第9章 削足适履
9.1 程序有多大？除了运行时间以外，它所占据的空间也是主要开销。
当系统设计者认为对用户而言，常驻程序内存的形式比加法器、磁盘等更加有用时，他会将硬件实现中的一部分移到内存上。相反的，其他的做法是非常不负责任的。
由于规模是软件系统产品用户成本中如此大的一个组成部分，开发人员必须设置规模的目标，控制规模，考虑减小规模的方法，就像硬件开发人员会设立元器件数量目标，控制元器件的数量，想出一些减少零件的方法。同任何开销一样，规模本身不是坏事，但不必要的规模是不可取的。
9.2 对项目经理而言，规模控制既是技术工作的一部分，也是管理工作的一部分。
他必须研究用户和他们的应用，以设置将开发系统的规模。接着，把这些系统划分成若干部分，并设定每个部分的规模目标。
首先，仅对核心程序设定规模目标是不够的，必须把所有的方面都编入预算。
在为每个单元设立核心规模的同时，我们没有同时设置访问的目标。
项目规模本身很大，缺乏管理和沟通，以至于每个团队成员认为自己是争取小红花的学生，而不是构建系统软件产品的人员。为了满足目标，每个人都在局部优化自己的程序，很少会有人停下来，考虑一下对客户的整体影响。
9.3 空间预算的多少和控制并不能使程序规模减小，为实现这一目标，它还需要一些创造性和技能。
其中的一个技巧是用功能交换尺寸：
在内存大小一定的情况下进行系统设计时，会出现另外一个基本问题。内存受限的后果是即使最小的功能模块，它的适用范围也难以得到推广。临时空间的尺寸，以及每次磁盘访问的程序数量是很关键的决策，因为性能是规模的非线性函数。
第二个技能是考虑空间——时间的折衷：
对于给定的功能，空间越多，速度越快。这一点在很大的范围内都适用。也正是这一点使空间预算成为可能。
项目经理可以做两件事来帮助他的团队取得良好的空间——时间折衷。一是确保他们在编程技能上得到培训，而不仅仅是依赖他们自己掌握的知识和先前的经验。另外一种方法是认识到编程需要技术积累，需要开发很多公共单元构件库。库中的每个组件需要有两个版本，运行速度较快和短小精炼的。
9.4 精炼、充分和快速的程序，往往是战略性突破的结果，而不仅仅技巧上的提高。这种突破常常是一种新型算法。
更普遍的是，战略上突破常来自于数据或表的重新表达。实际上，数据的表现形式是编程的根本。
第10章 提纲挈领
在一片文件的汪洋中，少数文档形成了关键的枢纽，每件项目管理的工作都围绕着它们运转。它们是经理们的主要个人工具。
10.1 计算机产品的文档
目标：
定义待满足的目标和需要，定义迫切需要的资源、约束和优先级。
技术说明：
计算机手册和性能规格说明。它是在计划新产品时第一个产生，并且最后完成的文档。
进度、时间表：
预算：预算不仅仅是约束。对管理人员来说，它还是最有用的文档之一。预算的存在会迫使技术决策的制订，否则，技术决策很容易被忽略。更重要的是，它促使和澄清了策略上的一些决定。
组织机构图：
报价、预测、价格：这三个因素互相牵制，决定了项目的成败。
10.3 软件项目的文档
做什么：目标。定义了待完成的目标、迫切需要的资源、约束和优先级。
做什么：产品技术说明。以建议书开始，以用户手册和内部文档结束。速度和空间说明是关键的部分。
时间：进度表
资金：预算
地点：工作空间分配
人员：组织图。它与接口说明是相互依存的，如果系统设计能自由地变化，则项目组织架构必须为变化做准备。
10.4 为什么要有正式的文档？
首先，书面记录决策是必要的。
第二，文档能够作为同其他人的沟通渠道。
最后，项目经理的文档可以作为数据基础和检查列表。
只有一小部分管理人员的时间——可能只有20%——用来从自己头脑外部获取信息。其他的工作是沟通：倾听、报告、讲授、规劝、讨论、鼓励。不过，对于基于数据的部分，少数关键的文档是至关重要的，它们可以满足绝大多数需要。
