个人软件过程(Personal Software Process,PSP)是一种可用于控制、管理和改进个人工作方式的自我持续改进过程,是一个包括软件开发表格、指南和规程的结构化框架。PSP与具体的技术(程序设计语言、工具或者设计方法)相对独立,其原则能够应用到几乎任何的软件工程任务之中。PSP能够说明个体软件过程的原则; 帮助软件工程师作出准确的计划;确定软件工程师为改善产品质量要采取的步骤;建立度量个体软件过程改善的基准;确定过程的改变对软件工程师能力的影响。
随着软件工程知识的普及,软件工程师都知道,要开发高质量的软件,必须改进软件生产的过程。目前,业界公认由CMU/SEI开发的软件能力成熟度模型SW-CMM是当前最好的软件过程,并且CMM已经成为事实上的软件过程工业标准。但是,CMM虽然提供了一个有力的软件过程改进框架,却只告诉我们”应该做什么”,而没有告诉我们”应该怎样做”,并未提供有关实现关键过程域所需要的具体知识和技能。为了弥补这个欠缺,Humphrey又主持开发了个体软件过程(Personal Software Process,PSP)。
在CMM1.1版本的18个关键过程域中有12个与PSP有关,据统计,软件项目开发成本的70%取决于软件开发人员个人的技能、经验和工作习惯。因此,一个单位的软件开发人员如能接受PSP培训,对该单位软件能力成熟度的升级是一个有力的保证。CMM侧重于软件企业中有关软件过程的宏观管理,面向软件开发单位,PSP则侧重于企业中有关软件过程的微观优化,面向软件开发人员。二者互相支持,互相补充,缺一不可。
按照PSP规程,改进软件过程的步骤首先需要明确质量目标,也就是软件将要在功能和性能上满足的要求和用户潜在的需求。接着就是度量产品质量,有了目标还不行,目标只是一个原则性的东西,还不便于实际操作和判断,因此,必须对目标进行分解和度量,使软件质量能够”测量”。然后就是理解当前过程,查找问题,并对过程进行调整。最后应用调整后的过程,度量实践结果,将结果与目标做比较,找出差距,分析原因,对软件过程进行持续改进。
就象CMM为软件企业的能力提供一个阶梯式的进化框架一样,PSP为个体的能力也提供了一个阶梯式的进化框架,以循序渐进的方法介绍过程的概念,每一级别都包含了更低一级别中的所有元素,并增加了新的元素。这个进化框架是学习PSP过程基本概念的好方法,它赋予软件人员度量和分析工具,使其清楚地认识到自己的表现和潜力,从而可以提高自己的技能和水平。
一、个体度量过程PSP0和PSP0.1
PSP0的目的是建立个体过程基线,通过这一步,学会使用PSP的各种表格采集过程的有关数据,此时执行的是该软件开发单位的当前过程,通常包括计划、开发(包括设计、编码、编译和测试)以及后置处理三个阶段,并要作一些必要的试题,如测定软件开发时间,按照选定的缺陷类型标准、度量引入的缺陷个数和排除的缺陷个数等,用作为测量在PSP的过程中进步的基准。
PSP0.1增加了编码标准、程序规模度量和过程改善建议等三个关键过程域,其中过程改善建议表格用于随时记录过程中存在的问题、解决问题的措施以及改进过程的方法,以提高软件开发人员的质量意识和过程意识。
应该强调指出,在PSP0阶段必须理解和学会使用不合格进行规划和度量的技术。设计一个好的表格并不容易,需要在实践中积累经验,以准确地满足期望的需求,其中最重要的是要保持数据的一致性、有用性和简洁性。
二、个体规划过程PSP1和PSP1.1
PSP1的重点是个体计划,引入了基于估计的计划方法PROBE(PROxy BASed EStimating),用自己的历史数据来预测新程序的大小和需要的开发时间,并使用线性回归方法计算估计参数,确定置信区间以评价预测的可信程度。PSP1.1增加了对任务和进度的规划。
在PSP1阶段应该学会编制项目开发计划,这不仅对承担大型软件的开发十分重要,即使是开发小型软件也必不可少。因为,只有对自己的能力有客观的评价,才能作出更加准确的计划,才能实事求是地接受和完成客户(顾客)委托的任务。
三、个体质量管理过程PSP2和PSP2.1
PSP2的重点是个体质量管理,根据程序的缺陷善建立检测表,按照检测表进行设计复查和代码复查(有时也称”代码走查”),以便及早发现缺陷,使修复缺陷的代价最小。随着个人经验和技术的积累,还应学会怎样改进检测表以适应自己的要求。PSP2.1则论述设计过程和设计模板,介绍设计方法,并提供了设计模板、但PSP并不强调选用什么设计方法,而强调设计完备性准则和设计验证技术。
