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協(xié)作開發(fā)中的質(zhì)量保證技術(shù)——并行版本控制、每日構(gòu)建和交付工程
協(xié)作開發(fā)中的質(zhì)量保證技術(shù)——并行版本控制、每日構(gòu)建和交付工程
原創(chuàng):司徒彥南 2003年10月29日

目錄

  • 摘要
  • 問題的提出
  • 并行版本控制——多人協(xié)作開發(fā)的有效保障
  • 代碼提交和同步
  • 編碼過程中的溝通紐帶——commit mail
  • 日常測試——每日構(gòu)建
  • 有效的版本控制——代碼分支、版本標(biāo)記
  • 特性凍結(jié)與代碼凍結(jié)
  • 交付工程
  • 總結(jié)
  • 參考文獻(xiàn)
  • 作者簡介
  • 摘要

    本文以cvs為例,介紹了軟件工程中,編碼過程中對于版本控制的運(yùn)用的一些技巧。在最后部分,還介紹了軟件工程最后的“交付工程”。

    問題的提出

    編碼過程是軟件工程的重要一環(huán)。這一部分工作的好壞直接關(guān)系到軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。高效率的多人協(xié)作開發(fā),依賴于團(tuán)隊(duì)精神、設(shè)計(jì)師對于軟件架構(gòu)的整體把握、好的并行版本控制技術(shù),以及制度化的每日構(gòu)建和最后階段的交付工程。

    今年六月,我有幸在一家開發(fā)安全軟件的公司觀摩了他們的每日構(gòu)建和交付工程中的活動(dòng)。他們對于并行版本控制、每日構(gòu)建技術(shù)熟練而深入的應(yīng)用給我留下了非常深刻的印象。在此,我愿與讀者一同分享我自己的學(xué)習(xí)體會(huì),這其中的某些部分得益于在那家公司的實(shí)地觀摩,另一些則來自于我自己參加的實(shí)際軟件工程項(xiàng)目的體會(huì)。

    毫無疑問地,一個(gè)軟件工程項(xiàng)目最有價(jià)值的部分還是在它的設(shè)計(jì)階段。良好的設(shè)計(jì)能夠讓實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)變得更有效率,從而極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;而好的編碼規(guī)范,則是協(xié)同開發(fā)的重要基石。限于篇幅,對于前述兩項(xiàng)內(nèi)容本文將不會(huì)過多設(shè)計(jì),我將著重介紹軟件工程中編碼與測試環(huán)節(jié)的一些經(jīng)驗(yàn),這些經(jīng)驗(yàn)對于已經(jīng)擁有優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)師和編程、測試人員,而苦于由于連調(diào)、最終測試導(dǎo)致發(fā)布頻頻延期的開發(fā)團(tuán)隊(duì)來說是非常有益的。

    并行版本控制——多人協(xié)作開發(fā)的有效保障

    設(shè)想一個(gè)有4名編程人員的小型開發(fā)團(tuán)隊(duì)(以下簡稱“TJRP開發(fā)組”),Tom、Jason、Robert和Pat分別負(fù)責(zé)4個(gè)模塊,按照傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式,開發(fā)將經(jīng)歷編程-連調(diào)-測試-發(fā)布4個(gè)階段。

    如果最初的設(shè)計(jì)正確,并且,四個(gè)開發(fā)人員都是Guru級(jí)的程序員而且配合默契,那么這個(gè)模式將會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。然而遺憾的是,Pat剛剛參加工作不久,對于設(shè)計(jì)師撰寫的設(shè)計(jì)文檔的理解不夠透徹,而Robert則自作主張地對設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些修正,更糟糕的是,項(xiàng)目組會(huì)議的時(shí)候,這些問題沒有及時(shí)地被暴露出來,導(dǎo)致Pat和Robert代碼在設(shè)計(jì)上的“分歧”越來越大。結(jié)果,進(jìn)入連調(diào)的階段,Pat和Robert發(fā)生了激烈的爭執(zhí),在吵得不可開交之后,項(xiàng)目經(jīng)理終于讓4個(gè)人坐到了一起來解決問題,最后,連調(diào)階段整整多花了一倍的時(shí)間。

    但倒霉的事情還沒有結(jié)束。Jason在測試中發(fā)現(xiàn),原本正常的代碼的行為被改變了,并且,他驚訝地發(fā)現(xiàn)代碼被某個(gè)“別人”改過,在翻箱倒柜地找出某份正常版本的副本之后,他又發(fā)現(xiàn),“別人”修改中的某些地方是必要的。代碼合并和重新測試使得測試階段足足花掉了原先預(yù)想3倍的時(shí)間。

    可憐的Tom運(yùn)氣更差,作為主要的代碼復(fù)審人員,他不得不閱讀所有的代碼。Robert和Pat的爭吵導(dǎo)致了大量的代碼變動(dòng),他不得不重新審核代碼,而Jason的代碼合并引發(fā)的新問題又讓他不得不分神去幫助Jason進(jìn)行調(diào)整。

    最后的結(jié)果是,軟件開發(fā)的成本是預(yù)期的2.4倍,發(fā)布時(shí)間也拖后了不少。我并不是在開玩笑,上面所講的是一個(gè)發(fā)生在那家安全軟件公司的真實(shí)故事。他們的技術(shù)經(jīng)理介紹,在施行了規(guī)范的開發(fā)制度,以及啟用并行版本控制系統(tǒng)之后,他們認(rèn)為開發(fā)達(dá)到了一個(gè)全新的水平。并行版本控制系統(tǒng)本身并沒有產(chǎn)生任何代碼,但由于使用這樣的系統(tǒng),開發(fā)的效率被大大地提高了。

