Aspectos de modelagem de software no contexto de sistemas de tempo real e em sistema distribuídos tássia hajnal gaido* pier marco ricchetti**

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1 116 Aspectos de modelagem de software no contexto de sistemas de tempo real e em sistema distribuídos tássia hajnal gaido* pier marco ricchetti** Resumo l Quando aspectos de modelagem de software são tratados, estes são frequentemente associados ao desenvolvimento de aplicações convencionais, já que as técnicas de modelagem são muito utilizadas para especificar as características organizacionais e para apoiar a automação de processos de negócio. No entanto, é importante ressaltar que a atividade de modelagem pode ser utilizada para especificar diferentes tipos de sistema. O presente artigo tem por finalidade apresentar algumas características relacionadas à modelagem de sistemas de tempo real e sistemas distribuídos, bem como fornecer um panorama da adequação e da importância da Unified Modeling Language (UML) para a modelagem destes sistemas. Palavras-chave l UML. Sistemas de tempo real. Sistemas distribuídos Title l Software modeling aspects in the context of real-time systems and in distributed systems Abstract l Whenever aspects regarding software modeling are treated, they are frequently associated with the development of conventional applications, as long as the modeling techniques are largely used to specify the organizational characteristics by supporting the automation of business process. Nevertheless, it is important to emphasize that the modeling activity can be used to specify different kinds of systems. This article aims to present some characteristics related to the modeling of both real-time systems and distributed systems, as well as provide an overview of the suitability and importance of the Unified Modeling Language (UML) to the modeling of these systems. Keywords l UML. Real-time systems. Distributed systems 1. introdução O desenvolvimento de software, para qualquer que seja a finalidade (industrial, científica, etc.), não deve ser caracterizado como uma simples tarefa de codificação, mas sim como um trabalho mais abrangente, composto por atividades como análise de sistemas, análise de requisitos, projeto, codificação, testes, entre outras. Estas atividades, Data de recebimento: 03/11/2010. Data de aceitação: 10/12/2010. * Analista de controle de qualidade de software, bacharel em Sistemas de Informação (2007) pela USJT e ex-aluna do Regime de Iniciação Científica. ** Doutorando em Medicina/Tecnologia e Intervenção em Cardiologia pelo IDPC-USP, mestre em Engenharia pelo PCS da EP-USP, pós-graduado em Automação e Sistemas Digitais pela FEI, Administração de Empresas pela FAAP, pesquisador do Núcleo de Pesquisa em Computação e Engenharia da USJT e professor da FEI; trabalhou em informática e consultoria na Texas Instruments, Price Waterhouse, Saint Gobain e Sun Microsystems. por sua vez, podem ser atribuídas a três fases genéricas: definição, desenvolvimento e manutenção (PRESSMAN, 2002; SOMMERVILLE, 2003). Para que tais fases e atividades sejam adequadamente conduzidas, tornam-se essenciais a especificação e o gerenciamento de requisitos do sistema, que são apoiados por meio de um esforço de modelagem. A utilização de métodos de modelagem tem por finalidade facilitar a realização da análise de requisitos, atividade cujos modelos buscam exibir aspectos estruturais e comportamentais (funcionais e dinâmicos) do sistema requerido (SOMMERVILLE; SAWYER, 2000; PRESSMAN, 2004). Booch e colaboradores (2000) consideram a modelagem como a parte central de todas as atividades que levam à implementação de software de boa qualidade. Essa afirmação torna-se ainda mais adequada no contexto de sistemas de tempo real, embutidos e até sistemas distribuídos, uma vez que a impor-

2 abr. / mai. / jun. l 2010 l ano xvi, n o 61 l tância da aplicação correta de métodos, técnicas e ferramentas de modelagem da Engenharia de Software é evidenciada, sobretudo, quando ambientes com alto grau de complexidade são analisados. Aliás, segundo o The Standish Group International (1999), menosprezar a complexidade e ignorar a mudança de requisitos são as principais razões para o fracasso de projetos. Os modelos elaborados durante um processo de software reduzem a complexidade porque são construídos por meio da abstração de características essenciais para o projeto em questão. Desta forma, modelos são criados para que o problema seja dividido em partições e para que os requisitos possam ser corretamente compreendidos e comunicados. 