实施PSP的一个重要目标就是学会在开发软件的早期实际地、客观地处理由于人们的疏忽所造成的程序缺陷问题。人们都期盼获得高质量的软件,但是只有高素质的软件开发人员并遵循合适的软件过程,才能开发出高质量的软件,因此,PSP2引入并着重强调设计复查和代码复查技术,一个合格的软件开发人员必须掌握这两项基本技术。
四、个体循环过程PSP3
PSP3的目标是把个体开发小程序所能达到的生产效率和生产质量,延伸到大型程序;其方法是采用螺旋式上升过程,即迭代增量式开发方法,首先把大型程序分解成小的模块,然后对每个模块按照PSP2.1所描述的过程进行开发,最后把这些模块逐步集成为完整的软件产品。
应用PSP3开发大型软件系统,必须采用增量式开发方法,并要求每一个增量都具有很高的质量。在这样的前提下,在新一轮开发循环中,可以采用回归测试的方法,集中力量考察新增加的这个(这些)增量是否符合要求。因此,要求在PSP2中进行严格的设计复查和代码复查,并在PSP2.1中努力遵循设计结束准则。
从对个体软件过程框架的概要描述中,可以清楚地看到,如何作好项目规划和如何保证产品质量,是任何软件开发过程中最基本的问题。
PSP可以帮助软件工程师在个人的基础上运用过程的原则,借助于PSP提供的一些度量和分析工具,了解自己的技能水平,控制和管理自己的工作方式,使自己日常工作的评估、计划和预测更加准确、更加有效,进而改进个人的工作表现,提高个人的工作质量和产量,积极而有效地参与高级管理人员和过程人员推动的组织范围的软件工程过程改进。
PSP软件工程规程为软件工程师提供了发展个人技能的结构化框架和必须掌握的方法。在软件行业,开发人员如果不经过PSP培训,就只能靠在开发中通过实践逐步掌握这些技能和方法,这不仅周期很长,要付出很大的代价,而且有越来越大的风险。 培训的方式有很多,既可以到专门的学校进修,也可以进行自学和参加培训班。
五、个人软件过程PSP之过程改进
PSP是一个需要逐步改进的过程。
Watts S. Humphrey服兵役的时候,必须学会机枪射击。开始训练时用猎枪打泥鸽子,Watts的成绩非常差,并且努力训练还是没有提高。教官对Watts进行了一段观察后,建议他用左手射击。作为一个习惯右手的人,开始Watts很不习惯,但练了几次后,Watts的成绩几乎总是接近优秀。
这个事例说明了几个问题。首先,要通过测量来诊断一个问题,通过了解Watts击中了几只鸽子和脱靶的情况,很容易看出必须对Watts做些调整。然后,必须客观的分析测量的数据,通过观察Watts的射击,教官就可以分析Watts射击的过程—上膛、就位、跟踪目标、瞄准,最后射击。教官的目的就是发现Watts哪些步骤存在问题,找到问题所在,于是建议目的就是发现用左手射击。
最后,也是最重要的,就是自身的变化。过程改进是非常困难的,因为人们很多时候不愿意尝试新事物。他们传统的习惯看起来很自然,以至于不相信改变会有什么帮助。Watts总是使用右手,从来没有想过左手射击会是什么样子。但是自Watts采纳了教官的建议,他的成绩就提高了。
定义测量方法不是件容易的事情,但它总是可能的。首先定义测量方法。规定了测量方法后,就必须收集和分析数据。如果需要作些改进,接下来就要分析工作过程,看看什么地方需要改进。最后要想真正的改进,必须切实做出改进。
如果Watts不改进他的射击过程,它的成绩几年后都不会有什么变化,也不会成为一个优秀的枪手。仅仅进行测量并不会产生什么提高,仅仅靠努力也不会有什么提高。在很大程度上工作方式决定了所得到的结果。如果还是按照老办法工作,得到的结果还会是老样子。
改进工作方式与Watts学习射击的步骤一样。它们并不复杂,如图1所示:
以分钟为测量单位。工程是在完成任务中不间断工作的时间一般都少于1小时,因此以小时为单位对工作时间进行测量不能提供用以计划和管理工作所需要的详细数据,而用分钟跟踪时间容易得多。一旦决定进行时间跟踪,用分钟作为测量单位将比用小时更恰当。
处理中断时间。采用表2.1跟踪时间时,一个常见的问题就是中断。电话、聊天、偶尔的烦恼以及必要的休息打断的次数多得令人吃惊。中断的时间不是有效的工作时间,并且变化幅度很大,如果不对它进行测量,实际上就在时间记录中加入了一个随机数,也就很难使用时间数据来计划和管理时间了。事件日志中的数据能帮助你了解工作被打断的频率。多数中断不仅浪费时间,还会打断你的思路,导致效率降低和错误的产生,因此了解被打断的频率有助于提高工作的质量和效率。
