Глава 11 1 страница

Метод анализа компромиссных архитектурных решений — комплексный подход к оценке архитектуры

(в соавторстве с Марком Кляйном)

06 услугах, которые нам оказывают другие люди, мы судим по тому, насколько существен­ными они кажутся им, а на действительную их ценность как-то не обращаем внимания.

Фридрих Нище

Настоящая глава представляет собой обзор метода анализа компромиссных архитектурных решений (Architecture Tradeoff Analysis Method, АТАМ) — комп­лексной универсальной методики оценки программной архитектуры. В соответ­ствии со своим названием этот метод обнаруживает степень реализации в архи­тектуре тех или иных задач по качеству, а также (исходя из допущения о том, что любое архитектурное решение влияет сразу на несколько задач по качеству) ме­ханизм их взаимодействия — другими словами, их взаимозаменяемость.

Оценить архитектуру крупной системы весьма не просто. Во-первых, чем боль­ше система, тем масштабнее ее архитектура и тем протяженнее промежуток вре­мени, за который о ней можно составить некое представление. Во-вторых, соглас­но Ницше (см. эпиграф) и архитектурно-экономическому циклу (Architecture Business Cycle, ABC), любая компьютерная система призвана решать коммерческие зада­чи; таким образом, и ходе оценки необходимо устанавливать связи между этими задачами и техническими решениями. Наконец, крупные системы, как правило, характеризуются многочисленностью заинтересованных лиц, а для того чтобы за ограниченный промежуток времени проанализировать их позиции, процесс оценки ш'обходпмо внимательно контролировать. Итак, из всего вышесказанного понят­

но, что основной проблемой в контексте оценки архитектуры является ограни­ченность по времени.

Основное назначение АТАМ состоит в том, чтобы выявить коммерческие за­дачи, поставленные в контексте разработки системы и проектирования архитек­туры. Вкупе с участием заинтересованных лиц это помогает специалистам по оценке сфокусироваться на тех элементах архитектуры, которые играют перво­степенную роль для реализации упомянутых задач.

В этой главе мы перечислим этапы АТАМ и рассмотрим их с функциональ­ной точки зрения. Для иллюстрации теоретического материала мы также приве­дем конкретный пример употребления АТАМ, основанный на нашем собствен­ном опыте.

11.1. Участники АТАМ

Ниже перечислены группы специалистов, участие и сотрудничество которых яв­ляется необходимым условием проведения процесса АТАМ.

1. Группа оценки. Специалисты из этой группы не должны участвовать в раз­работке оцениваемой архитектуры. Как правило, численность группы со­ставляет 3-5 человек. Каждому из них назначается ряд ролей, которые он должен исполнять в период оценки. (Описание этих ролей, а также жела­тельные характеристики каждой из них приводятся в табл. 11.1.) В некото­рых случаях группа оценки являет собой постоянное подразделение, регу­лярно проводящее действия по оценке вариантов архитектуры; в иных ситуациях ее участники подбираются из числа специалистов с серьезными знаниями в области архитектуры для выполнения конкретной задачи. Иногда группы оценки и разработки набираются из сотрудников одной компании, однако не исключается вариант заказа оценки у третьей сторо­ны. В любом случае это должны быть компетентные, объективные люди без предубеждений и корыстных целей.

2. Лица, ответственные за проект. Полномочия участников этой группы по­зволяют им выполнять для проекта представительские функции и прини­мать решения о внесении в него изменений. Как правило, в их число входят руководитель проекта, а также (при наличии такового) заказчик, финанси­рующий разработку. Кроме того, речь идет об архитекторе — ведь, согласно основному принципу оценки архитектуры, архитектор должен принимать в этом процессе самое деятельное участие. Наконец, одним из представите­лей проекта обычно является специалист, ответственный за проведение оценки; даже если ои не наделеи такими полномочиями, участие его в рас­сматриваемой группе обязательно.