    所謂版本控制其實(shí)并不是什么復(fù)雜的概念。對于開發(fā)活動(dòng)的絕大多數(shù)參與者來說,版本控制系統(tǒng)在某種意義上能夠幫助他們做好開發(fā)過程中的記錄工作,并且,通過保存文件在不同時(shí)期的版本,交付工程師和代碼復(fù)審員能夠很容易地縮小搜索問題代碼的范圍,而程序員則可以通過這樣的系統(tǒng)更好地并行協(xié)作。一般來說,源代碼的版本控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下一些最基本的功能:

    • 保存任意一個(gè)源代碼文件的不同版本
    • 記錄修改者、修改原因
    • 當(dāng)兩個(gè)用戶同時(shí)修改一個(gè)文件時(shí),盡可能地自動(dòng)合并修改;在不能合并時(shí),給出提示
    • 比較不同版本之間,或與本地副本之間的差異
    • 獲取最新版本的全部源代碼供測試,并允許回退到所保存的源代碼的任意版本
    • 創(chuàng)建代碼分支,便于軟件發(fā)布和后期維護(hù)(后面將會(huì)提到);新的代碼可以合并到這些分支中。
    • 對不同的源代碼給出標(biāo)記,方便日后審查
    • 訪問控制:阻止未經(jīng)授權(quán)的修改和查閱

    我們知道,技術(shù)不是解決一切問題的靈丹妙藥,但是誰也不會(huì)否認(rèn)大規(guī)模的機(jī)械化生產(chǎn)的效率高于人拉肩扛的手工業(yè)作坊,一旦運(yùn)用得當(dāng),技術(shù)將極大地改善我們的工作和生活。我們可以看到,上面的功能有效地解決了TJRP開發(fā)組所面臨的絕大部分問題,例如:

    • 由于能夠同時(shí)修改代碼,并獲取對方的修改,Pat和Robert能夠有效地、盡早地進(jìn)行溝通
    • 促進(jìn)開發(fā)者之間的交流,每一個(gè)修改都必須給出原因,并記錄提交者
    • 測試和連調(diào)可以盡早開始,避免模塊之間的不兼容在最后階段被暴露出來而阻礙發(fā)布
    • 不同開發(fā)者的修改能夠及時(shí)合并,并避免由于版本不一致導(dǎo)致的沖突
    • 代碼復(fù)審可以針對某一代碼分支進(jìn)行,從而,允許一些開發(fā)者持續(xù)地開發(fā)下一個(gè)版本,而穩(wěn)定的代碼則可以交付給用戶

    更進(jìn)一步,以管理者的角度,還有了一些額外的好處,如:

    • 每日構(gòu)建和測試能夠讓項(xiàng)目經(jīng)理更好地把握工程的進(jìn)度
    • 誰作了多少工作,誰工作的更出色,可以在版本控制系統(tǒng)中清晰地體現(xiàn)
    • 分工明確,通過訪問控制,可以避免不了解整個(gè)代碼體系的開發(fā)人員偶然的錯(cuò)誤修改導(dǎo)致的全盤崩潰
    • 更重要地,版本控制系統(tǒng)中將保持大量的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),這對于一個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)來說是一筆無價(jià)的財(cái)富

    我們可以看到,上述改進(jìn)集中地體現(xiàn)了一個(gè)重要的思想,即:

    及時(shí)溝通以預(yù)防問題的出現(xiàn);盡早發(fā)現(xiàn)、盡早解決問題;明確獎(jiǎng)懲制度,激發(fā)開發(fā)人員的積極性。

    下面我們將以非常常見的版本控制系統(tǒng)——cvs[1]為例,介紹并行版本系統(tǒng)一些基本的使用原理。

    代碼提交和同步——從update和commit說起

    每當(dāng)我們開始一個(gè)新的修改之前,首先要做的是從代碼庫中提取出一份最新的副本(通過update操作完成);在本地修改、粗調(diào)之后,則應(yīng)盡快將代碼提交回代碼庫(通過commit操作完成)。

    基本的update和commit操作流程如下圖所示:


    圖1. cvs update和commit

    這兩項(xiàng)操作也解決了日常開發(fā)大約80%的問題。絕大多數(shù)情況下,這部分的工作是相當(dāng)簡單的,除非出現(xiàn)兩個(gè)開發(fā)者同時(shí)修改同一個(gè)文件的情況,例如,兩個(gè)開發(fā)者同時(shí)地修改了同一個(gè)文件的同一個(gè)版本,這種情形稱為沖突:

    圖2. cvs并行開發(fā)中的沖突

    可能開發(fā)者B的動(dòng)作比較快,或者,修改的東西比較簡單,于是他首先提交。在A、B從代碼庫中提取代碼時(shí),最新版本是1.1,于是,B提交的版本被版本控制系統(tǒng)命名為1.2。

    但不久,A想要提交代碼,版本控制系統(tǒng)將拒絕他的提交,因?yàn)樗男薷幕诖a的1.1版,而目前的最新版本已經(jīng)是1.2了。cvs提供了自動(dòng)合并功能,允許在兩個(gè)人修改的不是同一行代碼的前提下,自動(dòng)合并本地修改和最新的代碼,當(dāng)然,如果趕上兩個(gè)人同時(shí)修改同一行代碼的情況,cvs也會(huì)非常“聰明”地把兩個(gè)“英雄所見略同”的地方合并。