将时间数据保存在合适的地方。记录时间花费情况值得推荐的方法就是用工程记事本来记录时间以及其他的事情。对一个软件专业人员,工程记事本用途很多,可以记录时间日志、程序设计方案以及运算结果,可以作为你所遵循正确的工程实施方案的凭证,可以记录下脑子里面一闪而过的想法。推荐的方法是从工程记事本的第一页开始向后记录主要活动及其所花费的时间,最后一页开始向前记录时间日志。记录主要活动及其所花费的时间,最后一页开始向前记录时间日志。
周活动总结表。通过采用时间日志收集时间数据后,你就能渐渐明白自己是如何支配时间的。但是时间日志中的数据过于详细,需要用一种更有用的表格来总结这些数据,周活动总结表能够很好的完成这个任务。当然我们关心的时间不会只有一周这么短,还需要一段时间内在各类任务上花费的平均时间、最大时间和最小时间。因此采用表2.2所示格式。周活动总结表中的数据可以帮助你了解时间都用在那些地方,还可以使用这些书对以后的几周进行计划。例如,有了这些数据就能判断出一个大的任务所需要的时间可能接近总结表中的最长时间,而一个简单的任务需要的时间可能接近最短时间。
记录时间的提示。随时准备好工程记事本;当偶尔忘了记录开始时间、结束事件或中断时间,凭记忆尽早作出估计;及时总结记录的时间数据。
七、个体软件过程PSP之制订计划
1、如何制定阶段计划
这里介绍两种计划:阶段计划和产品计划。阶段计划是关于这段时间内对时间的安排,产品计划是关于制作产品活动期间的时间安排。以读一本书为例来说明阶段计划和产品计划的区别。为了计划这项工作,首先估计出整个任务应花费多少时间。例如,你可能希望用20小时阅读全书20章的内容。对于这个任务来说,产品计划就是以20小时读完全部书为目标,阶段计划就是每周安排1小时读书这种方式。下图表示了业务领域中产品计划和阶段计划的关系。
为了制定阶段计划,必须清楚时间的使用情况。根据上一章介绍的周活动总结表,我们就可以跟踪记录自己是如何支配时间的。在制订下一周的计划时,就可以参考最近的周活动总结表。根据以前各个任务花费的时间,就能判断出下一周将在这些任务上花费多少时间。制定这种计划最简单的方法就是假设将要使用的时间与过去平均使用的时间相同。一种较为精确的方法就是首先考虑下周将要做的工作内容,然后根据以前的最长和最短时间来估计出一个合适的时间。
2、如何制定产品计划
当工程师在项目小组中工作时,就需要计划个人的工作。计划是按期完成承诺的任务的可靠基础,可以在工程师合作开发产品过程中协调他们的工作,可以帮助工程师了解项目的状态。做计划是软件工程师工作的一个重要部分,要成为一个有才干的工程师,就必须知道如何制订准确的计划,也需要知道如何将这些计划与实际结果相比较,从而学会制定更好的计划。
制定产品计划是可以通过事件加以提高的一种技能。从现在开始对每个产品制订计划,产品可以是一个可制定的程序、一个程序设计方案或是一个测试计划,并在以后的项目中继续这样做下去。
收集历史项目数据。对于工程人员,一个产品计划包含产品规模、工作时间和进度三方面的估计。最基本的产品计划只包括对任务或作业所需时间的估计。通过收集以前不同任务所用时间的数据,就能够估计将来类似的任务大概所需要的时间。表3.1是为了记录每个项目估计时间和实际时间而设计的作业编 日志,参考这些历史项目数据,我们可以方便、准确地作出估计。准确的估计是做好计划的关键。
规模测量的方法很多,应该根据不同的对象使用不同的估计方法,即使对程序来说,代码行测量方法也不能覆盖所有的情况。没有任何方法可以保证估计的结果一定准确,作出好的规模估计的关键是要有大量的历史数据,要进行多次规模估计,并且要定期的将实际结果与估计值进行比较。
3、管理好时间
可以按照如下步骤管理时间:
1. 分析自己使用时间的历史记录;
2. 制定时间安排表,决定如何使用时间;
3. 对照制定的安排表跟踪使用时间的方式;
4. 决定应该改变什么意思自己的行动达到所作安排的要求。
复查时间的分类情况。周活动总结表给出了每周用在各个活动上的平均时间、最大时间和最小时间。检查一下这些活动的分类,是否有些类别包含的范围过大了,而另一些有分得过细。时间管理的重点放在那些站用大部分时间的少数几项活动上。