3. Заинтересованные в архитектуре лица. Заинтересованным лицам, естествен­но, хочется, чтобы архитектура не отклонялась от проекта. Способность этих людей выполнять свои задачи напрямую зависит от того, в какой сте­пени архитектура реализует модифицируемость, безопасность, высокую надежность и прочие атрибуты качества. В число заинтересованных лиц входят разработчики, тестировщики, сборщики, специалисты по сопровож­дению, инженеры по эффективности, пользователи, конструкторы систем, взаимодействующих с рассматриваемой системой, и многие другие. В ходе оценки от них требуется сформулировать конкретные задачи по реализа­ции атрибутов качества, при выполнении которых систему можно будет признать удачной. Нормальным следует считать участие в процессе оцен­ки 12-15 заинтересованных лиц.

Таблица 11.1. Распределение ролей между участниками группы оценки[1] Роль Обязанности Предпочтительные характеристики Руководитель Планирует оценку; общается Организованность, группы с заказчиком и гарантирует управленческие способности,   выполнение его требований; утверждает навыки ведения переговоров   договор о проведении оценки; набирает с заказчиком, выполнение   специалистов в группуоценки; обязанностей в установленные   координирует составление и предоставление заказчикусводного отчета (обязанности по его составлению можно делегировать) сроки Руководитель Ответствен за проведение оценки; Способность выступать перед специалистов содействует выявлению сценариев; аудиторией; развитые навыки по оценке координирует отбор сценариев и их содействия; компетентность   классификацию согласно приоритетам; в вопросах архитектуры; опыт   содействует процессу оценки сценариев участия в оценке вариантов   в контекстеархитектуры; содействует архитектуры; способность   проведению местного анализа отличить беспредметные прения от дискуссии, потенциально ведущей к получению ценных выводов Секретарь В процессе выявления сценариев Хороший почерк; способность по сценариям пишет сценарии на лекционном сосредоточивать специалистов   плакате или белой доске; фиксирует на задаче формулирования идеи   согласованные формулировки (сценария); понимание   сценариев; не позволяет остальным технической терминологии   участникам углубляться в дискуссии и способность резюмировать   до получения точных формулировок соответствующие дискуссии Секретарь по Работая на портативном компьютере Крепкие навыки быстрого результатам или на рабочей станции, в электронной клавишного набора; способность   форме фиксирует результаты: оперативно восстанавливать   непроверенные сценарии, соображения, в памяти нужную информацию;   влияющие на их составление компетентность в архитектурных   (во многих случаях они не отражаются вопросах; навыки быстрого   в формулировкесамогосценария), усвоения технических проблем;   резолюции сценариев применительно отсутствие комплексов,   к архитектуре; в его обязанности также позволяющее(в подходящий   входит предоставление всем участникам момент) прервать дискуссию для   печатной версии списка всех принятых прояснения вопроса и фиксации   сценариев нужной информации

[1] Источник: приводится no изданию [Clcmcnts 02a] (адаптированная версия).

 

Роль	Обязанности	Предпочтительные характеристики
Хронометрист	Помогает руководителю специалистов по оценке придерживаться графика; ограничивает время, уделяемое на этапе оценки каждому из сценариев	Способность в нужный момент прерватьдискуссию и напомнить ее участникам о временных ограничениях
Наблюдатель	Вырабатывает способы усовершенство­	Внимательность при
за процессом	вания или видоизменения процесса оценки; в основном остается в тени, но изредка может высказывать руководителю разумные соображения относительно процесса оценки; отчитывается о проведенном процессе и формулирует предложения на будущее; крометого, обязандетально изложить участникам группы оценки сведения, относящиеся к накопленному ранее опыту	наблюдении; серьезная компетентность в вопросах оценки; опыт осуществления методики архитектурной оценки
Координатор	Помогает руководителю специалистов	Серьезные знания по части
процесса	по оценке соблюдать все этапы метода оценки	подробностей этапов метода; способность предоставления руководителю специалистов по оценке полезных консультаций
Дознаватель	Поднимает архитектурные вопросы, о которых не подумали заинтересованные лица	Серьезные знания в области архитектуры; понимание потребностей заинтересованных лиц; опыт работы с системами в сходных предметных областях; способность поднимать дискуссионные вопросы и добиваться их рассмотрения; хорошее знание оцениваемых атрибутов качества

 

11.2. Результаты проведения оценки по методу АТАМ

Минимальный набор результатов процесса оценки на основе АТАМ выглядит следующим образом.

