Modelagem e Simulação de Processos de Software

Modelagem e Simulação de Processos de Software
Mariane M. Souza Centro de Informática Universidade Federal de Pernambuco

Roteiro da Apresentação
Contextualização Modelagem de Processos de Software SPEM - Software Process Engineering Meta Model Simulação de Processos de Software SPEM x Simulação Conclusões Referências e Bibliografia

Contextualização (1/3) Cerca de 70% de investimentos na área de Engenharia de Software são realizados para manter softwares existentes [Pressman 2002] Qualidade do Produto X Qualidade do Processo Surgimento de normas para qualidade do processo: ISO/IEC 12207, CMM, ISO Surgimento de abordagens com o objetivo de disciplinar o processo de desenvolvimento de software (mecanismo de controle) visando sua qualidade e melhoria contínua.

Contextualização (2/3) Ferramentas CASE (Computer Aided Software Engineering)... Ambientes ADS: Ambientes Integrados de Desenvolvimento de Software Ambientes PSEE (Process-centred Software Engineering Environment): ADS orientados ao processo que permitem: Controle do projeto durante sua execução Gerência da comunicação entre desenvolvedores Controle de atividades realizadas Controle de recursos e prazos Automação de atividades Coleta de dados de métricas automaticamente Guiar os usuários do processo ...

Contextualização (3/3) Ambientes para Implementação de Processos de Software: PSEEs que fornecem ferramentas que automatizam as fases do ciclo de vida do processo de software: Definição (Modelagem) Simulação Execução Avaliação

Modelagem de Processos de Software (1/9)
A modelagem auxilia principalmente na fase de definição (análise de requisitos, projeto e instanciação) do ciclo de vida do processo de software A modelagem de processos de software não é uma tarefa simples, mas pode ser simplificada pela utilização de ontologias (ambientes ODE – Ontology-based software Development Environment) Ontologias são representações do vocabulário de algum domínio ou problema [Bertollo,2002]. Vantagens: conceitos bem definidos que auxiliam na integração de ferramentas em ADS.

Processo de Software: Conjunto de todas as atividades necessárias para transformar os requisitos do usuário em software. Elementos básicos para modelagem de processos de software: Ator: entidade que executa o processo Papel: conjunto de responsabilidades necessárias para a execução de atividades Atividade: estágio do processo que produz mudanças visíveis no estado do produto sendo desenvolvido Artefato: matéria-prima e/ou (sub)produto de uma atividade relacionada ao processo

Modelo básico do domínio de processos de software

Um modelo de processo de software é uma representação abstrata da arquitetura, projeto ou definição do processo de software [Acuña,2001] Define os elementos que compõem o processo e o inter-relacionamento entre os mesmos. Pode ser: Gráfico ou Textual Executável (definido formalmente e passível de ser simulado e validado) ou Não-Executável (guias)

Um modelo de processo deve possuir um formalismo de representação Pode ser orientado a linguagens (PMLs) ou diagramático Exemplos: Máquinas de Estado ou Redes de Petri (SPADE, Memphis e ProSoft): enfatizam modelagem gráfica, mas... acoplamento entre dados do processo e de sua execução Baseado em Agentes, Regras ou Scripts (HyperCode e CAGIS): flexibilidade de construção, mas... Dificuldade de entendimento

Não existe um formalismo ideal Alguns ambientes combinam múltiplos formalismos EPOS, Merlin, ProNet/ProSim, Dynamite, APEL e Mokassin: Ambientes propícios para modelagem além de permitir o mapeamento de workflows modelados, em regras para execução do processo Tentativa de Padronização: SPEM

Uma visão é uma projeção de um modelo de processo descrito em um dado formalismo com certo nível de detalhes. Um modelo de processo pode ser projetado em diferentes visões (perspectivas): Funcional: representa os elementos de processo em execução no momento Comportamental: representa quando e sob que condições os elementos do processo estão sendo executados

Perspectivas para Modelagem (Cont.): Organizacional: representa onde e por quem na organização os elementos do processo são executados Informativa: representa as informações relacionadas aos elementos de processo executados no momento.

Vantagens da utilização de Modelagem: Possibilita maior entendimento e seguimento do processo Facilita a gerência do processo Facilita a adaptação do processo já definido (redefinição) Permite a definição de pontos de medição Permite o compartilhamento de experiências e aprendizados na organização

SPEM – Software Process Engineering MetaModel (1/23)
Meta-modelo criado para suprir a necessidade de um padrão para as técnicas de modelagem de processo Em Novembro de 2002 foi oficializado como um padrão da OMG (Object Management Group) e encontra-se atualmente na sua versão 1.1 Abordagem orientada a objetos e define estereótipos UML para modelagem de processos de software A execução do processo não está no escopo da linguagem

O SPEM foi criado a partir do esforço conjunto de vários pesquisadores e empresas tais como: IBM Rational Toshiba Siemens ... Pesquisadores: Philippe Kruntchen, Craig Lairman, etc.