作出时间安排。时间安排表是如何使用时间的计划,根据以前如何使用时间的数据,就可以作出计划,分配以后活动所需要的时间,如表3.3所示。
找出更多的时间。管理好时间的关键是逐步对使用时间的方式进行反复平衡,因为时间每天24小时是固定的。如果希望以后在某些任务多用一些时间,除非能够在另外一些任务中少用一些时间,否则,这常常只是一个愿望而已。
制定基本规则。我们在做许多事情是都是按照一定的规则去做的。为了对时间进行有效管理,也需要有规则可循。不同的是前些规则是别人制作的,而时间管理必须自己制定这些规则。实际上,时间管理的安排就是为管理自己的时间而制定的规则。时间管理的基本规则:已经决定如何使用时间,就必须切实的按照预定的方式去做;为了切实按照预定的安排去做,就必须有非常具体的计划。表3.4就是位置到每天活动制定的每天时间安排表。
统计缺陷个数。采用缺陷记录日志,记录那些当你完成初始设计或编码后仍然留在产品中的缺陷。人们很容易对缺陷辩解,但是要管理好缺陷,就必须收集有关缺陷的准确数据。如果原谅缺陷,那只会自欺欺人。如果你这样做的话,就别指望有所提高。
建立个人代码复查检查表。如果想发现和改正程序中的每一个缺陷,就必须遵照一个精确的规程。检查表可以确保遵循这个规程,它包括一系列程式的步骤。按照检查表去作时,就知道如何进行代码复查。
如果能够正确使用检查表,还能知道每个步骤发现了多少缺陷。这样就能测量出复查过程的效率,并进一步改进检查表。检查表包括了个人的经验。通过不断的使用和改进个人检查表,就可以帮助你用较少的时间发现这些缺陷。表4.4是一个C++程序代码复查表的范例。
其他种类的代码复查。在软件组织中,一种常用的方法是同行评审,就是几个工程师彼此复查程序。组织良好的同行评审一般会发现程序中50%~70%的缺陷。互查虽然需要很多时间,但是可以有效发现缺陷,因为工程师往往难于发现自己的设计错误。他们创作这个设计,直到程序应该完整什么,即使概念有瑕疵、作了错误的设计或实现假定,他们往往很难发现。检查这可以帮助他们克服这些问题。对一个大的项目,最佳检查策略是,先做个人代码复查再进行编译,然后在任何测试前进时行同行检查。
细心工作是有回 的。当工程师觉得对自己开发的程序附有质量责任时,他就不会依赖于编译器或其他工具来发现缺陷。全面的代码复查要花费时间,但是他们节省出来的时间比花费的时间多得多,并能够生产出更好的产品。
4、缺陷预测
引入缺陷是人类的正常现象,所有的工程师都会引入缺陷。因此所有的工程师都应该了解自己引入缺陷的类型和数据。
在开发过程中,总是可再进行一轮测试或代码复查,决定是否这样做的唯一方法就是分析缺陷数据。通过分析历史数据,可以估计出程序中缺陷的个数。通过把当前项目的数据和估计数据相比较,就能大概知道正在开发的程序的质量情况。这样就能决定是否需要增加一些缺陷排除步骤。
缺陷率的预测。当开发一个新的程序时,可能会觉得很难估计你将引入多少缺陷,理由是缺陷的个数因程序的不同而不同。缺陷个数不稳定是有以下几个原因造成的。首先使经验问题,个人的技能是在不断提高的。开始编程序时,要面临着很多以前没有碰到过的问题。往往不能确定有些过程和函数是如何执行的,可能是语言的结构不清楚或者可能会遇到新的编译器或编程环境的问题。这些问题都会引起开发时间和缺陷路的波动。有了经验后,你将逐渐克服这些问题,犯的错误就减少了。这既减少缺陷的总数又减少缺陷数目的波动。缺陷的减少起初是由于经验的增加和对语言熟练程度的提高。经过这最初的提高后,就需要收集和分析缺陷数据来进一步改进了。
缺陷路波动的第二个原因是个体过程不稳定。当开始学习写程序时你也同时开始学习使用新的过程和方法。你的过程将随着实际的经验不断的发展,这就会引起完成不同程序任务的时间和引入缺陷的数据的波动。
最后,缺陷本身也是这种变化的原因,引入的缺陷越多,修复这些缺陷所花时间就越长。修复缺陷所花的时间越长,引入新的缺陷的几率也就会增加。因此缺陷的修改时间变动幅度很大。所以,很难对一个引入很多缺陷的过程进行预测。
随着开发过程的改进,过程会逐步稳定下来。这种稳定将提高缺陷预测的准确性。试验证明,如果在代码复查方面花了足够的时间,你的过程会迅速稳定下来。一旦你的过程相当稳定,缺陷也将容易预测。
根据对最近的程序跟踪每千行引入和排除的缺陷数,就可估计出在将来的程序中可能引入和排除的缺陷数。
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