Sobre Computação na Nuvem e Teste de Software

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1 Sobre Computação na Nuvem e Teste de Software Artur Baruchi IBM Brasil Software Group IBM Brasil, São Paulo Ricardo L. Piantola IBM Brasil Software Group IBM Brasil, São Paulo ABSTRACT Apesar do paradigma da computação como serviço não ser uma proposta nova, foi somente nesta década que pudemos observar como esta tecnologia mudou a forma de processar os dados dentro das empresas e também o seu potencial. Muitos desafios foram criados com o advento deste paradigma, principalmente em decorrência da forma dinâmica de como o Software é fornecido aos seus usuários finais. Em um ambiente na Nuvem, a ocorrência de um Bug pode afetar simultaneamente centenas ou milhares deles de uma única vez. Apesar destes desafios que a Computação na Nuvem traz aos seus usuários e fornecedores, esta tecnologia pode ser usada em diferentes pontos de um processo de teste de Software, melhorando-o e também provendo um ambiente para a realização de testes em aplicações complexas (como aplicações distribuídas) que de outra forma seria inviável devido aos custos. Este trabalho abordará os principais desafios e vantagens que um ambiente na Nuvem poderá trazer aos engenheiros de Software que devem estar preparados para este paradigma que já é uma realidade. Palavras-chave Teste de software, Cloud Computing, Sistemas Distribuídos, TSaaS. 1. INTRODUÇÃO O uso da computação como serviço não é um conceito novo e foi proposto pela primeira vez na década de 1960 [1]. Nos dias atuais este paradigma é conhecido como Computação nas Nuvens (ou Cloud Computing), referenciando a popular ilustração da Internet como uma Nuvem. A proposta da Computação na Nuvem é disponibilizar um modelo de computação no qual os usuários do serviço pagam somente o que é utilizado e o acesso é feito, na maior parte das vezes, através da Internet. A viabilidade da Computação na Nuvem se deve principalmente a virtualização, que foi inicialmente concebida na década de 70 [2]. A virtualização possui um papel fundamental na Computação na Nuvem, pois somente através desta tecnologia foi possível criar um ambiente elástico e dinâmico, que são duas características primordiais na implementação da Computação na Nuvem. Um dos maiores atrativos da computação como serviço é o barateamento das operações nas empresas, que cada vez mais dependem de computadores. A idéia de pagar por recursos computacionais de acordo com a demanda torna a Computação na Nuvem atraente no aspecto financeiro e também um tópico bastante promissor para pesquisas. Muitos problemas foram resolvidos com a Computação na Nuvem, entretanto muitos outros surgiram [3]. Entre os principais problemas que são constantes temas de pesquisa [3], pode-se destacar a forma como os Softwares são testados e entregues na Nuvem. Em um ambiente na Nuvem, quando um fornecedor disponibiliza aos seus usuários um Software, em geral o Software é acessado pelo Browser, sem a necessidade de instalação ou compra de licenças por parte do usuário. Em um ambiente dinâmico como este um Bug poderá afetar instantaneamente milhares de usuários ao mesmo tempo. Apesar da Computação na Nuvem trazer alguns desafios, este paradigma também pode ser uma ferramenta muito útil para o desenvolvimento e teste de Software. Muitas propostas vêm sendo feitas de como utilizar a Nuvem como um ambiente de teste (alguns autores já usam a nomenclatura TSaaS Test Support as a Service). Este artigo tem como principal objetivo apresentar os principais desafios do teste de software neste novo ambiente e como ele pode ser usado como uma ferramenta para realizar testes melhores e mais dinâmicos bem como realizar testes em aplicações complexas, como aplicações distribuídas geograficamente. Na próxima sessão serão abordados alguns conceitos de Computação na Nuvem, como os principais tipos de serviço e os principais obstáculos a serem transpostos em cada um deles. Na sessão três, serão apresentados os principais aspectos de teste de Software na Nuvem, como os tipos de aplicação que podem tirar melhor proveito das características da Computação na Nuvem e os principais desafios para a pesquisa. Por fim, o artigo será encerrado com uma sessão com as conclusões. 