项目经理的任务是制订计划，并根据计划实现。但是只有书面计划是精确和可以沟通的。计划中包括了时间、地点、人物、做什么、资金。这些少量的关键文档封装了一些项目经理的工作。
第11章 未雨绸缪
不变只是愿望，变化才是永恒。——SWIFT。
普遍的做法是，选择一种方法，试试看；如果失败了，没关系，再试试别的。不管怎么样，重要的是先去尝试。——富兰克林 D. 罗斯福。
11.1 化学工程师很早就认识到，在实验室可以进行的反应过程，并不能在工厂中一步实现。一个被称为“实验性工厂（pilot planet）”的中间步骤是非常必要的。软件系统的构建人员也面临类似的问题。
对于大多数项目，第一个开发的系统并不合用。要解决所有的问题，除了重新开始以外，没有其他的办法——即开发一个更灵巧或者更好的系统。系统的丢弃和重新设计可以一步完成，也可以一块块地实现。所有大型系统的经验都显示，这是必须完成的步骤。
因此，管理上的问题不再是“是否构建一个试验性的系统，然后抛弃它？”。现在的问题是“是否预先计划抛弃原型的开发，或者是否将该原型发布给用户？”。将原型发布给用户，可以获得时间，但是它的代价高昂——对于用户，使用极度痛苦；对于重新开发的人员，分散了精力；对于产品，影响了声誉，即使最好的再设计也难以挽回名声。因此，为舍弃而计划，无论如何，你一定要这样做。
11.2 一旦认识到试验性的系统必须被构建和丢弃，具有变更思想的重新设计不可避免，从而直面整个变化现象是非常有用的。
我从不建议顾客目标和需求的所有变更必须、能够、或者应该整合到设计中。项目开始时建立的基准，肯定会随着开发的进行越来越高，甚至开发不出任何产品。抛弃原型概念本身就是对事实的接受——随着学习的过程更改设计。
11.3 如何为上述变化设计系统，是个非常著名的问题。它们包括细致的模块化、可扩展的函数、精确完整的模块间接口设计、完备的文档。另外，还可能会采用包括调用队列和表驱动的一些技术。
最重要的措施是使用高级语言和自文档技术，以减少变更引起的错误。采用编译时的操作来整合标准声明，在很大程度上帮助了变化的调整。
变更的阶段化是一种必要的技术。每个产品都应该有数字版本号，每个版本都应该有自己的日程表和冻结日期，在此之后的变更属于下一个版本的范畴。
程序员不愿意为设计书写文档的原因，不仅仅是由于惰性。更多的是源于设计人员的踌躇——要为自己尝试性的设计决策进行辩解。
11.4 当系统发生变化时，管理结构也需要进行调整。这意味着，只要管理人员和技术人才的天赋允许，老板必须对他们的能力培养给予极大的关注，使管理人员和技术人才具有互换性。
这其中的障碍是社会性的，人们必须同顽固的戒心做斗争。首先，管理人员自己常常认为高级人员太“有价值”，而舍不得让他们从事实际的编程工作；其次，管理人员拥有更高的威信。为了克服这个问题，如Bell Labs的一些实验室，废除了所有的职位头衔。每个专业人士都是“技术人员中的一员”。而IBM的另外一些实验室，保持了两条职位晋升线，
管理人员需要参与技术课程，高级技术人才需要进行管理培训。项目目标、进展、管理问题必须在高级人员整体中得到共享。只要能力允许，高层人员必须时刻做好技术和情感上的准备，以管理团队或者亲自参与开发工作。这是件工作量很大的任务，但显然很值得！
组建外科手术队伍式的软件开发团队，这整个观念是对上述问题的彻底冲击。其结果是当高级人才编程和开发时，不会感到自降身份。这种方法试图清除那些会剥夺创造性乐趣的社会障碍。
上述组织架构的设计是为了最小化成员间的接口。同样的，它使系统在最大程度上易于修改。当组织构架必须变化时，为整个“外科手术队伍”重新安排不同的软件开发任务，会变得相对容易一些。
11.5 在程序发布给顾客使用之后，它不会停止变化。发布后的变更被称为“程序维护”，但是软件的维护过程不同于硬件维护。
