больше, Если, однако, для совместного решения вопросов нужно проводить совещания трех, четырех и более работников, ситуация становится еще хуже. Дополнительные затраты на обеспечение связи могут полностью нейтрализовать эффект разбиения первоначальной задачи на части, что приводит нас к ситуации, показанной на рис. 2.4.
Так как разработка программного обеспечения по самой своей сути - деятельность системная, т. е. задача на сложные взаимосвязи, то затраты на их обеспечение велики и быстро перевешивают ту экономию затрачиваемого на задачу времени, которая достигается благодаря разбиению задачи на части. Добавление людей лишь удлиняет сроки выполнения работ, а не укорачивает их.
Комплексная отладка
Ни одна часть графика работ не связана так сильно ограничениями на их последовательность, как отладка компонент и комплексная отладка.. Очевидно, что требуемое время зависит от числа встречаемых ошибок и легкости их обнаружения. Будучи оптимистами, мы обычно ожидаем, что ошибок будет меньше, чем это оказывается в действительности. Именно поэтому отладка чаще всего не укладывается в график.
В течение нескольких лет я успешно применял следующее практическое правило планирования работ по созданию программного обеспечения:
проектирование - 1/3,
написание команд -1/6,
отладка компонент и отдельных подсистем - 1/4,
системная (комплексная) отладка всех компонент - 1/4.
Это разбиение отличается от общепринятого по нескольким важным показателям:
доля, отведенная проектированию, больше обычного. Но даже в этом случае времени едва хватает на написание подробных и надежных спецификаций и вовсе недостает на разработку и внедрение существенно новых методов;
половина времени отводится на отладку написанной программы, что гораздо более обычного;
часть, которую легко оценить, т. е. собственно написание команд, занимает только одну шестую графика.
Знакомясь с проектами, планируемыми по общепринятой методике, я обнаружил, что по графику только в некоторых из них половина времени отводилась на отладку, но в действительности так получалось в большинстве проектов. Многие проекты до этапа комплексной отладки еще как-то укладывались в график 2).
Проект оказывается в особенно бедственном положении, если отводится недостаточно времени на комплексную отладку. Так как задержка приходится на конец графика, то никто и не ожидает никаких неприятностей почти до самой даты окончания работ. Плохие новости обрушиваются на заказчиков и руководителей внезапно и чаще всего слишком поздно.
Кроме того, задержка в этот период влечет особенно суровые финансовые и психологические последствия. Штаты проекта полностью укомплектованы и затраты уже достигли предела. И что еще серьезнее, разрабатываемые программы должны обеспечивать другие виды деятельности, например, поставку вычислительных машин, ввод в действие новой системы, работу новых устройств и т. д., а так как почти всегда именно поставка программного обеспечения является последним этапом разработки, то эта задержка обходится очень дорого и вызванные ею дополнительные расходы на практике могут значительно превышать все остальные. Поэтому так важно в первоначальном графике проекта отводить достаточно времени на комплексную отладку.
Объективность оценки
Отметим, что настойчивость руководителя может определить график выполнения задания, но не в состоянии определить срок его действительного завершения. Омлет, обещанный через две минуты, может быть подан в срок, но если за две минуты он еще не готов, у заказчика два выбора - подождать или съесть его сырым. Заказчики программного обеспечения находятся перед таким же выбором.
Но у повара есть другой выход - он может прибавить огня. И зачастую омлет тогда уже ничто не может спасти - он подгорел с одной стороны и остался сырым с другой.
Я не считаю, что руководители программистских проектов обладают меньшей смелостью и настойчивостью, чем шеф-повар, или же чем руководители других технических проектов, но составление фиктивных графиков, соответствующих установкам начальства, в нашей области распространено гораздо больше, чем где-либо еще в технике. Дело в том, что энергичная и убедительная защита своих оценок, которые выводятся не на основе количественных методов, подтверждаются малым количеством данных и основываются преимущественно на интуиции руководителя,-это вещь очень трудная и сопряженная со многими неудобствами.
По-видимому, нужно систематизировать и публиковать данные о производительности, о частоте ошибок, правила выведения оценок и т. д. Профессионалы только выиграют от возможности совместного использования таких данных.
До тех пор, пока методы оценки не станут более надежными, руководителям придется проявлять твердость характера и защищать собственные оценки, следуя своей интуиции.
Нарастающие катастрофы с графиком
Что нужно предпринять, когда важный программистский проект не укладывается в график? Естественно, добавить рабочей силы. Как видно на рисунках (2.1- 2.4), иногда это помогает, а иногда - нет.