2. COMPUTAÇÃO NA NUVEM A computação como serviço, diferente do que parece, não é uma idéia recente. Esta proposta foi elaborada na década de 60 [1]. O que torna esta idéia interessante é o fato dela propor transformar a computação em um serviço como outro qualquer (como água e energia elétrica). Assim como aconteceu com a energia elétrica no início da revolução industrial (quando as empresas tinham que produzir a energia que consumiam nas fábricas), a computação começa a trilhar o mesmo caminho. A era da informação induziu as empresas a construírem centros computacionais com enorme capacidade e com custos exorbitantes. Em um primeiro momento, a saída encontrada pelas empresas foi a terceirização da mão-de-obra e dos recursos computacionais, entretanto, neste modelo as empresas não tinham como mensurar e prever a demanda. Este modelo também é ruim para as empresas que fornecem o serviço de terceirização, pois devem manter os recursos ociosos à disposição dos seus clientes (e que muitas vezes é utilizado somente por um curto período de tempo). Foi neste cenário de custos exagerados e desperdício de recursos que, em um primeiro momento, a virtualização ganhou espaço e em seguida a Computação na Nuvem. As características que mais atraíram neste paradigma foram [3]:

2 Ilusão de infinitos recursos computacionais disponíveis sob demanda, eliminando a necessidade de prever qual será a demanda futura; Eliminação de compromissos contratuais de longo prazo com os usuários de Computação na Nuvem, permitindo que as empresas iniciem pequenas e cresçam de acordo com as necessidades; Possibilidade de pagar por uso dos recursos computacionais em um curto período de tempo (Ex.: processamento por hora ou armazenamento por dia). Ao se tratar de Computação na Nuvem, existem basicamente três tipos de serviços que são disponibilizados pelos fornecedores de Computação na Nuvem. Nos últimos anos, estão surgindo cada vez mais serviços (como DBaaS [4]), mas que em muitos casos são apenas uma evolução de um dos três serviços abaixo ou uma combinação deles. IaaS (Infrastructure as a Service) SaaS (Software as a Service) PaaS (Platform as a Service) 2.1 Infrastructure as a Service Este serviço tem como principal objetivo fornecer a infraestrutura necessária para seus usuários montarem um ambiente computacional para suas aplicações. As empresas que fornecem este serviço disponibilizam aos seus clientes um ambiente genérico e com funcionalidades limitadas [5]. Neste ambiente o usuário poderá instalar suas aplicações livremente. A principal característica do IaaS é a virtualização dos recursos computacionais disponibilizados. Os usuários deste tipo de serviço, muitas vezes, podem instalar o Sistema Operacional que melhor atende suas necessidades. Em geral, este serviço é provido por empresas com grandes datacenters e com recursos ociosos. As máquinas virtuais são colocadas em servidores com maior capacidade computacional, mas que sabidamente em determinada época do ano não estará sendo utilizada em sua capacidade máxima ou em servidores que foram substituídos por outros mais novos, mas que ainda podem ser usados para receber serviços menos críticos ou com necessidades de recursos aquém dos disponibilizados por eles. 2.2 Software as a Service A principal meta do SaaS é separar o conceito de posse e propriedade de Software do uso propriamente dito [6]. Com esta separação é possível sobrepujar diversas limitações do uso convencional do software, principalmente no que diz respeito à distribuição do software, atualizações e na forma de como o usuário será cobrado pela sua utilização. Apesar das grandes vantagens aparentes, algumas desvantagens surgem com este modelo. A principal delas é em relação a softwares customizados ou softwares especializados. Em um modelo como este, em que uma imagem única do software é disponibilizada para todos os usuários, a margem para customizações diminui de forma significativa. 2.3 Platform as a Service A função do serviço PaaS é prover uma plataforma de desenvolvimento para programadores [7]. Através deste serviço os desenvolvedores podem usufruir de um ambiente que contempla todo o ciclo de desenvolvimento de software, isto é, desde a codificação até o deployment. A principal vantagem do PaaS é a facilidade em escalar as aplicações desenvolvidas e agilizar o processo de desenvolvimento de software. Outra característica interessante do PaaS é a integração das ferramentas de desenvolvimento com Web Services e com Banco de Dados. Um problema a ser transposto é a interoperabilidade de aplicações desenvolvidas em diferentes plataformas e também a integração com ferramentas de desenvolvimento que estão fora da Nuvem. Alguns provedores de PaaS, como a Microsoft que fornece o Azure [8] está integrando alguns dos seus Softwares (como o Project e o Office) com o PaaS. 2.4 Taxonomia de Nuvens Foram apresentados os principais serviços que podem ser fornecidos por um provedor de recursos na Nuvem. Entretanto, a taxonomia de um ambiente nas Nuvens não é de acordo com o serviço fornecido e sim com a localização da Nuvem do ponto de vista do usuário. Basicamente existem duas localizações possíveis de uma Nuvem para o usuário, a primeira é quando o serviço