♦ Компактная презептацггя архитектуры. Согласно распространенному мне­нию, документация архитектуры не может обойтись без объектной модели, списка интерфейсов и их сигнатур или какого-нибудь другого объемистого перечня. Одно из требований, предъявляемых к документации методом АТАМ, напротив, подразумевает возможность ее составления за один час; получившаяся в результате архитектурная презентация должна быть, та­ким образом, краткой и понятной (хотя как раз понятной она бывает не всегда).

♦ Формулировка коммерческих задач. Часто бывает так, что отдельные участ­ники группы разработчиков впервые узнают о коммерческих задачах имен­но из презентации АТАМ.

♦ Требования по качеству в форме совокупности сценариев. Коммерческие задачи подразумевают формулирование требовании по качеству Некото­рые из них фиксируются в форме сценариев.

♦ Отображение apxuтектурных решений на требования по качеству. Архи­тектурные решения можно интерпретировать исходя из тех атрибутов ка­чества, реализации которых они способствуют или препятствуют. Для каж­дого анализируемого по методу АТАМ сценария реализации атрибута качества определяются те архитектурные решения, которые помогают его реализовать.

♦ Ряд установленных точек чувствительности и компромиссов. Так называ­ются архитектурные решения, оказывающие заметное воздействие на один или несколько атрибутов качества. К примеру, решение о введении резерв­ной базы данных, очевидно, относится к числу архитектурных, — оказывая положительное воздействие на надежность, в отношении этого атрибута качества оно является точкой чувствительности. С другой стороны, на со­провождение резервной базы данных расходуются системные peqypcbi, а зна­чит, это решение отрицательно сказывается на производительности. Сле­довательно, оно одновременно является точкой компромисса между надежностью и производительностью. Признать его рискованным или, на­против, не связанным с рисками, можно только исходя из оценки стоимо­сти производительности в контексте предъявляемых к данной архитектуре требований по атрибутам качества.

♦ Набор рискованных и нерискованиыхрешепий. Согласно АТАМ, рискованное решение — это архитектурное решение, которое может привести к нежела­тельным последствиям, затрудняющим реализацию сформулированных требований по атрибутам качества. Нерискованным решением, соответствен­но, называется архитектурное решение, которое по результатам анализа признано безопасным. Установленные риски составляют основу плана смяг­чения архитектурных рисков.

♦ Набор магистраяьных рисков. После проведения анализа группа оценки должна проверить все установленные риски на наличие магистральных рисков, свидетельствующих о систематически встречающихся в архитекту­ре слабых местах, недостатках архитектурного процесса или некомпетентно­сти группы архитекторов. Если не разобраться с такого рода рисками, они способны поставить под сомнение реализацию коммерческих задач проекта.

На основе перечисленных результатов специалисты составляют окончатель­ный письменный отчет, в котором конспектируется сам метод, резюмируются сделанные выводы, фиксируются сценарии и материалы их анализа, системати­зируются полученные данные.

Есть также ряд вторичных результатов оценки. Презентации архитектуры за­частую создаются конкретно для проведения оценки и в этом случае но качеству превосходят все составленные ранее материалы. Такого рода дополнительная документация, переживая этап оценки, становится одной из составляющих на­следия проекта. Кроме того, сценарии, создаваемые участниками оценки, как выразители коммерческих задач и требований к архитектуре можно задейство­вать в качестве справочного руководства при развитии архитектуры. Наконец, результаты анализа, изложенные в сводном отчете, служат логическим обоснова­нием определенных архитектурных решений — как принятых, так и не приня­тых. Итак, вторичные результаты осязаемы и перечислимы.

Следует перечислить и неосязаемые результаты оценки на основе АТАМ. Сре­ди них — формирование в среде заинтересованных лиц чувства товарищества, открытие между ними и архитектором каналов взаимодействия, а также общее, распространяющееся на всех участников повышение компетентности в вопросах данной архитектуры, осознание ее преимуществ и недостатков. Не поддающиеся измерению, эти результаты не менее важиы, чем все остальные, а их воздействие зачастую оказывается наиболее продолжительным.

11.3. Этапы ATAM

Операции оценки по методу АТАМ распадаются на четыре этапа.