    但如果兩個(gè)人恰好都修改了同一行代碼,而且改的不一樣怎么辦?cvs會(huì)告訴后一個(gè)提交的開發(fā)者發(fā)生了這樣的情況,并且要求他解決問題。代碼中存在的差異將以<<<和>>>標(biāo)記出來,以方便進(jìn)行修改。

    簡單說來,當(dāng)發(fā)生沖突時(shí),我們通常約定由后一個(gè)提交者解決沖突——當(dāng)然,他可以選擇忽略這些沖突,但這些操作都會(huì)被記錄,更何況,統(tǒng)計(jì)顯示,同時(shí)將一行代碼修改為兩種不同的樣子這樣的情況在實(shí)際開發(fā)中很少出現(xiàn)。于是,修改流程繼續(xù),如下圖:

    圖3. 開發(fā)者A解決沖突,并提交

    極端情況下,可能出現(xiàn)多個(gè)開發(fā)者同時(shí)修改同一個(gè)文件的問題。這一問題基本上可以按照上述的方法解決。當(dāng)然,為了避免發(fā)生這樣的情形,在設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該讓每個(gè)人工作的代碼盡可能地不重疊。

    下面是非常基本的cvs update/commit操作規(guī)范:


    簡單的cvs操作約定

    • 修改文件之前首先update。這意味著修改時(shí)的版本盡可能新,一旦發(fā)生沖突,解決它的工作量會(huì)比較小。
    • 及時(shí)commit。本地代碼與代碼庫中的代碼差異越小,別人合并的難度也就越小(他們有比較大的概率能夠拿到新的版本)
    • 將不同的功能單元修改分開commit。一方面,這樣做能夠盡早地commit,減少別人合并的難度;另一方面,由于cvs提供了回退到先前版本的能力,一旦由于某項(xiàng)功能修改造成問題,也很容易將那次修改的內(nèi)容,而不是整個(gè)修改回退到正常的代碼。
    • 同一功能涉及的所有代碼一次commit。不希望將涉及同一功能修改的代碼分開commit,因?yàn)檫@會(huì)給日后的追蹤帶來麻煩。
    • 先調(diào)試后提交。這將減少別人不會(huì)因?yàn)橥搅酥虚g結(jié)果引發(fā)問題,甚至發(fā)生提交沖突的可能。
    • 寫清commit log(提交日志)。cvs中允許保存commit log,在這里可以寫為什么進(jìn)行代碼的修改,以及進(jìn)行了什么樣的修改,清楚的commit log能夠幫助其他開發(fā)者在不仔細(xì)閱讀代碼的情況下了解修改的內(nèi)容,從而極大地提高開發(fā)效率;另一方面,這些日志對于開發(fā)者自己,以及整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì),都是非常寶貴的財(cái)富。

    同步代碼(update)和提交代碼(commit)占到了cvs日常操作的80%以上。從上面的介紹我們可以看出,僅僅依靠這兩項(xiàng)非常簡單的功能,cvs就能極大地改善開發(fā)流程,并提高軟件工程的可控性。簡單地說:

    • 全體開發(fā)者使用同一個(gè)中央代碼庫,從而消除了由于來回復(fù)制文件導(dǎo)致的不一致。
    • 發(fā)生沖突時(shí),后提交的開發(fā)者必須解決它。這名開發(fā)者能夠知道是誰引入了沖突,他可以自己解決沖突,也可以與引入沖突的開發(fā)者商量如何解決沖突。
    • 測試可以貫穿編碼過程的始終,任何時(shí)候引入的新問題都能夠被及時(shí)追蹤、快速定位,從而更有效地解決。
    • 由于存在中央代碼庫,代碼審核人員和每日構(gòu)建人員能夠及時(shí)地了解代碼是否存在問題,并幫助項(xiàng)目經(jīng)理保證開發(fā)進(jìn)度。
    • 有助于幫助開發(fā)人員養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁?xí)慣——規(guī)則要求他們將盡可能地提交正確的代碼,并且每個(gè)修改必須寫commit log進(jìn)行說明。
    • 有助于建立更公平的工作質(zhì)量評估機(jī)制。 cvs能夠記錄每個(gè)人完成的實(shí)際工作量,包括他們因?yàn)樾拚龁栴}等等所作的勞動(dòng),以及他們完成代碼的質(zhì)量情況。這樣,管理者能夠?yàn)閮?yōu)秀的開發(fā)人員提供更好的工作機(jī)會(huì)、報(bào)酬,等等,這對于鼓舞整個(gè)團(tuán)隊(duì)的士氣、提高開發(fā)人員的工作積極性都是非常有益的。
    • 促進(jìn)開發(fā)人員之間的交流。盡管cvs本身無法代替交流,但commit log,以及cvs系統(tǒng)獲取任意版本之間差異的能力,能夠幫助開發(fā)人員了解對方的想法,并促進(jìn)他們共同提高。
    • 降低程序開發(fā)人員的門檻。由于提供了許多非常方便的協(xié)同開發(fā)手段, 使用cvs能夠減少協(xié)同開發(fā)所需要的磨合期,同時(shí),不同層次的開發(fā)者之間由于能夠進(jìn)行經(jīng)常性的溝通,從而把編碼過程從技能型工作向熟練性工作又推進(jìn)了一步。這意味著高層次的開發(fā)人員能夠去進(jìn)行更能發(fā)揮他們特長的工作,而新手則可以很快地融入到日常的開發(fā)活動(dòng)中來,從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低開發(fā)成本。

    編碼過程中的溝通紐帶——commit mail

    cvs是一項(xiàng)開放性很強(qiáng)的工具,它可以被非常容易地訂制。一般來說,cvs服務(wù)器會(huì)架設(shè)在一臺(tái)Unix主機(jī)上(我們推薦使用FreeBSD),通過使用腳本語言(例如,Perl),cvs能夠完成一些額外的功能。

    commit mail是commit log在郵件系統(tǒng)上的延伸。下面是一封典型的commit mail,它來自FreeBSD開發(fā)團(tuán)隊(duì):

    phk 2003/10/21 23:32:20 PDT

      FreeBSD src repository

      Modified files:
        sys/geom geom_io.c
      Log:
        Forgotten commit: If a provider has zero sectorsize, it is an
        indication of lack of media.