fornecido está sendo acessado pela Internet, isto é, os dados trafegam na rede pública e ficam expostos a problemas inerentes a este tipo de rede (como por exemplo, ataques, congestionamento de dados, entre outros). A segunda localização possível é quando a Nuvem é acessada da rede local (ou intranet) do usuário. Neste caso os dados trafegam na rede interna e por esta razão a velocidade de acesso é melhor e as preocupações com segurança são amenizadas. As Nuvens que são acessadas pela Internet são chamadas de Nuvens Públicas. Usualmente uma Nuvem Pública é disponibilizada por um grande fornecedor (como a Amazon ou a IBM) para seus clientes, que pagam pelo uso dos recursos e os recursos que compõem o ambiente, em geral, são recursos que estão ociosos (como no caso da Amazon, que os picos de utilização dos recursos computacionais oscilam durante o ano). A principal vantagem desta Nuvem são os requisitos para utilizála. Basicamente o usuário precisa ter apenas um Browser e uma conexão com a Internet. Na grande maioria das vezes não é necessário a instalação de nenhum hardware ou software para começar a usar a Nuvem. O nome dado às Nuvens acessadas localmente pelos seus usuários é Nuvem Privada. Toda a comunicação entre o usuário e os recursos computacionais na Nuvem é feita através de uma rede local. Na grande maioria das vezes os recursos fornecidos por estas Nuvens são recursos especializados, como por exemplo, uma aplicação que somente um setor de uma determinada empresa utiliza. As Nuvens Privadas são atrativas devido ao aproveitamento dos recursos computacionais ociosos dentro da própria empresa. Em geral são empresas que possuem um parque computacional grande, mas não o suficiente para prover serviços a terceiros. Outro aspecto interessante para as empresas que possuem uma Nuvem Privada é a possibilidade de controlar melhor os dados acessados pelos usuários.

3 3. COMPUTAÇÃO NA NUVEM E TESTE DE SOFTWARE Ao abordar Computação na Nuvem e teste de software, existem duas perspectivas: Uso da Nuvem para testar Softwares convencionais e dessa forma tirar proveito das características de um ambiente na Nuvem; A realização de testes de Softwares implementados para serem fornecidos como um serviço na Nuvem. Existem poucas pesquisas que tratam do segundo aspecto, principalmente por conta da complexidade. Um serviço como SaaS muitas vezes é distribuído geograficamente (por exemplo o Google Docs) e em função desta característica, a execução de testes torna-se uma função complexa e de alto custo. 3.1 Computação na Nuvem Como Ambiente de Testes A Computação na Nuvem pode ser usada principalmente para realizar testes de ambientes de alta complexidade, como clusters e grids. Isto se deve principalmente a sua natureza dinâmica. Novos nós podem ser adicionados e removidos com extrema facilidade. Outro problema que afeta a realização de testes em ambientes complexos é a dificuldade em reproduzir erros que ocorreram em um ambiente que já está em produção. Um ambiente de testes desenvolvido especialmente para sistemas de alta complexidade na nuvem é o D-Cloud [9]. Este ambiente tem algumas características que exploram as qualidades da Computação na Nuvem, entre as principais características do D- Cloud, pode-se citar: Execução em paralelo de cenários de testes (Test Case); Automação de procedimentos complexos; Emulação de falhas e anomalias de hardware; Identificação e reprodução de falhas reais nos ambientes de produção. Um aspecto interessante apresentado pelos autores é a adição de simulação de falhas nas máquinas virtuais que irão compor o ambiente a ser testado. Para realizar uma simulação de falha de hardware, o D-Cloud utiliza o QEMU (emulador de dispositivos). Para utilizar o D-Cloud, o engenheiro de teste deve dar como entrada um arquivo XML contendo três campos que consistem na descrição da máquina virtual (configuração de hardware e sistema operacional), descrição de falhas a serem inseridas no decorrer dos testes e por fim alguns detalhes relacionados à automação dos testes. O ambiente de testes Cloud9 [10] oferece uma estratégia bastante inovadora ao utilizar a Computação na Nuvem como um ambiente de testes. O Cloud9 executa testes baseados em execução simbólica do código [11], isto é, cada trecho do programa (ou cada sub-rotina) é executado passo a passo para verificar todos os caminhos que o programa pode percorrer durante a sua execução. É fácil observar que um programa suficientemente grande pode tornar esta estratégia inviável e é exatamente neste aspecto que o Cloud9 fornece a maior contribuição. Cada sub-rotina do programa é executada em paralelo nos nós da Nuvem, aumentando substancialmente o tempo de execução dos cenários de teste e também a qualidade dos mesmos. Já