2. a uml e suas aplicações Com a adoção do paradigma Orientado a Objetos (OO), verificou-se uma alteração significativa na maneira pela qual um sistema é analisado, modelado e projetado. Alguns sistemas de informação, que eram tradicionalmente desenvolvidos por meio da abordagem e da programação estruturadas, são, atualmente, projetados com o auxílio da Unified Modeling Language (UML), de linguagens de programação orientadas a objetos, entre outras ferramentas. A UML é definida com uma linguagem destinada à especificação, visualização, construção e documentação de modelos de sistemas de software (ALHIR, 1998; BOOCH et al., 2000; e SAVÉN, 2002). Recentemente, a UML passou por alterações, e foi reconhecida uma nova versão para a linguagem, a UML 2.0, cujos diagramas são apresentados na Figura 1. A UML 2.0 manteve grande parte das notações gráficas e todos os diagramas existentes na versão anterior e também incluiu outros conceitos e elementos para aprimorar a Figura 1. Taxonomia dos diagramas da UML 2.0 (OBJECT MANAGEMENT GROUP, 2005). modelagem. Atualmente, a UML é reconhecida pelo mercado como a notação padrão para a modelagem de sistemas orientados a objetos (BOGGS; BO- GGS, 2002). Alguns benefícios resultantes da utilização do paradigma Orientado a Objetos por meio da UML podem ser destacados:

3 118 Favorecimento à reutilização de artefatos de software; Maior estabilidade do software orientado a objetos; Facilidade em estender, alterar e testar um software; Consistência e correspondência entre os modelos elaborados; Suporte à concorrência; Melhor gerenciamento de requisitos, impactando positivamente a produtividade; Favorecimento à avaliação e manutenção do sistema de software desenvolvido (ou em desenvolvimento); Suporte à distribuição de serviços por meio de uma arquitetura de objetos distribuídos. É importante ressaltar que tais benefícios são reconhecidos quando o paradigma OO é comparado à abordagem estruturada para o desenvolvimento. Além disso, torna-se fundamental destacar que a qualidade das especificações e o comprometimento da equipe de desenvolvimento agem diretamente sobre os benefícios citados acima, ampliando, restringindo ou mesmo anulando seus efeitos. Quanto à sua aplicação, é importante observar que a UML pode apoiar a especificação dos mais diversos tipos de aplicações. Booch e colaboradores (2000, p. 13), por exemplo, fazem uma importante observação a respeito da adequação da UML: A UML é adequada para a modelagem de sistemas, cuja abrangência poderá incluir sistemas de informação corporativos a serem distribuídos a aplicações baseadas em Web e até sistemas complexos embutidos de tempo real. 3. sistemas de tempo real Um sistema de tempo real é um sistema computacional que monitora e controla o ambiente ao qual pertence, respondendo a eventos ocasionados por mudanças externas de comportamento. Além disso, tais sistemas devem cumprir várias restrições de tempo de resposta (LAPLANTE, 2004). Sistemas de controle de usina nuclear, sistemas de controle de tráfego aéreo, sistemas de controle de linhas ferroviárias e, até mesmo, os ATMs (Automated Teller Machines) são exemplos de sistemas de tempo real. Estes e outros sistemas apresentam características que implicam a necessidade de adequação das ferramentas e métodos da Engenharia de Software, a fim de que possam ser modelados, desenvolvidos e implementados de maneira satisfatória. Uma característica comum a todos os sistemas de tempo real relaciona-se ao conceito de tempo, ou seja, a necessidade de responder corretamente a eventos externos dentro de um intervalo aceitável de tempo. Para tal, é evidenciada a necessidade de monitorar constantemente o ambiente, para que os eventos ou as alterações externas sejam prontamente considerados. Sendo assim, pode-se reconhecer que um sistema de tempo real apresenta dependência em relação ao ambiente para o qual foi elaborado. Essa categoria de sistemas faz uso de mecanismos como sensores e outros dispositivos elétricos de controle, que interagem com o ambiente para que seja possível capturar informações externas e produzir respostas adequadas (dos pontos de vista funcional e temporal) aos eventos identificados. Os sistemas de tempo real são frequentemente classificados como hard real-time systems e soft real-time systems. A categoria hard real-time systems (sistemas críticos) engloba sistemas cujos tempos de resposta devem ser especificados por um valor absoluto. Nesta categoria, portanto, é fundamental que não haja nenhum tipo de atraso, já que o atraso é considerado um erro grave, que pode comprometer a integridade do sistema e, geralmente, de seu ambiente. Os sistemas de navegação de mísseis são exemplos de hard real-time systems. Já a categoria soft real-time systems engloba sistemas cujos tempos de resposta devem estar dentro de um intervalo definido, visando à continuidade satisfatória do funcionamento. Um ATM é um exemplo típico de soft real-time system. Outros exemplos são sistemas de videoconferência e sistemas de telefonia digital.

