Понятие технологии программирования, жизненный цикл программы и постановка задачи

Понятие технологии программирования

Технология – это набор правил, методик и инструментов, позволяющих наладить производственный процесс выпуска какого-либо продукта [1]. Разумеется, это определение нельзя назвать полным. Надо упомянуть процессы планирования, измерения, оценки качества, ответственность исполнителя и многое другое. Но в мою задачу не входит написание статьи для энциклопедии на слово "технология" – я дал какое-то представление о его значении и для начала разговора этого вполне хватит. Подчеркну только еще раз производственный характер понятия "технология". Почему-то именно слово "производство" сильно раздражает моих коллег-математиков, занимающихся программированием. "Ты бы еще технологию создания романа "Война и мир" создал". Недаром же известный специалист Дональд Кнут назвал свой знаменитый многотомный труд "Искусство программирования". Наконец, мне удалось выяснить отношение к этому понятию самого Д. Кнута. Несколько лет назад наш университет присвоил этому несомненно блистательному ученому звание почетного доктора. По такому случаю наш декан собрал для встречи с Д. Кнутом десять-двенадцать руководителей лабораторий и заведующих кафедрами, имеющих отношение к программированию. Дело было летом, Д. Кнут был с женой, переводчица поминутно смотрела на часы, напоминая, что гостям пора "на фонтаны", сам почетный доктор откровенно дремал, словом, это было скучнейшее мероприятие. Я решил пошутить, чтобы как-то развеять унылую атмосферу. И когда подошла моя очередь выступать, я вместо тридцатисекундного перечисления заслуг нашего коллектива сказал, что лично мне профессор Кнут доставил много неприятностей. Тот аж подскочил: "Я же в первый раз вас вижу!" Тут я объяснил, что много лет занимаюсь промышленной технологией программирования, а многие коллеги, включая и тех, кто сидит сейчас за этим столом, ссылаясь на его книгу, не признают это наукой, имеющей отношение к математике. Профессор очень разволновался, принял мою шутку вполне всерьез и пожаловался, что все это происходило и с ним: "Вы знаете, что я много лет занимался созданием и продвижением на рынок издательской системы TEX? Это что – не производство? Могу я на старости лет написать книжку с теоремами?"

В общем, я получил огромный заряд положительных эмоций.

Разумеется, я понимаю, что Д. Кнут известен скорее своими теоретическими работами, а TEX – это скорее от безысходности, он задумал его после выпуска первого тома "Искусства программирования", поражаясь скудости рынка инструментальных средств для набора математических текстов, прервался на несколько лет для реализации TEX и только потом продолжил свой титанический труд. Для него промышленное программирование – скорее бравада, что вот, мол, мы все можем, но все равно приятно получить поддержку от такого знаменитого ученого.

Мое первое столкновение с промышленностью состоялось в 1980-м году. К тому времени я уже несколько лет руководил лабораторией системного программирования, занимались мы самыми трудными проблемами, часто имеющими весьма отдаленное отношение к практике, но нас это нисколько не беспокоило. "Мат-мех – лучше всех" – в глубине души я и сейчас в этом уверен. Так вот, в декабре 1980-го года меня пригласили в кабинет ректора ЛГУ, там было человек двадцать в военной форме и несколько партийных деятелей во главе с начальником оборонного отдела Обкома КПСС. Мне было сказано, что оборонная промышленность столкнулась с массой проблем при создании программного обеспечения (ПО) систем оборонного назначения, поэтому решено, что ЛГУ в лице нашей лаборатории должен помочь. Моего согласия никто не спрашивал, да в те времена этого и не требовалось. Так я начал работать с ЛНПО "Красная Заря", "Импульс", "Морфизприбор", "Ленинец", "Аврора", "Гранит" – ведущими предприятиями Ленинграда, работающими в интересах различных родов войск и ведомств. С большинством этих предприятий мы работаем до сих пор.