o YETI (York Extensible Testing Infrastructure) [12], é uma ferramenta que foi adaptada para utilizar o potencial da Computação na Nuvem. O YETI é, basicamente, uma ferramenta de automação de testes que utiliza dados aleatórios para realizar chamadas de funções ou de métodos. Um dos principais problemas do YETI convencional é o desempenho da execução dos testes. Utilizando um ambiente de Computação na Nuvem, os autores conseguiram melhorar o desempenho do YETI de forma considerável. Em geral o YETI é executado pela linha de comando da seguinte forma: java yeti.yeti Java yetipath=. time=10mn randomplus testmodules=string:stringbuilder As opções usadas nessa linha de comando possuem os seguintes significados: -Java: Indica que o teste será realizado em um programa em Java; -yetipath=. : Indica que as classes no diretório corrente e seus subdiretórios serão pré-carregadas; -time=10mn: Informa que a sessão de teste terá dez minutos de duração; -randomplus: O teste será realizado de forma aleatória; -testmodules=string:stringbuilder: Indica que somente as classes String e StringBuilder serão testadas. Enquanto o teste é executado, todos os traces e saídas são mostradas no terminal. Por exemplo: Exception 5 Java.lang.NullPointerException at Java.lang.String.replace(String.java.2207) Ao final de cada sessão de teste, o YETI gerará uma saída dos casos de testes reportando as falhas ocorridas durante a sessão. 3.2 Execução de Testes em SaaS Um problema bastante desafiador que surgiu com a Computação na Nuvem é a realização de testes em SaaS. Este problema se deve principalmente às profundas mudanças que a Computação na Nuvem realizou na forma de distribuir o Software entre os usuários. Um usuário que queira consumir um Software na nuvem pode fazê-lo sem a necessidade de instalar ou modificar qualquer configuração na máquina cliente. Na grande maioria das vezes o Software é acessado via Browser, havendo apenas a necessidade de autenticação. Neste novo modelo, em que o usuário acessará apenas uma instancia do Software, uma falha no Software poderá afetar centenas ou milhares de usuários simultaneamente, causando enormes prejuízos financeiros e a imagem da empresa fornecedora. Da mesma forma que o dinamismo da Computação na Nuvem pode ser um fator negativo em situações problemáticas, esta característica pode ser bastante vantajosa para as empresas fornecedoras de Software, pois através da Nuvem as empresas podem fornecer sempre sua versão mais atualizada. Como os usuários acessam apenas uma imagem do Software, uma vez que as empresas realizaram a atualização em seus servidores, os

4 usuários estarão acessando instantaneamente a versão mais recente. Esta nova forma de distribuição de Software muda também a forma como a engenharia de Software deve ser feita. Acompanhar a agilidade da Computação na Nuvem não é uma tarefa fácil para os engenheiros de Software. A maior dificuldade neste caso não reside na falta de ferramentas para a realização de testes, mas sim de métodos formais efetivos para a realização de testes em ambientes na Nuvem. Uma das poucas propostas encontradas na literatura sobre o assunto [14] é o uso de Autonomic Self-Testing (AST) [13] em combinação com outra técnica de replicação das atualizações apenas depois das validações. O AST é uma forma de realizar testes em sistemas autônomos de tal forma que a atualização de Software nestes sistemas não altere o comportamento do ambiente. A idéia desta proposta consiste em utilizar as técnicas de AST para verificar se as atualizações ou as novas versões do SaaS possuem problemas e em seguida a replicação das alterações é realizada. No mesmo trabalho, os autores sugerem também uma plataforma colaborativa para os testes de Software a serem realizados nos serviços da Nuvem. Basicamente, alguns testes são realizados no serviço por parceiros do provedor de serviços em algumas das funcionalidades do Software. 3.3 Principais Desafios A Computação na Nuvem resolve muitos problemas para os engenheiros de Software, principalmente os testes de sistemas de larga escala, que exigem cenários de testes complexos e que podem demorar muito tempo para executar. A Computação na Nuvem também é uma alternativa, principalmente, para ambientes distribuídos (que torna difícil o uso de máquinas virtuais locais, por conta da grande demanda que um ambiente distribuído exige [15]). Tabela 1. Sumário dos principais desafios de pesquisa [16] Desafios de Pesquisa 1. Identificação de áreas de negócio que podem se beneficiar de testes de Software na Nuvem 2. Criação de um ambiente distribuído de testadores de Software 3. Impactos da execução de testes como serviço no negócio do cliente 4. Prover um pacote de testes que possa ser usado por diversos