"Эти исследования обнаружили большие различия в пределах
индивидуальной производительности - иногда даже на целый порядок".
(Сакмен, Эриксони Грант)
На конференциях по программированию непрерывно раздаются голоса молодых руководителей, утверждающих, что они предпочитают иметь дело с небольшой боевой группой первоклассных специалистов, нежели вести проект, в котором заняты сотни программистов среднего уровня. Так хотелось бы и всем нам.
Однако эта наивная формулировка альтернативы уводит от ответа на тяжелый вопрос - как построить большую систему в разумный срок? Рассмотрим каждую сторону этого вопроса более подробно.
В чем проблема?
Руководители программистских проектов давно уже поняли, как значительны различия в производительности хороших и плохих программистов. Тем не менее результаты точных измерений этой величины просто поражают. В одной из своих работ Сакмен, Эриксон и Грант измеряли производительность группы опытных программистов. Даже внутри этой группы отношение максимальной и минимальной производительности в среднем составило 10:1, а для времени работы программы и затрат памяти - 5:1. Короче говоря, производительность труда программиста, получающего 20 тыс. долларов в год, может быть в 10 раз больше, чем у того, кто зарабатывает 10 тыс. долларов. Обратное также может быть справедливо. Статистические данные утверждают, что нет никакой зависимости между опытом и производительностью. (Сомневаюсь, впрочем, чтобы это было верно всегда.)
Выше я уже доказал, что увеличение числа людей, занятых в проекте, повышает его стоимость, ибо основные затраты приходятся на обеспечение связи и на устранение последствий плохой организации этой связи (комплексная отладка). Это и приводит к Стремлению руководителей максимально ограничить число людей, работающих над системой.
Действительно, опыт создания почти всех больших систем программирования показал, что политика грубой силы дорого обходится, работа оказывается медленной и малоэффективной и приводит к системам, в которых отсутствует концептуальное единство:
OS/360, Exes-8, Scope-6600, Multics, TSS, SAGE - этот список можно существенно расширить.
Напрашивается вывод: если в проекте занято 200 человек и среди них - 25 руководителей, т. е. наиболее компетентных и опытных программистов, то следует уволить 175 исполнителей и заставить руководителей вернуться к программированию.
Давайте, однако, проверим это решение. С одной стороны, оно все же не соответствует идеальному представлению о небольшой боевой группе, которая, по общему мнению, не должна превышать 10 человек. Она слишком велика, так что потребует по меньшей мере двух уровней руководства, или около пяти руководителей. А это вызовет дополнительные потребности в финансах, сотрудниках, рабочих местах, секретарях и операторах ЭВМ.
С другой стороны, первоначальная группа в 200 человек не настолько велика, чтобы можно было сделать действительно большую систему методом грубой силы. Рассмотрим, например, операционную систему OS/360. В пиковые периоды над ней работало около 1000 человек - программисты, составители технической документации, операторы, лаборанты, секретари, руководители, вспомогательные службы и т. д. За период с 1963 по 1966 гг. около 5000 человеко-лет понадобилось на проектирование, реализацию этой системы и создание документации на нее. Нашей группе из 200 человек понадобилось бы 25 лет, чтобы довести систему до ее нынешнего состояния, да и то при условии, что люди и месяцы действительно взаимозаменяемы.
Вот тут-то и обнаруживается слабая сторона концепции маленькой энергичной группы: это слишком медленно для действительно больших систем. Посмотрим, что получилось бы, если бы создание операционной системы OS/360 поручили такой группе. Допустим, в ней 10 человек. Пусть благодаря энергии и опыту их производительность в программировании и создании документации в 7 раз выше, чем у средних программистов. Допустим, что OS/360 создавалась только средними программистами (но это, впрочем, очень далеко от истины). И допустим, наконец, что еще один коэффициент повышения производительности, равный 7, появился из-за уменьшения затрат на обеспечение взаимосвязи в меньшем коллективе. Допустим, также, что состав группы не менялся все это время. Тогда 5000/(10><7Х7) --10; они сделают работу объемом 5000 человеко-лет за 10 лет. Будет ли эта система интересна через 10 лет? Или же она безнадежно устареет в результате быстрого развития идей и методов программного обеспечения ЭВМ?
Дилемма очень жесткая. Ради эффективности и концептуального единства проекта и его реализации хочется ограничиться небольшим коллективом. Однако для больших систем хочется найти такой путь использования значительной рабочей силы, чтобы продукт появился вовремя. Как совместить эти два требования?