Давайте рассмотрим пример 3). Допустим, что трудоемкость задачи оценена в 12 человеко-месяцев и троим сотрудникам отвели на нее 4 месяца, причем установили количественные вехи А, В, С и D, которых в соответствии с графиком нужно достичь в конце каждого месяца .
Допустим теперь, что первая отмотка достигнута только через два месяца . Перед какими альтернативами оказался руководитель?
Допустим, что задачу нужно сделать вовремя. Допустим также, что неверно оценено только время выполнения первой части . Тогда остается 9 человеко-месяцев усилий и два месяца времени, т. е. задача требует 4,5 человека. Добавим двоих людей к трем первоначальным.
Допустим, что .задачу нужно сделать вовремя. Допустим также, что время выполнения было занижено, а реальное положение дел представлено на рис. 2.7. Тогда остается 18 человеко-месяцев работы и два месяца времени, т. е. понадобится 9 человек. Добавим шестерых к трем первоначальным работникам.
Составление нового графика. Мне нравится девиз П. Фагга, опытного инженера, специалиста по вычислительной технике: "Не исправляйте понемногу". Другими словами, делайте новый график достаточно свободным, чтобы работу можно было сделать тщательно и основательно без последующего перепланирования.
Ослабление задания. На практике это происходит довольно часто, когда рабочий коллектив вдруг обнаруживает отставание от графика. Если вторичная стоимость задержки очень высока, это является единственно приемлемым. У руководителя есть голько две возможности: или тщательно и формально сократить задание, составив новый график, или же просто наблюдать, как поспешное проектирование и незавершенная отладка мало-помалу сокращают объем задачи.
В двух первых случаях настаивать на том, чтобы задача бело всяких изменений была закончена за четыре месяца, по меньшей мере ошибочно. Рассмотрим, например, какие помехи возникают в первом случае .
Для того, чтобы ввести в курс дела двух новых людей, пусть даже вполне компетентных и опытных, нужен один старый работник. Если. ему на это потребуется месяц, то 3 человеко-месяца будут отданы работе, никак не учитывающейся первоначальными планами. Кроме того, задачу, ранее поделенную на три части, теперь придется поделить на пять частей, следовательно, часть уже проделанной работы пропадет, а комплексная отладка значительно удлинится. Значит, к концу третьего месяца останется больше 7 человеко-месяцев работы, 5 обученных людей и месяц времени. Как видно из рис. 2.8, сроки выполнения задания не сократились, несмотря па появление новых людей . Чтобы выйти из положения, даже рассматривая только время на обучение и не учитывая перераспределения задачи и дополнительной отладки, потребовалось бы в конце второго месяца добавить не двоих, а четверых людей.
Чтобы покрыть затраты на перераспределение и комплексную отладку, нужен еще один человек. Теперь, однако, рабочий коллектив состоит не из троих, а, по крайней мере, из семерых людей, и принципы организации работы, распределения заданий и прочее уже отличаются от прежних не только количественно, но и качественно.
Заметим, что к концу третьего месяца дела обстоят очень плохо. Отметка "I марта" все еще не достигнута, несмотря на усилия руководителя. Очень велик соблазн повторить весь цикл и привлечь дополнительных работников. Но это безумный путь.
В данном примере предполагалось, что только первая веха была установлена неправильно. Если же 1-го марта Припять более осторожное допущение, что весь график слишком оптимистичен, то нужно к первоначальному коллективу добавить еще шесть человек. Предоставляем читателю в качестве упражнения вычислить, во что выльется обучение, перераспределение заданий, комплексная отладка. Но нет никаких сомнений в том, что полученный продукт будет хужо, а его осуществление потребует больше времени, чем в случае, когда исходная группа также состояла из 3 человек, но график был бы другим.
Крайне упрощая, мы сформулируем закон Брукса:
"Если программистский проект не укладывается в сроки, то добавление рабочей силы только задержит его окончание".
Таким образом, мы развеиваем миф о человеко-месяце. Число месяцев, отводимых на проект, зависит от ограничений на его линейность. Максимальное число людей зависит от числа независимых подзадач. Исходя из г"тпх двух величрга, можно построить график, рассчитанный на меньшее число людей и большее количество месяцев. (Единственная опасность заключается в том, что конечный продукт устареет.) Нельзя, однако, составить работоспособный график, используя больше людей и меньше месяцев. В большинстве программистских проектов дела шли скверно скорее всего из-за нехватки календарного времени, нежели по всем другим причинам, вместе взятым.