Arquitetura de modelagem OMG:

A especificação do SPEM é baseada em um UML Profile que é baseado no meta-modelo MOF. Um UML Profile é um conjunto de extensões UML criados com o objetivo de customizá-la para determinado domínio (processos de software)

O SPEM é formado por dois pacotes principais: SPEM_Foundation: definido por um subconjunto da UML 1.4 SPEM_Extensions: adiciona a forma de construir e a semântica necessária em um processo de engenharia de software.

Estrutura de Pacotes:

A modelagem é feita através do uso de estereótipos Os principais estereótipos definidos pelo SPEM são: WorkProduct WorkDefinition ProcessPerformer ProcessRole ProcessPackage Phase Process Document UMLModel Activity Guidance

WorkProduct: classe de produto de trabalho produzido em um processo e está associado a um tipo de produto. Ex: documento, código fonte, etc. Artefato Notação: WorkDefinition: é um tipo de operação que descreve o trabalho realizado no processo. É a representação para atividades compostas por outras sub-atividades.

ProcessPerformer: define o “realizador” de um conjunto de WorkDefinitions do processo. Notação: ProcessRole: define responsabilidades em relação a WorkProducts específicos e define papéis que realizam e auxiliam atividades específicas.

ProcessPackage: notação especial para pacotes no contexto SPEM Notação: Phase: é uma especialização de um WorkDefinition em que sua pré-condição define a fase de critérios de entrada e seus objetivos definem a fase de critérios de saída

Process: representa um processo completo, em toda sua extensão. Notação: Document: notação específica para diferentes tipos de WorkProducts

UMLModel: notação específica para diferentes tipos de WorkProducts Notação: Activity: descreve uma parte do trabalho realizado por um ProcessRole: suas tarefas, operações e ações executadas por um papel ou de que forma o papel deve auxiliar

Guidance: Informação mais detalhada sobre o elemento associado fornecida aos praticantes Ex:Guidelines, Metrics, Tools, Checklists e Templates. Notação:

Um Exemplo Simples:

Estudo de Caso: Ambiente e-WebProject: Ambiente integrado para o desenvolvimento e gerência de projetos de software Pertence ao SESIS: Sistemas de Engenharia de Software SPEM: estudo de modelagem para definição de processos de Gerência de Configuração e Gerência da Qualidade para posterior implantação

Características do e-WebProject: Trabalho cooperativo centrado no processo Ambiente ativo com o objetivo de forçar o fluxo de trabalho Agentes Autônomos Conjunto de serviços oferecidos via WEB para os participantes do processo Categorias de Gerenciamento: Configuração e Qualidade

Pontos de Partida: Adoção de padrões de qualidade: ISO/IEC 12207: estrutura para processo de desenvolvimento e manutenção de software ISO/IEC 15504: estrutura para avaliação e melhoria de processo de software Mais especificamente... Padrões na categoria de processos de suporte (SUP): “atividades guarda-chuva”

Exemplo de Modelagem: (Gerência das Modificações e Configurações)

Sub-Atividades (WorkDefinition Controlar Modificação (SUP 2.BP5)): Sub-Atividade 1: Criar Registro de Evento de Modificação Sub-Atividade 2: Analisar Impacto da Modificação Sub-Atividade 3: Avaliar Modificação Sub-Atividade 4: Implantar Modificação Sub-Atividade 5: Verificar o Produto de Trabalho Sub-Atividade 6: Concluir Modificação

Modelagem (Diagrama de Atividades): Controlar Modificação

Exemplo de Modelagem (Gerência da Qualidade):

Sub-Atividades (WorkDefinition Realizar Verificações (SUP 4.BP1)): Sub-Atividade 1: Abertura da Verificação Sub-Atividade 2: Definição de Critérios de Verificação Sub-Atividade 3: Conduzir a Verificação Sub-Atividade 4: Fechamento da Verificação

Modelagem (Diagrama de Atividades): Realizar Verificações

Simulação de Processos de Software (1/10)
Um modelo de processo pode conter falhas e inconsistências Após a definição do modelo de processo, o próximo passo seria “simular” o seu comportamento Simulação: “processo de desenvolver um modelo matemático ou lógico de um sistema real e então conduzir experimentos baseados em computador, usando o modelo para descrever, explicar e predizer o comportamento de um sistema real.” [Hoover,1989] Envolve geralmente sistemas de comportamento dinâmico, incertos ou estocásticos. Exige modelos executáveis