        Tripped up: peter

      Revision Changes Path
      1.50     +3 -6   src/sys/geom/geom_io.c

    我們看到,上面的這封commit mail中提到了開發(fā)者(phk)、提交時(shí)間(太平洋時(shí)間2003年10月21日23:32:20)、涉及的代碼庫名字(FreeBSD src repository)、修改過的文件(sys/geom的geom_io.c)以及commit log。最后,commit log還提到了提交后文件的最新版本(1.50),修改規(guī)模(+3 -6)以及代碼的實(shí)際路徑。

    實(shí)現(xiàn)上面的功能并不復(fù)雜,實(shí)際上,您只需要下載一套經(jīng)過定制的FreeBSD cvs代碼庫(壓縮包不超過40KB),并作少量的調(diào)整,就能夠直接使用這些功能(我們將在不久以后發(fā)布這些內(nèi)容)。進(jìn)行這些訂制甚至不需要基本的Perl和C/C++常識(shí)就能夠完成——當(dāng)然,我想這樣的常識(shí)對于軟件開發(fā)人員來說,并不算是很高的要求。

    commit mail可以通過郵件列表發(fā)給全體開發(fā)者。許多大的軟件公司,以及開放源代碼團(tuán)體,都采用這樣的方式來協(xié)調(diào)開發(fā)活動(dòng)。

    日常測試——堅(jiān)持每日構(gòu)建

    傳統(tǒng)的軟件工程中,測試發(fā)生在連調(diào)之后。這么做的理論依據(jù)是,測試依賴于一份一致的、至少能夠正常編譯并啟動(dòng)的代碼。而這個(gè)條件在連調(diào)之前是無法滿足的。

    然而在有了版本控制系統(tǒng)(如, cvs)之后,連調(diào)變成了開發(fā)中的日常行為。代碼幾乎在每一時(shí)刻都處于高度的一致狀態(tài),甚至在許多時(shí)候,代碼會(huì)處于可用狀態(tài),從而為測試創(chuàng)造非常有利的條件。

    許多大型開發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)使用一臺(tái)甚至多臺(tái)被稱作TinderBox的機(jī)器來完成每日構(gòu)建和測試。簡單的每日構(gòu)建流程如下:

    • 測試工程師,或代碼復(fù)審員從代碼庫中提取一份代碼的快照
    • 相關(guān)人員在TinderBox上進(jìn)行編譯
    • 編譯的任何錯(cuò)誤被追蹤,測試工程師或代碼復(fù)審員將回退代碼到上一次能夠成功編譯的點(diǎn),并與此后進(jìn)行代碼提交的其他開發(fā)者進(jìn)行聯(lián)系,解決問題
    • 測試工程師對于代碼進(jìn)行測試

    其中,第一、二步是可以通過腳本定時(shí)、自動(dòng)完成的,不需要人工干預(yù)。第三步中的編譯錯(cuò)誤在軟件開發(fā)中偶爾會(huì)發(fā)生(這可能來自于沖突合并時(shí)引發(fā)的問題,但由于開發(fā)人員的本地測試,這種文體不會(huì)是經(jīng)常性的),習(xí)慣上,這些錯(cuò)誤會(huì)由代碼復(fù)審員去追蹤和處理,并交給相關(guān)的開發(fā)人員解決。

    測試工程師可以將編譯好的版本交付給一個(gè)測試組,甚至用戶去進(jìn)行測試。測試工程師可能隨時(shí)發(fā)布軟件的“快照”版本。

    實(shí)際上在許多大公司中,每日構(gòu)建是非常“家常便飯”的事情。我們看到的Internet Explorer版本,如6.0.2600或者類似6.0 Build 2600中的2600的意思就是這份代碼之前已經(jīng)經(jīng)歷了2600次每日構(gòu)建操作(當(dāng)然,中間肯定進(jìn)行過不少修改,而且,也不排除這個(gè)2600是故意湊整得到的,但總之,他們進(jìn)行了相當(dāng)多的日常構(gòu)建工作)。

    在軟件開發(fā)的后期,由于發(fā)布的迫在眉睫,每日構(gòu)建很可能會(huì)演化為持續(xù)構(gòu)建,即,每次commit觸發(fā)一次構(gòu)建操作。所有問題立即得到反饋。

    為了支持每日構(gòu)建或持續(xù)構(gòu)建,比較理想的方法是采用Makefile完成構(gòu)建操作。對于Unix系統(tǒng),make工具通常是pmake(BSD Make)或gmake(GNU Make);對于Visual C++,則是nmake。大的開發(fā)團(tuán)體通常使用一組腳本來完成所有的make操作,而對于中小型項(xiàng)目,手工地使用類似VC++這樣的IDE本身的構(gòu)建功能也是可以接受的。

    基本的每日構(gòu)建規(guī)范如下:


    基本的每日構(gòu)建和測試注意事項(xiàng)