clientes 5. Como manusear os dados de testes dos clientes 6. Modelos de preço e descrição de serviços 7. Checagem de qualidade para os testes realizados na Nuvem 8. Métodos e ferramentas para o gerenciamento dos testes de Software na Nuvem 9. Soluções na Nuvem para aplicações de e-business 10. Gerenciamento de problemas durante a execução dos testes Dentre os principais desafios da realização de testes na Nuvem um dos que mais se destacam é referente à informação confidencial do usuário [16]. Muitas empresas ainda se sentem desconfortáveis em colocar dados (mesmo dados de testes ou o código fonte de suas aplicações) na Nuvem, pois não há garantias de que estes dados não estejam sendo utilizados ou acessados por pessoas não autorizadas. A tabela 1 sumariza alguns dos problemas a serem tratados pela academia que mais preocupam as empresas. 4. CONCLUSÃO A Computação na Nuvem, como pôde ser visto, resolve diversos problemas na realização de testes de Softwares mais complexos, principalmente aplicações de grande escala, como Grids computacionais. Em um ambiente na Nuvem, a capacidade de escalar o cenário de testes é extremamente simples, sem qualquer limitação (a limitação é somente financeira, mas apesar disso, o custo de uma infra-estrutura de testes na Nuvem é substancialmente menor quando comparado com o de uma infraestrutura semelhante onsite). Muito ainda deve ser feito para tornar os testes mais confiáveis e garantir a qualidade do Software antes de entregá-lo. Entretanto o potencial do uso da Nuvem na engenharia de Software fica claro ao observar algumas das ferramentas disponíveis que utilizam, em parte, as características da Nuvem. Entre os maiores desafios pode-se destacar a falta de modelos formais para a realização de testes de Software como serviço e, por conseqüência, de ferramentas para esta atividade e também a fragilidade do sigilo dos dados dos usuários da Nuvem. Possivelmente, quando estes problemas forem resolvidos, muitas empresas se sentirão mais seguras para utilizar a Nuvem e usufruir de maiores recursos computacionais. REFERÊNCIAS [1] Parkhill, D. F. The Challenge of the Computer Utility. Reading, MA: Addison-Wesley Pub., [2] Popek, G.J. and Goldberg, R.P. Formal requirements for virtualizable third generation architectures. Communications of the ACM 17, 7 (1974), 421. [3] Michael, A., Armando, F., Rean, G., et al., others. Above the clouds: A berkeley view of cloud computing. EECS Department, University of California, Berkeley, Tech. Rep. UCB/EECS , (2009). [4] Hacigumus, H., Iyer, B., and Mehrotra, S. Providing database as a service. Data Engineering, Proceedings. 18th International Conference on, IEEE (2002), [5] Prodan, R. A survey and taxonomy of infrastructure as a service and web hosting cloud providers. Grid Computing, th IEEE/, (2009), [6] Turner, M., Budgen, D., and Brereton, P. Turning software into a service. Computer 36, 10 (2003), [7] Rimal, B.P., Choi, E., and Lumb, I. A Taxonomy and Survey of Cloud Computing Systems Fifth International Joint Conference on INC, IMS and IDC, (2009), [8] Li, Henry. Introduction to Windows Azure an Introduction to Cloud Computing Using Microsoft Windows Azure. Berkeley, CA: Apress, [9] T. Hanawa, T. Banzai, H. Koizumi, R. Kanbayashi, T. Imada, and M. Sato, Large-Scale Software Testing Environment Using Cloud Computing Technology for Dependable Parallel and Distributed Systems, 2010 Third International Conference on Software Testing, Verification, and Validation Workshops, Apr. 2010, pp

5 [10] L. Ciortea, C. Zamfir, S. Bucur, V. Chipounov, and G. Candea, Cloud9: A software testing service, ACM SIGOPS Operating Systems Review, vol. 43, 2010, p [11] J. C. King. Symbolic execution and program testing. Communications of the ACM, [12] M. Oriol and F. Ullah, YETI on the Cloud, 2010 Third International Conference on Software Testing, Verification, and Validation Workshops, Apr. 2010, pp [13] T. M. King, A. E. Ramirez, R. Cruz, and P. J. Clarke, An integrated self-testing framework for autonomic computing systems, JCP, vol. 2, no. 9, pp , [14] T.M. King and A.S. Ganti, Migrating Autonomic Self-Testing to the Cloud, 2010 Third International Conference on Software Testing, Verification, and Validation Workshops, Apr. 2010, pp [15] T. Parveen and S. Tilley, When to Migrate Software Testing to the Cloud?, 2010 Third International Conference on Software Testing, Verification, and Validation Workshops, Apr. 2010, pp [16] Riungu, L.M.; Taipale, O.; Smolander, K.;, Software Testing as an Online Service: Observations from Practice, Software Testing, Verification, and Validation Workshops (ICSTW), 2010 Third International Conference on, vol., no., pp , 6-10 April 2010

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