Para que simular? Prever comportamento futuro dos sistemas usando modelos Economia de tempo e recursos financeiros Ganhos de produtividade e qualidade Percepção do sistema real Tipos de Modelos de Simulação: Voltados à Previsão Voltados à Investigação: informações e hipóteses Voltados à Comparação: mudanças em variáveis de controle

Validação do processo antevendo resultados que só seriam vistos durante a execução do mesmo Detecção de possíveis deficiências no modelo definido Auxílio no refinamento de processos de software Principais motivações para pesquisa na área: Dificuldade de pesquisa de campo na área de processos de software Menor tempo para validação do processo

Algumas aplicações... Gerência de estratégias: “Seria melhor realizar este serviço ou terceirizá-lo?” Planejamento: “O processo A ou o processo B deve ser utilizado em nosso novo projeto?” Entendimento (simulações gráficas e animadas) Treinamento e aprendizagem

Alguns benefícios... Melhoria na tomada de decisões organizacionais Justificativa para iniciativas de melhoria no processo Predição dos impactos causados por mudanças no processo antes da execução Predição do nível de performance do processo Suporte à análises “What if...” acessando múltiplas alternativas de processos sob diferentes condições e cenários

O que se pode simular com relação à: Modelo de escopo: porção do ciclo de vida ou todo o ciclo de um produto Parâmetros de entrada: número de linhas de código, esforço de projeto (tamanho), taxa de contratação e demissão, capacidade e motivação pessoal ao longo do tempo, afinidades entre desenvolvedores, freqüência da produção de releases, etc. Variáveis de resultado: esforço/custo, tempo de duração, nível de defeito, custo/benefício, produtividade, etc.

Principais tipos de simulação: Discreta: Variáveis inalteradas ao longo de intervalos de tempo e mudam seus valores somente em momentos bem definidos Mais utilizada para verificação de escalonamento de processos

Principais tipos de simulação (Cont.): Contínua: Valores das variáveis podem mudar continuamente ao longo do tempo

Principais tipos de simulação (Cont.): Baseada em conhecimento: Raciocínio de acordo com padrões armazenados Suprir com a maior quantidade possível de informação sobre o domínio Agentes Inteligentes simulam comportamento dos desenvolvedores Simulação baseada em experiências, lições aprendidas, habilidades, etc.

Requisitos importantes para ferramentas de simulação de processos de software: Suporte à prévia avaliação do processo instanciado Configurável para diferentes processos e escopos Simulação visual, animada e interativa Informações textuais complementares Reportagem simultânea de resultados Suporte à simulação realizada de forma progressiva e dinâmica Simulação baseada em conhecimento (experiências, lições aprendidas, habilidades, etc)

Simulação X SPEM (1/3) SPEM é uma linguagem com bastante recursos, padrão, porém, trata-se de uma notação gráfica não-executável SPEM representa graficamente os componentes do processo, mas não existe lógica definindo o relacionamento entre os mesmos. A Simulação de processos pode ser realizada somente em modelos executáveis Solução: criação de mecanismos de mapeamento...

Simulação X SPEM (2/3) APES2:
Ferramenta free e open-source criada por estudantes na IUP ISI –Universidade de Toulouse, França, 2003 Validação e Automação do modelo definido na linguagem SPEM Geração de XML correspondente ao modelo gráfico definido Vasta documentação

Simulação X SPEM (3/3) APES2 define todos os relacionamentos entre os componentes do processo. Ex: composição de atividades, ordem de execução de atividades, etc. Cada componente possui um estado (esperando, pronto, ativo, parado, completo) utilizado pelo simulador para controle do processo SPEM + APES2: modelo de processo facilmente entendível e executável

Conclusões (1/2) Qualidade do produto de software está ligada ao processo de geração do mesmo. Ambientes PSEE são de fundamental importância para o cenário de definição, acompanhamento e aperfeiçoamento de processos A Modelagem de processos é um recurso valioso, que deve ser utilizado pois: “Força” a documentação do processo Facilita a visualização do processo e sua “divulgação” e entendimento pelos membros da organização

Conclusões (2/2) A linguagem SPEM define um padrão de fácil utilização e visualização (familiarizados com UML) A simulação de processos de software é um grande recurso para análise e validação do modelo proposto antes de sua institucionalização na organização, permitindo: Entendimento, aprendizado e treinamento do processo Aperfeiçoamento dos modelos construídos O modelo deve refletir a realidade... Muitos ambientes não se preocupam com a definição de características específicas da organização