4 abr. / mai. / jun. l 2010 l ano xvi, n o 61 l Para qualquer que seja o sistema de tempo real considerado, entretanto, deve haver uma especificação que represente claramente sua estrutura e uma outra especificação, contendo elementos relacionados à sua modelagem comportamental. Nesses sistemas, a consideração e cuidadosa modelagem de requisitos não-funcionais (que lidam com o desempenho) são tão cruciais para a qualidade como a definição correta dos requisitos funcionais. Portanto, é essencial que requisitos temporais sejam priorizados e características como eventos assíncronos, comunicação, sincronização e concorrência também sejam tratadas durante a modelagem. 3.1 a uml no contexto de sistemas de tempo real A seguir, serão apresentadas algumas informações referentes à aplicação e à adequação da UML para a modelagem de sistemas de tempo real convencionais e sistemas embutidos de tempo real Sistemas de tempo real convencionais Técnicas estruturadas como a Análise Estruturada Moderna têm sido muito utilizadas para a modelagem de sistemas de tempo real. Mais recentemente, a Orientação a Objetos passou a desempenhar um papel mais importante para esse tipo de projeto. Entre as melhorias proporcionadas pela aplicação da UML, destacam-se a facilidade em estender a linguagem de modelagem para exibir restrições específicas de tempo e a facilidade em exibir a relação entre dispositivos e o sistema por meio da modelagem de casos de uso. Apesar de a UML dispor de elementos gráficos que possibilitam a modelagem de sistemas de tempo real, muitas vezes se torna necessário utilizar mecanismos de extensão (estereótipos) para atender de maneira mais efetiva a este tipo de modelagem. Desta forma, os diagramas tradicionais da UML podem ser adaptados com informações referentes à modelagem de tempo real. Nesse contexto, os Diagramas de Sequência e Colaboração desempenham um papel importante, pois exibem cenários associados a restrições de tempo e a tipos de comunicação estabelecidos entre elementos do sistema Real-time embedded systems (sistemas embutidos de tempo real) Geralmente, sistemas de tempo real são formados por hardware especializado e software integrado, sendo conhecidos como real-time embedded systems, ou sistemas embutidos de tempo real. Sistemas embutidos estão se tornando mais importantes e complexos com o passar do tempo. Com isso, os projetos de desenvolvimento de software para estes sistemas e sua modelagem também requerem uma atenção especial para que se obtenha uma solução eficiente. A UML pode ser considerada como a escolha mais apropriada para a modelagem de sistemas embutidos. Segundo Douglass (2000, p. 19), UML é mais completa que outros métodos em seu suporte para a modelagem de sistemas complexos e é especialmente adequada até mesmo para sistemas embutidos de tempo real. Aliás, de acordo com Krasner (2004), diversos grupos de desenvolvedores estão reconhecendo os benefícios da aplicação da UML 2.0 em seus projetos de sistemas embutidos. Para esse tipo de sistema, Diagramas de Casos de Uso, de Classes, de Sequência, de Objetos e de Pacotes devem ser cuidadosamente elaborados. 4. sistemas distribuídos Um sistema distribuído é definido em Coulouris e colaboradores (2001) como um sistema no qual componentes de software ou de hardware situados em computadores em rede comunicam-se e coordenam suas ações apenas por meio da passagem de mensagens. Em tais sistemas, aspectos como concorrência, heterogeneidade, flexibilidade, escalabilidade, transparência (de acesso, de localização, de replicação, etc.) devem ser cuidadosamente analisados e estrategicamente viabilizados.