Предложение Миллза
Харлан Миллз выдвинул оригинальное и творческое решение этой проблемы 2'3). Он предлагает, чтобы над каждой частью большой задачи работала отдельная группа, и считает, что группа должна быть организована по принципу хирургической бригады, где операцию делает один, а остальные ему ассистируют.
По некотором размышлении видно, что идея, если удастся ее осуществить, будет вполне соответствовать нашим желаниям. Две - три головы заняты проектированием и разработкой, для реализации же их идей имеется необходимое множество рук. Но сможет ли работать такая бригада? Кто будет в ней анестезиологом, медицинской сестрой, и как распределить работу? Позвольте мне, свободно обращаясь с метафорами, предложить возможный вариант такой огранизации.
Хирург
Миллз называет его главным программистом. Он сам, лично, определяет функциональные си'-'-цификации и показатели производительности, разрабатывает программу, пишет, отлаживает ее и готовит документацию. Он пользуется структурированным языком программирования типа PL/I и имеет диалоговый доступ к вычислительной системе, которая не только пропускает его тесты, но и хранит различные версии его программы, позволяет легко модифицировать файлы и обеспечивает редактирование текстов для его документации. Он должен обладать замечательным талантом, десятилетним опытом работы н значительными системными и прикладными навыками.
Второй пилот
Он - правая рука хирурга, его второе "я", и способен выполнить любую часть работы, но не столь опытен. Он принимает участие в разрабог-ке, обсуждении и оценке проекта вместе с хирургом, который проверяет на нем свои идеи, но не обязательно следует его советам. Второй пилот представляет свою бригаду на дискуссиях, взаимодействует с другими бригадами. Он до тонкостей знает всю программу. Он ищет альтернативные стратегии проектирования. Очевидно, что второй пилот страхует дело от несчастья с хирургом. Он может даже программировать, но не отвечает ни за одну часть машинной программы.
Администратор.
Хирург является начальником, и за ним остается последнее слово по вопросам персонала, оплаты, помещений и т. д. Но он должен посвящать всему этому как можно меньше времени. Поэтому нужен профессиональный администратор, который бы занимался деньгами, людьми, машинами, а также входил в контакты с администрацией всей организации.
Бейкер считает, что администратор будет занят весь рабочий день, только если взаимоотношения пользователя с разработчиком предъявляют значительные \ правовые, отчетные или финансовые требования к проекту. В противном случае один администратор может обслуживать две бригады.
Редактор.
Хирург отвечает за создание документации - для максимальной ясности он должен сам ее написать. Причем это справедливо и для внешних, и для внутренних описаний. Редактор же получает рукопись хирурга и критикует ее, перерабатывает, снабжает ссылками и библиографией, возится с различными версиями и наблюдает за ее размножением и распространением.
Два секретаря.
И администратору, и редактору нужны свои секретари; секретарь администратора будет вести корреспонденцию проекта и архивы.
Архивариус
Он отвечает за ведение всей технической документации в бригаде. Архивариус знаком с обязанностями секретаря и в его ведении информация, хранящаяся как в машине, так и на столах программистов.
Выход на машину осуществляется через архивариуса, выдачи также попадают к нему. Самые последние распечатки хранятся в рабочем журнале; все предыдущие - в архиве, в хронологическом порядке.
В концепциях Миллза жизненно необходимым является превращение программирования "из индивидуального в общественное дело", для чего нужно сделать все результаты выходов на машину открытыми для всех членов бригады п осознать, что программы п данные являются собственностью бригады, а не частной собственностью.
В функции архивариуса входит освобождение программистов от канцелярской поденщины, причем он должен выполнять эти обычно столь неприятные обязанности систематически и с высокой производительностью, тем самым способствуя появлению наиболее ценного результата работы бригады - рабочего продукта. Очевидно, что вышеописанная схема предполагает работу в пакетном режиме. Когда используются диалоговые терминалы, в частности, те, что позволяют работать без распечаток, обязанности, архивариуса не исчезают - они изменяются. Теперь он вносит в общие копии программ все изменения с отдельных рабочих копий, по-прежнему выходит на машину с пакетом программ и использует свой собственный диалоговый терминал для контроля за полнотой и доступностью растущего продукта.