Нас использовали как "пожарную команду". Много лет сотрудники названных и других предприятий разрабатывали ПО для важных заказов, когда же все сроки (и деньги!) истекали, приглашали нас, чтобы мы навели порядок. Нельзя сказать, что до этого мы жили в башне из слоновой кости. У нас были договора с НИЦЭВТ по созданию транслятора с языка Алгол 68 [2] для только что созданного (мы говорили "создранного") семейства ЕС ЭВМ, так что мы одними из первых освоили новую операционную систему OS/360. Пользуясь открытостью университета, к нам все время приходили какие-то люди (в том числе и военные) с просьбой найти ошибку в программе. Не было случая, чтобы мы искали ошибку больше двух дней.

Но все это не идет ни в какое сравнение с трудностями нашего понимания проблем реальной промышленности. Одно дело, когда у тебя в подчинении пятнадцать человек в университетской лаборатории, которых никогда не надо подгонять, сомневаться в их способностях, когда царит дух соревнования (не только между собой), когда все понимают друг друга с полуслова. Совсем другое дело — триста человек с совершенно разными способностями и образованием, явно отсиживающие свои восемь часов, работающие в кодах (буквально с инженерного пульта ЭВМ), причем все это погружено в атмосферу секретности. Мне никогда не забыть, как одна женщина целый час объясняла мне схему распределения памяти, которую она вычитала у одного японского автора. С большим трудом удалось выяснить, что она имеет в виду стек. Другой программист запомнился мне тем, что для возврата из процедуры использовал регистр Р7, хотя остальные триста человек для этой цели применяли Р10. Он еще доказывал, что именно он прав, так как Р7 – индексный регистр, поэтому передача управления по его содержимому выполняется на целую микросекунду быстрее. Мне так и не удалось объяснить ему важность соблюдения соглашения о связях.

Первыми из военных организаций к нам обратились сотрудники ЛНПО "Красная Заря" с просьбой помочь в программировании широкого класса задач управления и связи, в частности, в создании функционального программного обеспечения (ФПО) телефонных станций, управляемых специализированными ЭВМ (СЭВМ). Несколько лет ушло на изучение предметной области, пробные реализации и решение организационных вопросов. У сотрудников ЛГУ был исходный принцип важности использования алгоритмических языков высокого уровня (АЯВУ), основанный на опыте предыдущей работы. Однако начинать пришлось совсем не с этого, а с повышения общей культуры программирования разработчиков ФПО. Дело в том, что в области встроенного ФПО реального времени традиционно используются СЭВМ с нестандартной архитектурой, ориентированной на заданную предметную область (правда, неясно, в чем должна выражаться такая ориентация: например, если ЭВМ хорошо выполняет какие-то специальные операции, но плохо — условные переходы и вызовы процедур, которые встречаются гораздо чаще, можно ли считать, что данная ЭВМ соответствует предметной области?). Нестандартность архитектуры и малая тиражность таких СЭВМ приводят к отсутствию достаточно развитых операционных систем, трансляторов, средств отладки и других, ставших уже привычными, инструментов программирования. Поэтому мы столкнулись с работой на перфокартах и непосредственно за пультом СЭВМ "на тумблерах".

Мы пытались воспользоваться известными в то время технологиями, однако оказалось, что, например, Р-технология [3] не имеет никаких средств настройки на СЭВМ, а предлагаемые в ней графический стиль программирования и программа-организатор с ручным вводом мало помогают в решении задач реального времени; технология РУЗА позволяет автоматизированным образом (но с большими доработками) построить кросс-ассемблер нужной ЭВМ и интерпретатор ее системы команд, а также осуществить некоторую регламентацию работы (например, стандартизовать имена объектов). Р-технология была отвергнута практически сразу (за неимением конкретных программных средств на заданных нам СЭВМ), РУЗА в течение полугода была настроена на одну СЭВМ, однако полностью учесть все особенности СЭВМ так и не удалось; кроме того, параметрически настраиваемые кросс-ассемблер и интерпретатор замедляют работу в 5-7 раз.