Uma Arquitetura de Linha de Produto Baseada em Componentes para Sistemas de Gerenciamento de Workflow

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1 Uma Arquitetura de Linha de Produto Baseada em Componentes para Sistemas de Gerenciamento de Workflow Itana M. S. Gimenes 1 Fabrício R. Lazilha 2 Edson A. O. Junior 1 Radames J. Halmeman 1 1 Universidade Estadual de Maringá Departamento de Informática Maringá-PR, Centro Universitário de Maringá Departamento de Informática Maringá-PR, Resumo Este artigo apresenta a proposta de uma arquitetura de linha de produto de acordo com o método de desenvolvimento baseado em componentes Catalysis. O processo seguido para a definição da arquitetura de linha de produto e a notação utilizada para a representação das variabilidades são descritos. O domínio escolhido para aplicação da abordagem de linha de produto foi o dos sistemas de gerenciamento de workflow. Este domínio tem se mostrado altamente favorável à aplicação dessa abordagem, pois existe uma arquitetura padrão e uma demanda por produtos similares, porém com características diferentes. A arquitetura proposta foi avaliada utilizando as ferramentas de simulação da ADL Rapide. Palavas-Chave: Arquitetura de Software, Desenvolvimento Baseado em Componentes, Linha de Produto, Sistemas de Gerenciamento de Workflow, Variabilidade. Tema: Linha de Produto de Software 1. Introdução De acordo com Bass et. al [1], uma linha de produto de software é uma coleção de sistemas que compartilham um conjunto gerenciado de características através de seus principais artefatos. Estes artefatos incluem uma arquitetura base e um conjunto de componentes para preencher esta arquitetura. O projeto de uma arquitetura para uma família de produtos deve considerar aspectos comuns e as variabilidades entre os produtos. A abordagem de linha de produto é aplicável aos domínios em que existe uma demanda por produtos específicos, no entanto existe um conjunto de características comuns e pontos de variabilidade bem definidos. O domínio dos Sistemas de Gerenciamento de Workflow (WfMS) é altamente favorável à aplicação da abordagem de linha de produto, devido aos esforços da Workflow Management Coalition (WfMC) [2], que viabilizou a construção de uma arquitetura genérica para WfMS que pode ser ajustada à maioria dos produtos do mercado. A partir disso a WfMC estabeleceu um modelo de referência para WfMS. Cada implementação de um WfMS pode adaptar componentes ou interfaces de acordo com as necessidades da aplicação. Produtos de workflow com características similares, porém com diferentes especificidades são necessários nas mais diversas empresas que utilizam esta tecnologia. Este artigo apresenta uma arquitetura de linha de produto para WfMS e o processo seguido para obtê-la. Apresenta também as extensões utilizadas para representar variabilidade durante o processo de desenvolvimento. A arquitetura proposta foi avaliada através das ferramentas de simulação da ADL (Architectural Definition Language) Rapide. A Seção 2 descreve a arquitetura proposta e a notação usada para representar variabilidade. A Seção 3 descreve a avaliação da arquitetura, e a Seção 4 apresenta as conclusões. 2. O Processo de Desenvolvimento da Arquitetura O conceito de arquitetura de linha de produto é recente e ainda existe uma carência de técnicas que venham a facilitar o processo