    • 避免在存在開發(fā)人員大規(guī)模地進(jìn)行commit時(shí)提取快照。此時(shí)提取的中間結(jié)果很可能有問題,并導(dǎo)致每日構(gòu)建從頭做起。通常,測試工程師和代碼復(fù)審員在多數(shù)開發(fā)人員下班的時(shí)候開始每日構(gòu)建,因此,每日構(gòu)建有時(shí)也被稱作每晚構(gòu)建(Nightly Build)。
    • 標(biāo)記(tag)每日構(gòu)建中能夠正確編譯的版本。這將減少第二天每日構(gòu)建中的麻煩。
    • 及時(shí)通知造成問題的開發(fā)人員,即,所涉及代碼的提交者。某些公司甚至要求員工開著手機(jī)和尋呼機(jī),以保證工期。

    作為commit mail的有效補(bǔ)充,許多項(xiàng)目開發(fā)組會(huì)建立郵件列表來傳遞一些相關(guān)的信息。測試日報(bào)通常會(huì)發(fā)給整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的參加人員,此外,保留一個(gè)出現(xiàn)過的問題記錄,對于測試環(huán)節(jié)也會(huì)有相當(dāng)大的好處——這些問題在隨后被反復(fù)測試,以保證最終的RELEASE不出現(xiàn)這些問題。

    每日構(gòu)建并不是可有可無的工作,作為日常測試的重要手段,每日構(gòu)建能夠有效地幫助管理者了解工程進(jìn)度,幫助開發(fā)者盡早發(fā)現(xiàn)問題,同時(shí),也會(huì)促進(jìn)開發(fā)組中的交流。

    有效的版本控制——版本標(biāo)記、代碼分支

    三個(gè)文件的“最新版本”分別是1.5, 1.3, 1.4,但最新版本不一定是我們需要的。在這種情況下,版本控制系統(tǒng)提供了一個(gè)非常重要的機(jī)制——版本標(biāo)記。例如,我們目前已經(jīng)確認(rèn)三個(gè)文件的1.4, 1.3, 1.4組合在一起能夠正常運(yùn)行,于是我們在三個(gè)文件的這些版本上標(biāo)注標(biāo)記TAG_1,如下圖:

    圖4. TAG_1標(biāo)記被打到三個(gè)文件的不同版本上

    需要說明的是,標(biāo)記是可以被移動(dòng)的。這意味著一旦發(fā)現(xiàn)標(biāo)記打錯(cuò)了,可以把標(biāo)記移動(dòng)到別的位置。但在實(shí)踐中,標(biāo)記往往同另一個(gè)非常重要的版本控制機(jī)制——代碼分支一起使用。在詳細(xì)討論標(biāo)記(tag)的重要意義之前,我們先來看看代碼分支時(shí)什么:

    圖5. 比較復(fù)雜的情形,一個(gè)正在開
    發(fā)的項(xiàng)目中的某個(gè)文件,已經(jīng)完成了
    2.0和2.1的發(fā)布; 其中,BP是指劃分
    分支的切分點(diǎn)(Branchpoint)

    所謂代碼分支是版本控制中的一個(gè)非常關(guān)鍵的概念。當(dāng)開發(fā)到某個(gè)階段的時(shí)候,可以交付一個(gè)版本,而主要的開發(fā)者則把精力投入到最新版本的開發(fā)中。第一個(gè)交付分支(2.0)中的一些問題,以及引入的新功能隨后在RELENG_2分支中被修正,公司決定發(fā)布2.1版本;此后,2.x中的問題繼續(xù)在RELENG_2中被修正,而一些安全更新,則被合并到2.1-RELEASE中(RELENG_2_1)。

    圖5展示的是一個(gè)文件上的版本分支。實(shí)際的軟件工程項(xiàng)目的源代碼會(huì)由大量文件組成,盡管在本質(zhì)上分支是針對每一個(gè)文件說的,但在被標(biāo)注了同一分支名稱的文件,就像版本標(biāo)記一樣,能夠表達(dá)一組特定版本文件的集合。

    cvs的版本分支功能有一個(gè)很大的缺陷,即,大量文件的切分點(diǎn)(Branchpoint, 即某一個(gè)分支最初的版本號(hào))在cvs中很難被指定(cvs支持按某一分支、某一特定時(shí)間、某一特定版本來提取文件,但通常不同的文件的版本號(hào)并不統(tǒng)一,特別是在大型項(xiàng)目中,肯定有某些文件因?yàn)楸惶峤坏拇螖?shù)很多,而版本號(hào)很“高”的情況)。為了消除這個(gè)缺陷,在實(shí)踐上,我們采用版本標(biāo)記與分支結(jié)合的方法,即,在劃分新的分支之后,在這一分支的這些文件的版本上增加一個(gè)版本標(biāo)記。

    例如:對于軟件的2.0版,在劃分時(shí),將切分出RELENG_2(2.x),RELENG_2_0(2.0)兩個(gè)分支,而這時(shí)的文件的版本,同時(shí)被打上一個(gè)RELENG_2_0_0_BP的標(biāo)記。這樣一來,在以后比較版本時(shí),我們可以使用RELENG_2_0_0_BP來指定這個(gè)版本。當(dāng)不同的分支又增加了許多修改之后,這個(gè)標(biāo)記將極大地減輕代碼復(fù)審員的工作量。

    注意,代碼分支并不僅限于版本上的用法。事實(shí)上,基于同一代碼基礎(chǔ)的多個(gè)不同的軟件也可以采用代碼分支的方法進(jìn)行開發(fā)。而最終,這些代碼還可以合并為一個(gè)。