Инструментальщик
Редактирование файлов, редактирование текстов и служба диалоговой отладки теперь имеются почти всюду, так что нет никакой необходимости каждой бригаде иметь свою собственную машину и группу ее обслуживания, но тем не менее нужен свой инструментарий, набор вспомогательных средств, преимущественно диалоговых. Их приобретение, эксплуатация и усовершенствованно составят круг обязанностей опытного системного программиста - инструментальщика. Каждой бригаде понадобится такой инструментальщик, независимо от качества и надежности централизованного обслуживания. В своей работе он должен руководствоваться нуждами пли желаниями хирурга; требования других бригад его не касаются. В обязанности разработчика инструментария входит создание специализированных служебных программ, каталогизированных процедур, библиотек макрокоманд и т. д.
Контролер
Хирургу необходимо иметь набор подходящих тестов для отладки частей своей программы по мере ее написания и для отладки программы как единого целого. Контролер, таким образом, одновременно и враг, изобретающий системные тесты, руководствуясь функциональными спецификациями, и друг, предлагающий тестовые данные для повседневной оч-ладки. Он должен также планировать последовательность тестов и подготавливать оснастку для комплексной отладки.
Языковед
Со времени появления языка алгол-60 выяснилось, что при работе с большинством вычислительных систем нужны один-два профессионала, посвященных во все тонкости языка программирования. Эти специалисты оказались очень полезными, к ним постоянно обращались за консультациями. Они должны обладать совершенно другими талантами, чем хирург, который по самой своей сути является разработчиком систем. Хирург мыслит образами, языковед же может найти красивый и эффективный способ использования языка в трудных, темных или запутанных ситуациях. Зачастую ему придется посвятить два-три дня небольшим исследованиям в поисках хорошего метода. Один языковед может обслуживать двоих или троих хирургов.
Итак, мы предложили способ организации группы программистов, состоящей из 10 человек, и распределение ролей внутри этой группы, используя в качестве модели хирургическую бригаду.
Как она работает? Многие идеи предложенного выше принципа организации коллектива соответствуют нашим требованиям. Десять человек, из них семь профессионалов, работают над проблемой, но система является продуктом одного человека, в крайнем случае - двоих, выступающих как одно целое.
Отметим, в частности, различия между обычным коллективом программистов из двух человек и группой "хирург - второй пилот". Во-первых, в обычных коллектпвах вся работа разделена между сотрудниками, и каждый из них отвечает за разработку и реализацию своей части. В хирургической бригаде и хирург, и BW рой пилот в курсе всего проекта и всей программы. Это снимает проблему дележа памяти, обращений R дискам и т. п. И, кроме того, сохраняется концептуальное единство работы. Во-вторых, в обычных коллективах все сотрудники равны, и неизбежные различия в оценках требуют постоянных обсуждений и компромиссов. Поскольку работа и ресурсы разделены, различия в суждениях, конечно, подчинены общей стратегии и правилам взаимодействия, но они усугубляются противоположностями интересов,- например, чья часть памяти будет использоваться для буфера. В хирургической бригаде нет различий в интересах, а противоречия в мнениях разрешаются самим хирургом единолично. Эти два обстоятельства - единство задачи п связь только по принципу подчинения - позволяют хирургической бригаде действовать как одно целое.
Таким образом, строгое распределение функции между сотрудниками бригады является ключом к повышению ее производительности, поскольку оно, обеспечивает гораздо более простую структуру связей между сотрудниками...
В статье Бейкера 3) рассказывается о проверке принципа хирургической бригады в процессе выполнения одного небольшого проекта. Бригада работала так, как и предполагалось в этом случае, и с очень хорошими результатами.
"Экскалация"
Пока все хорошо. Проблема, однако, заключается в том, что же делать с проектами, создание которых требует не 20 или 30, а 5000 человеко-лет. Группа из 10 сотрудников может работать эффективно и независимо от того, как она организована, если только вся задача находится в сфере ее действия. Но как использовать концепцию хирургической бригады применительно к большой задаче, в решении которой принимают участие несколько сот человек?
Залог успеха "эскалации" заключается в том, что нами уже обеспечена высокая степень концептуального единства на уровне частей - в каждой из них число умов, определяющих проект, сократилось в семь раз. Тогда можно отдать всю работу 200 сотрудникам, но проблемы координации поручить 20 хирургам.
Для проблемы координации, однако, надо использовать специальные методы, которые подробно обсуждаются в следующих разделах. Пока же достаточно сказать, что вся система тоже должна обладать концептуальным единством, а ее разработкой должен заниматься системный архитектор. Чтобы обеспечить руководство проектом, необходимо провести четкое различие между архитектурой и реализацией, и системный архитектор должен посвятить себя исключительно архитектуре. Такое распределение ролей и такая методика полностью оправдали себя и оказались очень эффективными.