2 de desenvolvimento da arquitetura e de seus componentes. Em Lazilha et. al [3] são apresentados alguns métodos existentes baseados em engenharia de domínio para linhas de produto. Porém, são menos eficientes na representação de arquiteturas e componentes. Assim, os métodos de Desenvolvimento Baseado em Componentes (DBC) podem ser usados no processo de desenvolvimento de linhas de produto para reduzir o intervalo entre a análise do domínio, arquitetura, projeto interno dos componentes e implementação. Neste trabalho é utilizado o método de DBC Catalysis para guiar o processo de projeto da arquitetura da linha de produto para WfMS. Este processo considera: análise do domínio baseada na arquitetura genérica e no modelo de referência para WfMS da WfMC [2]; projeto da arquitetura e dos componentes baseado no método Catalysis [4]; e avaliação da arquitetura baseado na linguagem Rapide [5] e suas ferramentas. As seções seguintes apresentam uma caracterização das etapas seguidas no projeto da arquitetura, bem como os principais artefatos gerados em cada uma delas aplicados ao domínio de WfMS. definidas e reutilizadas, além de permitir a definição de processos de software. De acordo com o Catalysis, a representação do modelo do domínio pode ser feita utilizando-se objetos e ações, em um nível de abstração independente da eventual solução de software que venha a ser encontrada para o problema. Diagramas de casos de uso da UML dão suporte a esta etapa. Existem três atores principais no domínio dos WfMS: workflow architecture manager, que define arquiteturas reutilizáveis de workflow; o workflow manager (supervisor), que controla a instanciação, alocação de recursos e escalonamento das tarefas do workflow; e o workflow user que executa as tarefas do workflow. Os principais casos de uso associados a estes atores são: Define Workflow Architecture, Define Workflow e Execute Workflow, respectivamente. Para casa caso de uso principal foi gerado um diagrama de seqüência para representar a troca de mensagens entre os objetos. A Figura 1 apresenta apenas o caso de uso do workflow architecture manager. Os demais foram omitidos por falta de espaço. 2.1 Especificação de Requisitos Para a elaboração de uma arquitetura de linha de produto para WfMS deve-se primeiramente elaborar o modelo do domínio representando os objetos e as ações do domínio em questão. Nesta fase é possível identificar aspectos comuns entre os produtos e os pontos de variação. O modelo de referência e a arquitetura genérica para WfMS da WfMC [2] serviram de base para extrair o conjunto de funcionalidades necessárias para os produtos da família. O modelo e a arquitetura indicaram quais os potenciais componentes de um WfMS e suas interfaces. O padrão Process Manager [6] também foi utilizado no desenvolvimento da arquitetura proposta. Este padrão propõe um modelo de processos no qual arquiteturas de processos podem ser Figura 1: Diagrama de Caso de Uso do Gerente de Arquitetura de Workflow. Um dos pontos principais no desenvolvimento de uma linha de produto é abstrair e representar as variabilidades associadas à arquitetura e aos seus

3 componentes. Porém, a primeira necessidade de representação de variabilidade ocorre nesta etapa, nos diagramas de casos de uso. Nesta fase, a notação seguida foi a de representação de variabilidade em casos de uso proposta por Jacobson et. al [7] que, sugeriu a utilização do estereótipo <<extend>> para representar aspectos de variação em casos de uso. O caso de uso estendido recebe uma marca, representada por um círculo preenchido para indicar variabilidade, como pode ser observado na Figura 1. Como exemplo, pode-se observar na Figura 1 o caso de uso Define Architecture possui um ponto de variação, que representa neste caso a característica opcional de permitir alteração dinâmica da arquitetura. O mesmo pode ser observado para o caso de uso Define Tool Type, que possui duas extensões: Define Internal Tool Type e Define External Tool Type. 2.2 Especificação do Sistema Nesse estágio do desenvolvimento deve-se tratar da modelagem da solução de software identificada nos modelos de domínio obtidos na fase de especificação de requisitos. A análise das ações do sistema representadas nos diagramas de caso de uso torna possível a identificação dos tipos, permitindo a associação das referidas ações aos respectivos tipos relacionados. Tipos são especificações de comportamento dos objetos que documentam e mostram somente a visão externa de um determinado objeto. O artefato mais importante extraído neste estágio é o diagrama estático de tipos. Outras representações de variabilidade foram necessárias nos modelos definidos nesta fase do processo, como por exemplo, para o diagrama estático de tipos apresentado na Figura 2. Morisio et. al [8] estendeu a notação UML com um estereótipo de variabilidade, indicado pela notação <<V>>. Como o estereótipo <<V>> foi usado no contexto da notação orientada a objetos, este estereótipo está relacionado aos conceitos como especialização e agregação. Como se pode verificar na Figura 2, o <<V>> indica tipos que podem variar conforme as características dos produtos. Por exemplo, o estereótipo <<V>> foi usado para representar variabilidade no tipo resource, que pode ser especializado em material, actor e tool. O tipo ferramenta por sua vez, pode ser especializado em internal e external. Figura 2: Diagrama Estático de Tipos para Sistemas de Gerenciamento de Workflow.