На нулевом этапе — «Установление партнерских отношений и подготовка» — руководители группы оценки проводят неофициальные совещания с основными ответственными за проект лицами и прорабатывают подробности предстоящей работы. Представители проекта посвящают специалистов по оценке в суть проекта, тем самым повышая квалификацию некоторых из них. Эти две группы принима­ют согласованные логистические решения: где и когда встречаться, кто предоста­вит лекционные плакаты и с кого пончики и кофе. Кроме того, они согласовыва­ют предварительный перечень заинтересованных лиц (перечисляя их не по именам, а по ролям) и устанавливают сроки и получателей сводного отчета. Они также организуют снабжение специалистов по оценке архитектурной документацией — если, конечно, таковая существует и может оказаться полезной. Наконец, руко­водитель группы оценки объясняет руководителю проекта и архитектору, какую информацию им следует предоставить на первом этапе, и при необходимости помогает им составить соответствующие презентации.

Таблица 11.2. Этапы АТАМ и их характеристики1 Этап Операции Участники Средняя продолжительность   Установление партнерских отношений и подготовка Руководство группы оценки и основные ответственные за проектлица Проходит в неформальной обстановке, согласно конкретной ситуации; можетдлиться несколько недель   Оценка Группа оценки и ответственные за проект лица 1 день с последующим перерывом продолжительностью от 2 до 3 недель   Оценка (продолжение) Группа оценки, ответственные за проект лица и заинтересованные лица 2 дня   Доработка Группа оценки и заказчик оценки 1 неделя

1 Источник: приводится по изданию [Clements 02a] (адаптированная всрсия).

 

На первом и втором этапах проводится непосредственно оценка — все погру­жены в аналитические операции. К началу этих этапов все участники группы оценки должны ознакомиться с документацией по архитектуре, получить доста­точное представление о системе, знать задействованные архитектурные методи­ки и ориентироваться в первостепенных атрибутах качества. На первом этапе, намереваясь приступить к сбору и анализу информации, участники группы оцен­ки встречаются с лицами, ответственными за проект (как правило, встреча длится весь день). На втором этапе к специалистам присоединяются заинтересованные в архитектуре лица, и в течение примерно двух дней они проводят аналитиче­ские мероприятия совместно. Первой и второй этапы подробно расписаны в сле­дующем разделе.

Третий этап занимает доработка — группа оценки составляет в письменном виде и предоставляет получателям сводный отчет. По сути, участники занимают­ся самопроверкой и вносят в результаты своей работы разного рода коррективы. Назаключительном совещании группы обсуждаются успехи и трудности. Участ­ники изучают отчеты, выданные им на первом и втором этапах, и заслушивают выступление наблюдателя за процессом. По сути, они занимаются поиском путей усовершенствования по части исполнения своих ролей, с тем чтобы проводить последующие оценки с меньшими усилиями и с более высокой эффективностью. Действия, выполненные в период оценки участниками трех групп, тщательно регистрируются. По прошествии нескольких месяцев руководитель группы дол­жен связаться с заказчиком оценки, для того чтобы оценить долгосрочные ре­зультаты ее проведения и сравнить издержки с выгодами.

Четыре этапа АТАМ, их участники и приблизительный график представлены в табл. 11.2.

Операции на различных этапах оценки

Аналитические этапы АТАМ (этап 1 и 2) состоят из девяти операций. Операции с первой по шестую проводятся на первом этапе. На втором этапе в присутствии всех заинтересованных лиц подводятся предварительные итоги и выполняются операции 7-9.

Аналитические операции, как правило, выполняются последовательно, в со­ответствии с установленным планом, однако для адаптации к доступным трудо­вым ресурсам или архитектурной информации возможно проведение динамических модификаций. Каждая оценка уникальна — иногда, если в том есть необходи­мость, группа на короткое время возвращается к предыдущим операциям, рань­ше времени переходит к последующим или выполняет операции повторно.

Операция 1: презентация АТАМ

В ходе первой операции руководитель специалистов по оценке организует для представителей проекта презентацию метода АТАМ. От него требуется растолко­вать всем участникам суть процесса, которому им придется следовать, ответить на все вопросы, а также определить контекст остальных операций и их ожида­емые результаты. Стандартная форма презентации позволяет руководителю кратко охарактеризовать все операции, предусмотренные в АТАМ, и поставленные пе­ред ними задачи.