计算机系统的硬件维护包括了三项活动——替换损坏的器件、清洁和润滑、修改设计上的缺陷。
软件维护不包括清洁、润滑和对损坏器件的修复。它主要包含对设计缺陷的修复。对于一个广泛使用的程序，其维护总成本通常是开发成本的40％或更多。令人吃惊的是，该成本受用户数目的严重影响。用户越多，所发现的错误也越多。
程序维护中的一个基本问题是——缺陷修复总会以（20－50）%的机率引入新的bug。所以整个过程是前进两步，后退一步。
为什么缺陷不能更彻底地被修复？
首先，看上去很轻微的错误，似乎仅仅是局部操作上的失败，实际上却是系统级别的问题。修复局部问题的工作量很清晰，并且往往不大。但是，更大范围的修复工作常常会被忽视，除非软件结构很简单，或者文档书写得非常详细
其次，维护人员常常不是编写代码的开发人员，而是一些初级程序员或者新手。作为引入新bug的一个后果，程序每条语句的维护需要的系统测试比其他编程要多。理论上，在每次修复之后，必须重新运行先前所有的测试用例，从而确保系统不会以更隐蔽的方式被破坏，所以它的成本非常高。
11.6 Lehman和Belady研究了大型操作系统的一系列发布版本的历史。他们发现模块数量随版本号的增加呈线性增长，但是受到影响的模块以版本号指数的级别增长。所有修改都倾向于破坏系统的架构，增加了系统的混乱程度。用在修复原有设计上瑕疵的工作量越来越少，而早期维护活动本身的漏洞所引起修复工作越来越多。随着时间的推移，系统变得越来越无序，修复工作迟早会失去根基。每一步前进都伴随着一步后退。
实际上，整个系统已经面目全非，无法再成为下一步进展的基础。而且，机器在变化，配置在变化，用户的需求在变化，所以现实系统不可能永远可用。崭新的、基于原有系统的重新设计是完全必要的。
系统软件开发是减少混乱度（减少熵）的过程，所以它本身是处于亚稳态的。软件维护是提高混乱度（增加熵）的过程，即使是最熟练的软件维护工作，也只是放缓了系统退化到非稳态的进程。
第12章 干将莫邪
就工具而言，即使是现在，很多软件项目仍然像一家五金店。每个骨干人员都仔细地保管自己工作生涯中搜集的一套工具集，这些工具成为个人技能的直观证明。正是如此，每个编程人员也保留着编辑器、排序、内存信息转储、磁盘实用程序等工具。
这种方法对软件项目来说是愚蠢的：
首先，项目的关键问题是沟通，个性化的工具妨碍——而不是促进沟通。
其次，当机器和语言发生变化时，技术也会随之变化，所有工具的生命周期是很短的。毫无疑问，开发和维护公共的通用编程工具的效率更高。
不过，仅有通用工具是不够的。专业需要和个人偏好同样需要很多专业工具。所以在前面关于软件开发队伍的讨论中，我建议为每个团队配备一名工具管理人员。这个角色管理所有通用工具，能指导他的客户——老板使用工具。同时，他还能编制老板需要的专业工具。
项目经理必须考虑、计划、组织的工具到底有哪些呢？
首先是计算机设施。它需要硬件和使用安排策略；它需要操作系统，提供服务的方式必须明了；它需要语言，语言的使用方针必须明确；然后是实用程序、调试辅助程序、测试用例生成工具和处理文档的字处理系统。
12.1 机器支持可以有效地划分成目标机器和辅助机器。目标机器是软件所服务的对象，程序必须在该机器上进行最后测试。辅助机器是那些在开发系统中提供服务的机器。
目标机器的类型有哪些？
团队开发的监督程序或其他系统核心软件当然需要它们自己的机器。目标机器系统会需要若干操作员和一两个系统编程人员，以保证机器上的标准支持是即时更新和实时可用的。
另外，还需要配备调试机器或者软件。这样，在调试过程中，所有类型的程序参数可以被自动计数和测量。
计划安排：
目标机器时间需求具有特别的增长曲线。当目标机器刚刚被研制，或者当它的第一个操作系统被开发时，机器时间是非常匮乏的，时间的调度安排成了主要问题。