5 a uml no contexto de sistemas distribuídos A Orientação a Objetos e a UML vêm ganhando adeptos nas mais diversas áreas de desenvolvimento. No caso de sistemas distribuídos, a Orientação a Objetos mostrou-se uma maneira mais natural de representar a distribuição inerente de elementos, por meio da modelagem de objetos distribuídos. Segundo Emmerich (2000, p. 30), Todos os aspectos da Orientação a Objetos (conceitos, linguagens, representações e produtos) alcançaram um estágio de maturidade em que é possível atribuir questões complexas de distribuição usando o paradigma OO. O modelo de arquitetura Common Object Request Broker Architecture (CORBA), por exemplo, é um middleware baseado na abordagem Orientada a Objetos, e, com frequência, a modelagem de componentes distribuídos segue este mesmo paradigma. O conceito de objeto distribuído facilita até mesmo a convergência tecnológica, ao passo que possibilita a de diversas tecnologias visando à interoperabilidade, mobilidade e portabilidade de aplicações. 5. conclusões A atividade de modelagem agrega benefícios relevantes para a qualidade de sistemas, tais como suporte à concorrência, maior estabilidade diante de mudanças, favorecimento à reutilização, entre outros. Estas características são observadas, sobretudo, quando objetos são corretamente identificados e são utilizados em conformidade com os conceitos estabelecidos pela Orientação a Objetos. As vantagens da UML, e, consequentemente, do paradigma Orientado a Objetos, são ressaltadas quando esta é utilizada para a modelagem de sistemas complexos de software. Tais sistemas podem ser tradicionais, embutidos, de tempo real (soft real-time system ou hard real-time system) ou até mesmo sistemas distribuídos que sejam desenvolvidos visando à convergência tecnológica de aplicações. Referências bibliográficas AALHIR, S. S. UML in a Nutshell. O Reilly, 1998, 286 p. BOGGS, W.; BOGGS, M. Mastering UML com Rational Rose Rio de Janeiro: Alta Books, 2002, 627 p. BOOCH, G.; RUMBAUGH, J.; JACOBSON, I. UML guia do usuário. Rio de Janeiro: Campus, 2000, 472 p. COULOURIS, G.; DOLLIMORE, J.; KINDBERG, T. Distributed Systems: Concepts and Design. 3. ed. Addison-Wesley, 2001,772 p. DOUGLASS, B. P. Real-time UML: Developing Efficient Objects for Embedded Systems. 2. ed. Massachusetts: Addison-Wesley, 2000, 328 p. EMMERICH, W. Engineering Distributed Objects. Nova York: John Wiley & Sons, 2000, 371 p. KRASNER, J. L. Reducing OEM Development Costs and Enabling Embedded Design Efficiencies Using the Unified Modeling Language (UML 2.0). American Technology International/Embedded Market Forecasters, 2004, 26 p. Disponível em <http://www.embeddedforecast.com/ REDUML_0304.pdf >. Acessado em 22 de novembro de LAPLANTE, P. A. Real-Time Systems Design and Analysis. 3. ed. Wiley-IEEE, 2004, 528 p. OBJECT MANAGEMENT GROUP. Unified Modeling Language: Superstructure, 2005, 709 p. Disponível em <http://www.omg.org/apps/cgi-bin/ doc?formal/ pdf>. Acessado em 13 de novembro de PRESSMAN, R.S. Engenharia de software. 5. ed. Rio de Janeiro: McGraw-Hill, 2002, 843 p.. Software Engineering: A Practitioner s Approach. McGraw-Hill Professional, 2004, 880 p. SAVÉN, R. S. Process Modelling for Enterprise Integration: Review and Framework. Department of Production Economics, Linköping Institute of Technology, Linköping (Suécia), 2002, 19 p. Disponível em <http:// www2.ipe.liu.se/rwg/igls/igls2002/paper008.pdf>. Acessado em 25 de fevereiro de SOMMERVILLE, I. Engenharia de software. 6. ed. São Paulo: Addison Wesley, 2003, 592 p. SOMMERVILLE, I.; SAWYER, P. H. Requirements Engineering: A Good Practice Guide. John Wiley & Sons, 2000, 391 p. THE STANDISH GROUP INTERNATIONAL. Chaos: A Recipe for Success, 1999, 12 p. Disponível em <http:// chaos1999.pdf>. Acessado em 24 de julho de 2005.

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