Программное обеспечение и его разработка - Фокс Джозеф М.

К сожалению, в настоящее время вопросу изучения логической сложности уделяется недостаточное внимание. По мере внедрения вычислительной техники в различные прикладные области, связанные с проведением большого числа сложных операций и управления процессами, мы лучше сможем представить себе эту важную отрасль.

Проблемы, связанные со сложностью. Сложность всегда доставляла и до сих пор доставляет людям множество неприятностей. И никого не должно удивлять то, что она мучает нас при разработке больших программных систем, — однако это удивляет. Ведь мы склонны всегда забывать, сколько мучений мы претерпели из-за сложности, где бы она ни проявлялась.

Очень долго у людей были сложности с мостами. За одно только десятилетие с 1870 по 1880 г. только в одних Соединенных Штатах разрушалось в среднем до 40 мостов в год. Граждане переходили через мост с риском для жизни. «Социология» того периода очень напоминает положение, сложившееся в настоящее время:

Катастрофы на крупных мостах случались гораздо чаще, чем на железной дороге. Многие мосты местного значения строились окружными властями, которые соединяли в себе техническое невежество и неумение решать экономические проблемы. Подрядчики и торговцы заключали самые дешевые контракты, что фактически вело к исключению других, возможно более хороших вариантов. Безответственные исполнители продавали все, что только было можно; при первой же возможности быстро наводили мост и тут же поспешно исчезали. Самые авторитетные фирмы были поставлены конкуренцией в весьма опасное положение[9].

Рис. 4.20. Взаимосвязанные функции (Мартин Дж. «Организация баз данных в вычислительных системах». Пер. с англ. — М… Мир, 1980) Печатается с любезного разрешения издательства Прентис Холл.

Как сильно все сказанное о том времени напоминает ситуацию, возникшую в программировании сегодня! А ведь семидесятые годы прошлого столетия не были первыми годами бедствий. Веками мосты разрушались из-за воздействия гармонических колебаний. Чего стоили только проходы через мосты солдат, марширующих в ногу. В 40-х гг. XX в. возникла проблема ветра. В 1940 г. упал мост через Такомский залив. В 1970-х гг. мост Бронкс Уайтстоун, «укрепленный» после Такомской катастрофы, начал раскачиваться так сильно, что люди бросали свои автомобили и в панике прыгали с пролетов моста.

Проблемы возникали не только с подвесными мостами. В 1944 г. двухфермовый мост через Миссисипи в Честере, шт. Иллинойс, был сброшен ветром со своих ненадежных опор. В 1905 г., когда был разрушен мост на кронштейнах через реку Св. Лаврентия в канадской провинции Квебек, было убито 87 рабочих. Физическая природа таких строений была тогда недостаточно понятна людям.

Новые явления приносят нам новые сложности. Моторы компании «Локхид Электра» (Lockheed Electra) разрушаются из-за дефектов проектирования. Самолеты DC-10 не летают!

Во второй половине семидесятых годов в здании Джона Хэнкока в Бостоне уже не было стеклянных окон. Были заменены 10 тыс. 400-фунтовых стекол.

Люди до сих пор не справились со сложностями, возникшими вместе с открытием ядерной энергии. Убытки от катастрофы, происшедшей на Острове третьей мили, продолжают расти и уже достигли 4 млрд. долларов!

Ясность

После того как программа уже создана и работает, ее ясность зависит только от ее разработки и реализации. На стадии разработки нам часто доставляет неприятности неясность поставленных перед нами целей. Что должна делать программа? В каком-то смысле пять различных типов использования программ отражают атрибут ясности.

Работа вычислительной машины по типу I (коммерческие расчеты) совершенно ясна. Задачи по обработке данных в большинстве случаев уже полностью решены. Все, что нам надо сделать, это разобраться в используемых процедурах и запрограммировать их. На противоположной стороне шкалы находятся задачи по управлению процессами типа V.

Чаще всего при их программировании нам приходится сталкиваться с выполнявшими до сих пор все работы «старыми мастерами», т. е. какими-то умными, искусными, все понимающими людьми, которые способны держать в голове все параметры, варианты, возможные ловушки, несовместимости, несоответствия и разрывы. Эти люди «видят», как развиваются события, могут почувствовать, когда что-то не ладится, и «знают», что надо делать в этом случае.

Попробуйте записать все правила, алгоритмы, попробуйте повторить то, что эти люди могут проделать в своем уме, и вы столкнетесь с необходимостью уметь здраво рассуждать, распознавать сложные образы, обладать изрядной долей интуиции и «чувствовать». Все это с трудом поддается определению, и получить полезную систему можно только после нескольких неудач, напрасных разработок, после потери значительных денежных сумм.

При попытке автоматизировать нефтеочистительные заводы фирмы Exxon, расположенные в Эдмонтоне, Канада, и в Антверпене, Бельгия, фирма IBM потеряла более 10 млн. долларов. Выполняли работу две сотни моих хьюстонских сотрудников. Как-то один из разработчиков спросил инженера компании Exxon, каким образом он узнает, когда надо нажать на рычаг. «Очень просто, — ответил тот. — Я опускаю палец в струю и пробую на вкус». Попытайтесь теперь запрограммировать это!

При построении больших систем управления процессами, взаимодействующих со многими пользователями, реальное использование вычислительной машины можно осознать только после того, как система попадет в руки пользователей, т. е. после того, как разработка должна быть уже теоретически закончена. Пользователи всегда находят новые способы использования своих инструментов.

Прочитав это, мой читатель может возразить, что это скорее проблемы системы, а не программного обеспечения. И читатель будет прав.

Программное обеспечение наследует проблемы системы.

При разработке большой системы типа V по мере стабилизации других частей комплекса последнее, что может быть еще модифицировано, — это именно программное обеспечение. Что мы подразумеваем под «стабилизацией»? В больших системах типа V разрабатывается сразу множество различных элементов. Коммуникационные связи/ дисплей/ радиолокатор/ сонар/ телеметрия/ ракета/ спутник/ двигатели/ управление/ еще что-нибудь — что-то из этого списка будет самым новым, самым передовым в мире, может разрабатываться также какой-нибудь необычный способ объединения этих объектов. Эта новинка может преподнести вначале своей эксплуатации любой сюрприз, и нам придется приспосабливаться к реальному положению.

Основная тяжесть адаптации падает на две части нашей системы — на программное обеспечение и обслуживающий персонал. Максимум возможного мы стремимся сделать за счет программ, оставляя нагрузку на людей минимальной. Программное обеспечение действительно будет «гибким»[10], если мы правильно его разработаем и будем правильно управлять им. Если мы документируем его и разделим на отдельные модули. В этом случае мы и вправду сможем приспособиться к любым неожиданностям. Если же мы ничего этого не сделаем, то в итоге получим всего лишь грубый бетонный блок, а не гибкую систему!

Долгосрочное планирование и правильное использование фондов в дальнейшем могут сэкономить немалые суммы денег. Мост Джорджа Вашингтона из Нью-Йорка в Нью-Джерси был построен в 1931 г. с одним путепроводом, но все расчеты напряжений были сделаны так, что через 30 лет оказалось возможным добавить еще один уровень с шестирядной дорогой. И действительно, в 1962 г. этот уровень был достроен (см. рис. 4.21).

Первоначально второй уровень предназначался для железной дороги. Железная дорога построена не была, но структура моста без каких-либо изменений подошла для автомобильного путепровода.