 

Операция 2: презентация коммерческих факторов

Все участники оценки — как представители проекта, так и специалисты из груп­пы оценки — должны знать контекст системы, а также основные коммерческие факторы, стимулирующие ее разработку. Ответственное за проект лицо (в идеа­ле — руководитель проекта или заказчик системы) обязано представить обзор системы с коммерческой точки зрения. В числе прочего в составе этой презента­ции должны содержаться описания:

♦ важнейших функций системы;

♦ всех значимых технических, управленческих, экономических или полити­ческих ограничений;

♦ коммерческих задач и коммерческого контекста в его отношении к проекту;

♦ основных заинтересованных лиц;

♦ архитектурных мотивов (иначе говоря, основных задач но реализации ат­рибутов качества, оказывающих на архитектуру определяющее воздействие).

Операция 3: презентация архитектуры

На этом этапе главный архитектор (или группа архитекторов) организует пре­зентацию архитектуры на адекватном ситуации уровне детализации. «Адекват­ность» детализации обусловливается несколькими факторами: степенью разра­ботанности проекта и документации архитектуры, временными ограничениями, а также характером требований к поведению и качеству.

В ходе презентации архитектор должен изложить технические ограничения — в частности, назвать операционную систему, аппаратное и промежуточное про­граммное обеспечение, а также другие системы, с которыми будет взаимодейство­вать рассматриваемая система. Что самое главное, от архитектора требуется опи­сать архитектурные методики (или образцы, если архитектор свободно владеет соответствующим словарем), применяемые для реализации требований.

Максимально эффективное использование отведенного на презентацию вре­мени обеспечивает высокий коэффициент «сигнал-помеха». Другими словами, не переходя к обсуждению вспомогательных областей и уклоняясь от детального рассмотрения отдельных аспектов, архитектор должен донести до слушателей суть архитектуры. Таким образом, нелишне заблаговременно рассказать архитек­тору, какую именно информацию от него ожидают получить участники группы оценки. При подготовке презентации применяются специальные шаблоны напо­добие показанного в листинге 11.1. Некоторым архитекторам трудно обойтись без «генеральной репетиции» презентации, которая также считается одной из операций первого этапа.

Листинг 11.1. Пример шаблона презентации архитектуры^[2] Презентация архитектуры (-20 слайдов; 60 минут).

Важнейшие архитектурные требования, связанные с ними измеряемые величины и все существующие стандарты/модели/методики, направленные на их удовлетворение (2-3 слайда).'

 

Значимые сведения об архитектуре (4-8 слайдов):

Контекстная диаграмма, демонстрирующая систему в том контексте, в котором она должна будет существовать. Люди и другие системы, которые будут с ней взаимодействовать.

Модульное или многоуровневое представление — модули (возможно, подсистемы или уровни), описывающие декомпозицию функциональности в системе, а также содержащиеся в них объекты, процедуры и функции и отношение между последними (например, вызовы процедур и методов, обратные вызовы, включение).

- Представление «компонент и соединитель» - процессы и потоки вместе с тем, что их соединяет: синхронизацией, потоками данных и событиями.

Представление размещения — процессоры, память, внешние устройства/ датчики, а также соединяющие их сети и устройства связи. Здесь же должны быть показаны процессы, исполняющиеся на разных процессорах.

Применяемые архитектурные методики, образцы и тактики с указанием атрибутов качества, на реализацию которых они направлены, и описанием механизмов этой реализации (3-6 слайдов).

- Применение коммерческих коробочных продуктов (COTS) вместе с описанием

механизмов их отбора/интеграции (1-2 слайда).

- Кальки 1-3 наиболее важных сценариев Use Case. По возможности следует

указывать потребление ресурсов периода прогона каждым из сценариев (1-3 слайда).

- Кальки 1-3 наиболее важных сценариев изменений. По возможности следует приводить описания воздействия изменений (расчетный диапазон/трудность проведения изменений) применительно к модифицируемым модулям или интерфейсам (1-3 слайда).

- Архитектурные проблемы/риски, связанные с удовлетворением важнейших архитектурных требований (2-3 слайда).

- Глоссарий (1 слайд).