4 2.3 Projeto da Arquitetura Após a modelagem de tipos, uma seqüência de refinamentos, desde os níveis mais altos até o nível de componentes, deve ser realizada. Catalysis identifica os pacotes como a unidade de decomposição de mais alto nível, considerando que eles representam uma parte do sistema que pode ser tratada de forma independente com o explícito estabelecimento de dependências do restante do sistema. Esses pacotes podem ser obtidos através da análise e refinamento do modelo de negócios e seus relacionamentos podem ser representados através de um esquema de importação. O particionamento dos pacotes segue a abordagem de camadas verticais e horizontais proposta por Catalysis. As camadas verticais visam refletir o fato de que usuários diferentes têm diferentes visões de um sistema ou negócio. Os usuários aqui são o projetista de workflow, que define a arquitetura do workflow; o gerente de workflow, responsável pelas atividades de supervisão e administração e, por fim, o usuário que executa as tarefas do workflow. Essas três visões são representadas pelos pacotes Workflow Architecture Manager, Workflow Manager e Workflow Execution Manager, respectivamente. Gimenes e Barroca [9] propõem um enterprise framework para geração de componentes para sistemas de gerenciamento de workflow. A Figura 3 apresenta o diagrama de camadas verticais de alto nível. Os elementos da arquitetura genérica da WfMC são aqui representados pelos pacotes: WorkflowArchitectureMgr, WorkflowMgr, WorkflowExecutionMgr, ResourceAllocationMgr, TaskScheduller, Interpreter, ExternalApplicationMgr e ObjectMgr. A partir do diagrama de camadas verticais de alto nível, foi possível projetar o Diagrama de Camadas Verticais. A construção deste modelo finaliza o processo de particionamento em componentes, apresentando os pacotes definidos anteriormente pelo Diagrama de Camadas Verticais de Alto Nível juntamente com a especificação dos tipos de cada pacote e o relacionamento entre eles. Por questões de espaço, este diagrama não será apresentado. Figura 3: Diagrama de Camadas Verticais de Alto Nível Arquitetura de Componentes O Diagrama de Camadas Verticais é o resultado da identificação e especificação de componentes. Os componentes são representados através de pacotes genéricos, constituídos por tipos e relacionamentos. A arquitetura de componentes para WfMS foi então projetada a partir deste diagrama, conforme apresentado na Figura 4.

5 Figura 4: Arquitetura de Componentes para WfMS. A Tabela 1 apresenta uma rápida descrição da funcionalidade e os aspectos de variabilidade dos componentes: Workflow Architecture Manager, Task Scheduler e Resource Allocation Manager. Uma descrição mais pode ser encontrada em [3]. Tabela 1: Descrição de Alguns Componentes da Arquitetura Proposta. Componente Descrição Variabilidade Workflow Architecture Manager responsável pelo controle e gerenciamento da construção e manutenção de arquiteturas de workflow. Task Scheduler responsável pelo controle e gerenciamento das tarefas e ações a serem realizadas. O Gerenciador de Tarefas permite que os usuários identifiquem suas tarefas geradas pelo Gerenciador de Workflow. Resource Allocation Manager responsável pela alocação de recursos (atores, ferramentas ou material). - o tipo de recurso pode ser especializado em ator, ferramenta e material; e o tipo de ferramenta pode ser especializado em interna e externa; - diferentes linguagens de programação de processos podem ser apoiadas para a definição das tarefas. - os tipos de recursos que podem ser utilizados podem ser material, ferramenta ou ator; a ferramenta utilizada pode ser do tipo interna ou externa; - as tarefas podem ter prioridades de execução diferentes; - os algoritmos utilizados para escalonamento das tarefas também podem variar. - tipo de recurso e ao tipo de ferramenta podem variar; - políticas de alocação de recurso podem variar. Neste trabalho, consideramos o uso de invariantes, pré-condições e pós-condições, importantes neste estágio, através da OCL (Object Constraint Language) da UML, completando o trabalho inicial proposto por Lazilha et. al [3]. Após a modelagem da chamada arquitetura lógica (Figura 4), deve-se tomar decisões sobre os mecanismos de implementação a serem utilizados, como por exemplo, o middleware. Estas decisões levam ao projeto da arquitetura técnica. Para a arquitetura de linha de produto proposta foi considerado o ORB (Object Request Broker) do CORBA [10] como middleware. Nesta etapa, as interfaces dos componentes foram definidas de acordo com a linguagem IDL (Interface Definition Language) do CORBA, gerada a partir da ferramenta Rational Rose. Isso faz com que os componentes possam ser acessados dentro da arquitetura independentemente da linguagem de programação, sistema operacional e rede utilizada. Esta etapa de definição das