    您可能已經(jīng)注意到最左邊的一組版本序列:1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5. 1.6。在cvs中,這一序列被稱為“主分支(MAIN Branch)”。盡管并非必須,但習(xí)慣上,主分支通常是活躍的開發(fā)分支。在這個(gè)分支中,人們不斷地引入最新的特性,當(dāng)然,不可避免地,這也可能引發(fā)一些問題,而這些引入主分支的問題在隨后將被追蹤、修訂。經(jīng)過一段時(shí)間之后,被“沉淀”下來的代碼可以進(jìn)入另一個(gè)叫做“穩(wěn)定分支”的代碼系。

    這樣的開發(fā)模式通常被稱作“多頭并進(jìn)”模式,這樣的模式在許多開放源代碼的軟件開發(fā)中非常常見,例如,Linux的單、雙號(hào)版本、FreeBSD的-STABLE和-CURRENT[2],等等。在一般的商業(yè)軟件開發(fā)中,這種模式也相當(dāng)常見,特別是在大公司的開發(fā)中。擁有多頭并進(jìn)這一能力對于大型軟件的開發(fā)尤為重要,因?yàn)榇笮蛙浖芸赡馨喈?dāng)多的模塊,通過版本控制,問題能夠很容易地被整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)追蹤。

    多頭并進(jìn)的開發(fā)環(huán)境中,開發(fā)人員可以在粗略熟悉了某個(gè)分支的代碼體系的情況下參與開發(fā)或維護(hù),這意味著,即使某個(gè)代碼分支的維護(hù)人員突然離去,其他人也不用擔(dān)心通盤閱讀不同分支的代碼可能造成的理解困難,換言之,對于新的維護(hù)人員的要求被降低,從而,軟件的開發(fā)和維護(hù)過程能夠更為有序地進(jìn)行。

    據(jù)我所知,F(xiàn)reeBSD的軟件開發(fā)過程極大地得益于多頭并進(jìn)的開發(fā)模式。下面簡單地介紹一下FreeBSD所采用的軟件開發(fā)模式:


    案例:FreeBSD開發(fā)模式中對于多頭并進(jìn)的應(yīng)用

    FreeBSD包括了兩個(gè)主要的開發(fā)分支:4-STABLE和5-CURRENT,以及若干安全分支。其中,4-STABLE(RELENG_4分支)代表的是FreeBSD 4.x系列的開發(fā),其關(guān)注的焦點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能;5-CURRENT(HEAD分支)代表的是FreeBSD 5.x系列的開發(fā),它關(guān)注的焦點(diǎn)是盡可能多地引入最新的操作系統(tǒng)特性,全新的設(shè)計(jì)思想,等等。除此之外,還有一些被稱作安全分支的分支,它們分別代表FreeBSD 2-STABLE, 3-STABLE, 4.6-RELEASE, 4.7-RELEASE, 4.8-RELEASE以及即將推出的4.9-RELEASE等等,但這些分支完全不引入任何新的特性,只有安全更新能夠被加入到這些分支中。

    FreeBSD的“安全分支”是一個(gè)非常重要的概念,在FreeBSD的開發(fā)中,這些分支基本上只由一個(gè)包括了少量開發(fā)者(目前只有兩人)的,被稱為“FreeBSD安全官”的團(tuán)隊(duì)維護(hù)。對于很多用戶來說,他們并不在乎操作系統(tǒng)是否擁有新的特性——他們不愿意嘗試新版本的軟件,因?yàn)楝F(xiàn)有的系統(tǒng)工作的非常好。這些用戶使用“安全分支”的FreeBSD操作系統(tǒng),因?yàn)樗軌蛱峁┍匾陌踩?,而操作系統(tǒng)特性并不會(huì)因此發(fā)生變化(無論這種變化是否能夠改進(jìn)性能,或提供一些眩目的功能,甚至支持新的硬件,因?yàn)橛脩舻南到y(tǒng)已經(jīng)放在那里了)。

    CURRENT分支走的是另外一個(gè)極端。所有的新特性,一旦被特定的工作人員(committer)測試通過(大的變化需要核心團(tuán)隊(duì),即core team的批準(zhǔn),但這種情況并不是很多),就允許被引入CURRENT分支。盡管CURRENT分支在絕大多數(shù)時(shí)間都能夠被正確地編譯,但引入新特性有時(shí)會(huì)不可避免地帶來一些問題,例如硬件適應(yīng)性問題。

    在這兩個(gè)極端之間,有一條中間路線,即STABLE分支。在CURRENT分支中提交的代碼通常會(huì)被指定一個(gè)MFC(Merge from -CURRENT)時(shí)間,在這個(gè)時(shí)間之后,如果沒有人提交關(guān)于代碼的問題,則這些代碼會(huì)被引入STABLE分支。

    這樣,STABLE分支的代碼幾乎都是經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間測試的代碼,對于大多數(shù)用戶來說,STABLE分支是一個(gè)很好的選擇。

    一般來說,F(xiàn)reeBSD中的代碼會(huì)經(jīng)歷下面的歷程:

    • 代碼被引入CURRENT分支
    • 相關(guān)開發(fā)者獲得來自用戶的反饋; 在確認(rèn)基本沒有問題的情況下,代碼被引入STABLE分支
    • 大多數(shù)最終用戶使用STABLE分支的代碼來支持他們的計(jì)算機(jī)

    我們可以看到,上面的開發(fā)模式同時(shí)照顧到了開發(fā)者和用戶群體的利益。一方面,活躍的開發(fā)不會(huì)因?yàn)橛绊懙搅舜罅康钠胀ㄓ脩舳獾街肛?zé);另一方面,在開發(fā)分支(CURRENT)的代碼經(jīng)過一段時(shí)間被引入STABLE,最終用戶能夠得到那些新的操作系統(tǒng)功能。