По приведенному шаблону презентации видно, что основным инструментом изложения архитектуры являются архитектурные представления (см. главу 2). 'За редкими исключениями, в ходе проведения оценки весьма полезными оказы­ваются контекстные диаграммы, «компонент и соединитель», представления декомпозиции уровней и размещения, а также многоуровневые представления; соответственно, архитектор должен быть готов продемонстрировать их. Если зна­чимая в контексте рассматриваемой архитектуры информация, в особенности относящаяся к выполнению важнейших задач по реализации атрибутов качества, содержится в каких-то других представлениях, их также следует упомянуть. В общем, архитектору рекомендуется оперировать теми представлениями, кото­рые в процессе создания архитектуры показались ему наиболее важными.

Во время презентации участники группы оценки могут попросить архитекто­ра прояснить какие-то непонятные моменты; при этом они исходят из знаний, полученных в результате проводимого на нулевом этапе анализа архитектурной документации, и изучения в ходе предшествующей операции коммерческих фак­торов. Кроме того, они ожидают получить и зафиксировать сведения о применя­емых архитектурных тактиках и образцах.

Операция 4: выявление архитектурных методик

Согласно АТАМ, необходимым условием анализа архитектуры является компе­тентность в вопросах задействованных в ней архитектурных методик. На мате­риале главы 5 мы выяснили, что архитектурные образцы, помимо прочего, вы-

годно отличаются тем, что их воздействие на различные атрибуты качества хорошо изучено. Так, многоуровневый образец повышает переносимость системы, при­чем иногда — за счет снижения производительности. Образец репозитария дан­ных, как правило, отличается масштабируемостью по части количества произво­дителей и потребителей данных. И так далее.

В рассматриваемый момент у всех участников группы уже должно сложиться четкое представление об образцах и методиках, задействованных архитектором при проектировании системы. Для этого есть все предпосылки — ведь они озна­комились с архитектурной документацией, а в ходе третьей операции прослуша­ли проведенную архитектором презентацию. На том же этапе архитектор должен явно, по именам перечислить использованные образцы и методики, а от участников группы требуется умение распознавать те из них, которые архитектор не упомянул.

В период проведения настоящей операции задача группы оценки заключается в том, чтобы каталогизировать очевидные образцы и методики. Обязанность по составлению (при участии специалистов) соответствующего списка, а также по его последующему распространению возлагается на секретаря. В дальнейшем этот список становится основой для проведения анализа.

Операция 5: генерация дерева полезности атрибутов качества

В зависимости от того, способна ли архитектура реализовать в системе те или иные атрибуты качества, она признается пригодной или непригодной для конст­руирования этой самой системы. Архитектура, в которой достигается высочай­шая производительность, никоим образом не сочетается с системой, в которой приоритет отдается, скажем, безопасности. В ходе операции 2, попутно с изложе­нием коммерческих факторов, должны быть представлены задачи по реализации атрибутов качества, важнейшие в контексте данного варианта архитектуры; впро­чем, их детализация на этом этапе не позволяет выполнять действия аналити­ческого характера. Общие задачи наподобие «модифицируемости», «высокой пропускной способности» или «возможности перенесения на разные маши­ны» обозначают контекст и направление, формируют основу для изложения по­следующей информации. С другой стороны, они не настолько конкретны, чтобы на их основе можно было делать выводы о пригодности архитектуры. О какой модифицируемости идет речь? Насколько высокой должна быть пропускная спо­собность? На какие конкретно машины предполагается переносить систему?

Настоящая операция предполагает детальную фиксацию задач по реализации атрибутов качества; для достижения этой цели применяется механизм под назва­нием «дерево полезности». Участники группы оценки совместно с ответственны­ми за проект лицами устанавливают наиболее важные для системы задачи по реализации атрибутов качества, расставляют их согласно приоритетам, уточняют и выражают в виде сценариев. Дерево полезности способствует конкретизации требований по качеству и тем самым склоняет архитектора и представителей за­казчика к их точному формулированию.

Корневым узлом дерева полезности является собственно полезность (utility), выражающая общую «добротность» системы. Атрибуты качества как компонен­ты полезности располагаются на втором уровне. Тс из них, которые обозначены в презентации коммерческих факторов во время второй операции, составляют