我们开始把机器时间分配成连续的块。例如，整个从事排序工作的15人小组，会得到系统4至6小时的使用时间块，由他们自己决定如何使用。即使没有安排，其他人也不能使用机器资源。这种方式，是一种更好的分配和安排方法。尽管机器的利用程度可能会有些降低（常常不是这样），生产率却提高了。
12.2 仿真装置。如果目标机器是新产品，则需要一个目标机器的逻辑仿真装置。这样，在生产出新机器之前，就有辅助的调试平台可供使用。即使在新机器出现之后，仿真装置仍然可以提供可靠的调试平台。
可靠并不等于精确。在某些方面，仿真机器肯定无法精确地达到与新型机器一致的实现。但是至少在一段时间内，它的实现是稳定的，新硬件就不会。
实验室研制和试制的模型产品和早期硬件不会像定义的那样运行，不会稳定工作，甚至每天都不会一样。。所以，一套运行在稳定平台上的可靠仿真装置，提供了远大于我们所期望的功用。
编译器和汇编平台。出于同样的原因，编译器和汇编软件需要运行在可靠的辅助平台上，为目标机器编译目标代码。接着，可以在仿真器上立刻开始后续的调试。
高级语言的编程开发中，在目标机器上开始全面测试目标代码之前，编译器可以在辅助机器上完成很多目标代码的调试和测试工作。
程序库和管理。在OS/360开发中，一个非常成功的重要辅助机器应用是维护程序库。
这个库实际上划分成不同访问规则下的子库。
首先，每个组或者编程人员分配了一个区域，用来存放他的程序拷贝、测试用例以及单元测试需要的测试辅助例程和数据。在这个开发库（playpen）中，不存在任何限制开发人员的规定。他可以自由处置自己的程序，他是它们的拥有者。
当开发人员准备将软件单元集成到更大的部分时，他向集成经理提交一份拷贝，后者将拷贝放置在系统集成子库中。此时，原作者不可以再改变代码，除非得到了集成经理的批准。当系统合并在一起时，集成经理开始进行所有的系统测试工作，识别和修补bug。
有时，系统的一个版本可能会被广泛应用，它被提升到当前版本子库。此时，这个拷贝是不可更改的，除非有重大缺陷。该版本可以用于所有新模块的集成和测试。
这有两个重要的理念。首先是受控，即程序的拷贝属于经理，他可以独立地授权程序的变更。其次是使发布的进展变得正式，以及开发库（playpen）与集成、发布的正式分离。
编程工具。随着调试技术的出现，旧方法的使用减少了，但并没有消失。因此，还是需要内存转储、源文件编辑、快照转储、甚至跟踪等工具。
文档系统。在所有的工具中，最能节省劳动力的，可能是运行在可靠平台上的、计算机化的文本编辑系统。
性能仿真装置。最好有一个。正如我们将在下章讨论到的，彻底地开发一个。使用相同的自顶向下设计方法，来实现性能仿真器、逻辑仿真装置和产品。
11.3 高级语言。使用高级语言的主要原因是生产率和调试速度。我们在前面已讨论过生产率的问题（第8章）。调试上的改进来自下列事实——存在更少的bug，而且更容易查找。
bug更少的原因，是因为它避免在错误面前暴露所有级别的工作，这样不但会造成语法上的错误，还会产生语义上的问题，如不当使用寄存器等。编译器的诊断机制可以帮助找出这些类似的错误，更重要的是，它非常容易插入调试的快照。
系统编程需要什么样的高级语言呢？
现在可供合理选择的语言是PL/I6。它提供完整的功能集；它与操作系统环境相吻合；它有各种各样的编译器，一些是交互式的，一些速度很快，一些诊断性很好，另一些能产生优化程度很高的代码。我自己觉得使用APL来解决算法更快一些，然后，将它们翻译成某个系统环境下的PL/I语言。
交互式编程。在那些系统编程所关注的方面，Multics（以及后续系统，IBM的TSS）和其他交互式计算机系统在概念上有很大的不同：多个级别上数据和程序的共享和保护，可延伸的库管理，以及协助终端用户共同开发的设施。