    事實(shí)上,上述開發(fā)模式已經(jīng)被證明是相當(dāng)成功的。由于開發(fā)過程中每一天都有相當(dāng)多的人對新的CURRENT和STABLE分支的代碼進(jìn)行測試,因此,在最近的幾年中,F(xiàn)reeBSD的開發(fā)一直呈現(xiàn)著良好的態(tài)勢。

    交付工程(Release Engineering)基礎(chǔ)——特性凍結(jié)和代碼凍結(jié)

    許多參與過大型項(xiàng)目開發(fā)的讀者可能都經(jīng)歷,至少是聽說過特性凍結(jié)和代碼凍結(jié)這樣一個(gè)概念。所謂“特性凍結(jié)”實(shí)際上是一個(gè)開發(fā)者之間的約定,在這個(gè)階段中,不再允許添加新的功能。

    特性凍結(jié)(Feature Freeze)通常在一個(gè)開發(fā)分支(Development Branch)躍變?yōu)榻桓斗种?Release Branch)的時(shí)候開始。之所以需要特性凍結(jié),是因?yàn)樵黾有碌奶匦院苡锌赡芤胄碌膯栴},而這將給代碼復(fù)審帶來沉重的負(fù)擔(dān),甚至導(dǎo)致一次不成功的最后交付。

    當(dāng)然,對于那些已經(jīng)明確地定義了特性表的小型軟件工程項(xiàng)目(例如,傳統(tǒng)的瀑布開發(fā)模型)來說,特性凍結(jié)沒有什么意義,因?yàn)樵谶@些工程中,詳細(xì)設(shè)計(jì)完全是在編寫代碼之前進(jìn)行的,這意味著,代碼將要寫成什么樣子已經(jīng)在詳細(xì)設(shè)計(jì)中明確地定義。但在實(shí)際的項(xiàng)目中,詳細(xì)設(shè)計(jì)往往會(huì)包括兩類不同的類型要求——一部分是“必須實(shí)現(xiàn)的特性(Must have feature)”,另一部份則是“希望實(shí)現(xiàn)的特性(Desired Feature)”。在交付之前,所有“希望實(shí)現(xiàn)的特性”都會(huì)在特性凍結(jié)時(shí)被明確成“實(shí)現(xiàn)特性”和“不實(shí)現(xiàn)特性”。

    我們注意到,這種情況下,某些特性被延遲到接近交付的時(shí)候才被明確成“必須實(shí)現(xiàn)”,而另一些“希望實(shí)現(xiàn)的功能”則被作為“不實(shí)現(xiàn)”,從而轉(zhuǎn)化為我們先前熟悉的樣子,即詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔中明確地定義了軟件中的所有特性。

    這樣做的結(jié)果是軟件工程項(xiàng)目具有更大的靈活性。由客戶需求產(chǎn)生的功能設(shè)計(jì),很顯然地,應(yīng)該列為“必須實(shí)現(xiàn)的特性”,而那些開發(fā)團(tuán)隊(duì)提出的能夠提高軟件整體可擴(kuò)展性、可伸縮性或其他性能的特性,則應(yīng)列為“希望實(shí)現(xiàn)的特性”。在特性凍結(jié)之后,整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)將專注于那些“實(shí)現(xiàn)特性”(盡管這些特性可能還沒有被正式的實(shí)現(xiàn))更加穩(wěn)定,從而將生產(chǎn)出更高質(zhì)量的軟件。

    根據(jù)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn),特性凍結(jié)應(yīng)該發(fā)生在預(yù)期編碼時(shí)間已經(jīng)用去大約2/3的時(shí)候。這時(shí),項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)該組織開發(fā)人員舉行一次會(huì)議討論特性凍結(jié),而在特性凍結(jié)之后,在軟件正式交付之前,任何開發(fā)人員都不應(yīng)該再去考慮那些被列為“不實(shí)現(xiàn)特性”的功能。

    代碼凍結(jié)是一個(gè)與特性凍結(jié)類似的概念,在這個(gè)階段,只允許對被凍結(jié)代碼分支中的錯(cuò)誤進(jìn)行修正,而不允許任何其他的、涉及功能的修改。實(shí)踐上,這個(gè)過程中,只有交付工程師(通常是一個(gè)或多個(gè)對于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)非常了解的、有豐富開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的代碼復(fù)審員)被授予審查和批準(zhǔn)代碼提交的權(quán)力,任何代碼修改,只要沒有經(jīng)過交付工程師的批準(zhǔn),就不能被提交到代碼庫中。

    代碼凍結(jié)的時(shí)間一般不需要太長。對于中等規(guī)模的項(xiàng)目,這一過程通常會(huì)持續(xù)一至兩周,對于大型項(xiàng)目,這一過程則有可能持續(xù)一個(gè)月甚至更長的時(shí)間。在這個(gè)階段,交付工程師主要負(fù)責(zé)代碼復(fù)審,而測試工程師則有責(zé)任及時(shí)反饋集中的測試中暴露出的問題,并與相關(guān)的開發(fā)人員聯(lián)系、解決這些問題。

    技術(shù)上,代碼凍結(jié)可以通過修改cvs中的配置來實(shí)現(xiàn)。不過,更好的辦法是通過制度來保證代碼凍結(jié)。

    交付工程——編碼階段的總結(jié)

    交付工程的好壞在某種意義上,是直接關(guān)系到用戶利益的部分。前面已經(jīng)說了相當(dāng)多的關(guān)于軟件開發(fā)過程中通過版本控制技術(shù)來提高開發(fā)效率的技巧和方法,這里我將繼續(xù)說一說交付工程。