Referências (1/1) [Acuña, 2001]: ACUÑA, S. T.; FERRÉ, X. Software Process Modelling. In: WORLD MULTICONFERENCE ON SYSTEMICS, CIBERNETICS AND INFORMATICS, 5., 2001, Orlando, EUA. Proceedings... Orlando, EUA: p Disponível em: < Acesso em: 11 Out [Bertollo, 2002]: ODE – Um Ambiente de Desenvolvimento de Software Baseado em Ontologias. In: SIMPOSIO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE SOFTWARE, 4., 2002, Gramado, Brasil. Anais... Gramado, Brasil: 2002. [Hoover, 1989]: Hoover, S., Perry, R. Simulation a problem-solving approach, Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1989. [Pressman,2002]: Pressman, R., Engenharia de Software, São Paulo: Makron Books, 2002.

Bibliografia (1/3) A FRAMEWORK FOR EVALUATING PROCESS MODELLING LANGUAGES FOR DISTRIBUTED ENVIRONMENTS. Disponível em:< publ/alfw/sea2005-distributed-pml.pdf >. Acesso em: 11 Out ABDALA, M. A. D. et al. Utilizando SPEM para a Modelagem dos Processos da Qualidade e do Gerenciamento da Configuração em um Ambiente Integrado. In: SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MELHORIA DE PROCESSO DE SOFTWARE, 5., 2003, Recife, Brasil. Anais… Recife, Brasil. ARAUJO, R.M. Construção Gráfica de Processos de Desenvolvimento e Geração de uma Ontologia de Processos de Software p. Monografia (Graduação em Ciências da Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife. BERTOLLO, G.; FALBO, R. A. Apoio Automatizado à Definição de Processos de Software em Níveis. In SIMPÓSIO BRASILEIRO DE QUALIDADE DE SOFTWARE, 2., 2003, Fortaleza, Brasil. Anais... Fortaleza, Brasil: 2003. CHRISTIE, A. M. Simulation: An Enabling Technology in Software Engineering. Crosstalk: The Journal of Defense Software Engineering, p , April 1999

Bibliografia (2/3) KELLNER, M. I.; MADACHY, R. J.; RAFFO, D. M. Software Process Simulation Modeling: Why? What? How?. The Journal of Systems and Software, v. 46, n. 02/03, p. 1-18, April 1999. MARTINS, P. V.; SILVA, A. R. da. Comparação de Metamodelos de Processos de Desenvolvimento de Software. In: CONFERENCE FOR QUALITY IN INFORMATION AND COMMUNICATIONS TECHNOLOGY, 5., 2004, Porto, Portugal. Proceedings... Porto, Portugal. Disponível em:<berlin.inesc-id.pt/alb/static/papers/2004/pv-quatic2004.pdf>. Acesso em: 11 Out MENDES, R.C. Modelagem e Avaliação do CMMI no SPEM para Definição de um Meta-Processo de Software p. Monografia (Graduação em Ciências da Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife. MURTA, L.G. P.; BARROS, M. de O.; WERNER C. M. L. Charon: Uma máquina de Processos Extensível Baseada em Agentes Inteligentes. In: WORKSHOP IBERO-AMERICANO DE ENGENHARIA DE REQUISITOS E AMBIENTES DE SOFTWARE, 5., 2002, Havana, Cuba. Proceedings... Havana, Cuba: Disponivel em: < publicacoes/ideas2002-paper80.pdf>. Acesso em: 11 Out OLIVEIRA, S. R. B; VASCONCELOS, A. M. L.; ROUILLER, A. C. Uma Proposta de um Ambiente de Implementação de Processo de Software. INFOCOMP Journal of Computer Science, v. 4, n. 01, p , Março Disponível em: < Acesso em: 11 Out

Bibliografia (3/3) OMG. Software Process Engineering Metamodel Specification, v.1.1, January 2005. SCACCHI, W. Understanding Software Process Redesign using Modeling, Analysis and Simulation. Software Process Improvement and Practice, v. 5, n. 01, p , March 2000. SILVA, F.A. das D. et al. Um Modelo de Simulação de Processos de Software Baseado em Agentes Cooperativos. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE SOFTWARE, 13., 1999, Florianópolis, Brasil. Anais... Florianópolis, Brasil: 1999. SILVA, F.A. das D. Um Modelo de Simulação de Processos de Software Baseado em Conhecimento para o Ambiente PROSOFT p. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. WICKENGERG, T.; DAVIDSSON, P. On Multi Agent Based Simulation of Software Development Processes. In: INTERNATIONAL WORKSHOP ON MULTI-AGENT SYSTEMS AND AGENT-BASED SIMULATION, 3., 2002, Bologna, Italy. Proceedings... Bologna, Italy. p Disponível em: < Acesso em: 11 Out

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