6 interfaces de acordo com a IDL do CORBA também complementa o trabalho proposto em [3]. 3. Avaliação da Arquitetura Proposta Bosch [11] identificou quatro formas de avaliação de uma arquitetura de linha de produto: uso de cenários, simulação, modelos matemáticos e avaliação baseada em experiências passadas. Neste trabalho foi utilizada a ADL Rapide para especificar e simular a arquitetura. Esta linguagem foi escolhida por ser caracterizada como uma linguagem de descrição arquitetural com finalidade geral e que permite simulação. A simulação foi baseada na seleção de cenários relevantes para os sistemas de gerenciamento de workflow. Foram elaborados diagramas de seqüência para representar as interações para cenários específicos de uma certa atividade do sistema, que especificam a comunicação entre os componentes. Esses diagramas serviram de base para realizar a simulação da arquitetura de linha de produto proposta. Dessa maneira, a arquitetura foi executada conforme diferentes cenários para simular o comportamento do sistema, permitindo avaliar a comunicação entre os componentes e o efeito geral das funcionalidades do sistema, livrando os detalhes de implementação para a fase de aplicação da arquitetura. Porém, a simulação não foi suficiente para analisar completamente o modelo proposto. Uma avaliação completa necessita de técnicas mais precisas para avaliação de arquiteturas, e critérios precisam ser estabelecidos para a derivação de dados estatísticos a partir da simulação. 4. Conclusões Este artigo apresentou o processo seguido para o projeto de uma arquitetura de linha de produto para WfMS. As extensões necessárias para representar variabilidade durante o processo foram apresentadas. Essas extensões foram baseadas em Jacobson [7] e Morisio [8]. Nós acreditamos que métodos de DBC podem ser usados no processo de desenvolvimento de linhas de produto para reduzir o intervalo entre a análise do domínio, arquitetura, projeto interno dos componentes e implementação. Além disso, existe um conjunto de ferramentas comerciais que podem ser usadas para dar suporte às fases do processo. Neste trabalho foi utilizado o método de DBC Catalysis [4] para guiar o processo de projeto da arquitetura da linha de produto para WfMS. Porém, para avaliação da arquitetura proposta optou-se por utilizar a ADL Rapide que possui um conjunto de ferramentas de suporte a simulação de arquiteturas. A escolha desta linguagem permitiu a simulação sem que houvesse necessidade de aprofundamento em detalhes de implementação. Referências [1] L. Bass, P. Clements, R. Kazman, Software Architecture in Practice. Addison Wesley Longman, [2] Workflow Management Coalition. Workflow Reference Model. Document number TC , January, [3] F. R. Lazilha, I. M. S. Gimenes, R. T. Price, Uma Proposta de Arquitetura de Linha de Produto para Workflow Management Systems, in 2002 Proc. Simpósio Brasileiro de Engenharia de Software, Gramado, 2002, pp [4] D. F. D Souza, A. C. Wills, Objects, Components and Frameworks with UML The Catalysis Approach. Addison Wesley Publishing Company, [5] Computer Science Lab, DRAFT Guide to Rapide 1.0 Language Reference Manuals, Rapide Design Team Program Analysis and Verification Group. Stanford University, [6] I. M. S. Gimenes, G. Weiss, E. H. M. Huzita, Um Padrão para Definição de um Gerenciador de Processos de Software, in 1999 Proc. II Workshop Ibero Americano de Engenharia de Requisitos Y Ambientes de Software, San José, Costa Rica, Ideas 1999 Memorias, 1999, pp [7] I. Jacobson, M. Griss, P. Jonsson, Software Reuse Architecture Process and Organization

7 for Business Success, New York: Addison- Wesley, [8] M. Morisio, G. H. Travassos, M. Stark, Extending UML to Support Domain Analysis, in 2000 Proc. IEEE International Conference on Automated Software Engineering, pp [9] I. M. S. Gimenes, L. Barroca, Enterprise Frameworks for Workflow Management Systems. Software Practice & Experience. No.32, 2002, pp [10] Object Management Group. COM versus CORBA: A Decision Framework. Available: Last access dez/2000. [11] J. Bosch, Design & Use Of Software Architectures. Adopting and Evolving a Product-Line Approach, Addison-Wesley, 2000.

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