    前面提到了每日構(gòu)建中在代碼上適當(dāng)?shù)卮蛏习姹緲?biāo)記,以及在劃分版本分支時(shí)在切分點(diǎn)上增加版本標(biāo)記,這些對于交付工程都具有非常重要的意義。交付工程,在軟件工程項(xiàng)目中是一個(gè)融合了代碼復(fù)審和集中測試的重要階段。


    交付工程的一般程序

    • 在項(xiàng)目進(jìn)行到某個(gè)特定的階段,交付工程師同其他主要的項(xiàng)目管理者商議決定宣布代碼凍結(jié)和交付工程開始。
    • 交付工程師對代碼進(jìn)行集中的復(fù)審,而測試工程師則組織進(jìn)行大規(guī)模的集中測試。
    • 交付工程過程中,交付工程師每隔一段時(shí)間發(fā)布一個(gè)“交付候選版本(Release Candidate)”,測試工程師跟隨安裝并測試這些交付候選版本。
    • 此間,測試工程師隨時(shí)向交付工程師反饋問題,交付工程師將問題分類、整理,并約見相應(yīng)的開發(fā)人員,予以解決。
    • 最終,某個(gè)“交付候選版本”被最終指定為交付版本(Release)。代碼凍結(jié)結(jié)束,軟件被交付給客戶。

    一些讀者可能已經(jīng)注意到,交付工程的絕大多數(shù)任務(wù)事實(shí)上已經(jīng)被融入了我前面所描述的開發(fā)過程——在編碼階段的整個(gè)過程中,代碼復(fù)審、問題反饋和測試一直是持續(xù)地進(jìn)行的,只是,在“交付工程”階段,代碼復(fù)審和測試被提升到了一個(gè)更為核心的地位,在這一階段,開發(fā)的重要任務(wù)是查錯(cuò)和排錯(cuò),而不再是將軟件的功能推向一個(gè)嶄新的水平。

    總結(jié)——基于版本控制、每日構(gòu)建的編碼過程

    前面我們已經(jīng)介紹了通過引入版本控制系統(tǒng)改善軟件工程中編碼和測試階段過程的一些方法。這些方法來自于我本人所參與的,以及通過一些其他途徑了解到的實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。文中介紹的內(nèi)容以cvs (Concurrent Version System)為主,這是因?yàn)閏vs比較容易得到(它本身是開放源代碼軟件),并且,比較成熟。另外,由于關(guān)于cvs本身的細(xì)節(jié)并沒有涉及很深,因此,讀者也很容易將這些經(jīng)驗(yàn)套用在其他版本控制系統(tǒng),如Bit Keeper, Perforce, Clear Case等等之上。

    引入版本控制、每日構(gòu)建之后,項(xiàng)目管理人員和開發(fā)者可以明顯地感受到以下改善:

    • 問題能夠盡早暴露,并被解決。測試過程被滲透到開發(fā)過程中,有利于及早發(fā)現(xiàn)問題。日常的每日構(gòu)建和測試意味著更多的測試者可以盡早地參加到測試工作中,并與開發(fā)團(tuán)隊(duì)并肩作戰(zhàn),及時(shí)地為他們提供第一手的資料;而最終的交付工程中進(jìn)行的測試,只是驗(yàn)證軟件的質(zhì)量確實(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,而不再肩負(fù)發(fā)現(xiàn)問題的重大責(zé)任,這意味著很難出現(xiàn)最后階段發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題而導(dǎo)致工期大大加長的尷尬局面。
    • 每個(gè)人做了多少工作在版本控制系統(tǒng)中能夠非常有效地體現(xiàn),這對于更客觀地評價(jià)一位開發(fā)者的能力,明確獎(jiǎng)懲和提高員工積極性,都有非常積極的意義。
    • 管理者能夠隨時(shí)觀察工程的進(jìn)度情況,并且,每日構(gòu)建的到的版本也可以交付給客戶,從而改善軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)同客戶之間的交流。
    • 版本控制系統(tǒng)記錄的軟件工程的進(jìn)展,對于今后的開發(fā)將是一筆寶貴的財(cái)富。

    最后,讓我們用圖片的形式,重新描述一下上面的那些過程:

    圖6. 日常開發(fā)過程

    圖7. 交付工程

    這樣,我們已經(jīng)粗淺地討論了關(guān)于并行版本控制技術(shù)如何改變軟件開發(fā)過程的一些大致的方法,以及其中的一些先進(jìn)思想。在文中我盡可能地回避了類似cvs系統(tǒng)的操作具體細(xì)節(jié),并且,避開了一些cvs特有的功能?;旧?,本文中提供的方法,特別是其中的一些思想,能夠適應(yīng)任何一種版本控制系統(tǒng),因此,這些方法具有相當(dāng)大的普遍意義。

    參考文獻(xiàn)

    [1] CVS - 并行版本系統(tǒng) http://www.cvshome.org
    [2] FreeBSD 4.4交付工程, Murray Stokely
    [3] CVS使用手冊- CVS WinCVS CVSWeb CVSTrac,車東
    [4] 4.3BSD交付工程, Marshall Kirk McKusick, Michael J. Karels, and Keith Bostic

    作者簡介

    李鑫,北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2000級(jí)學(xué)生,目前擔(dān)任計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生科協(xié)主席、放飛技術(shù)網(wǎng)技術(shù)總監(jiān)。您可以通過電子郵件 ( delphij@frontfree.net 與他聯(lián)系 )。

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