Refinamento de diagramas de classes: análise e verificação

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Governança e modelação de processos de TI

Estudos efectuados, ao longo dos últimos anos, têm demonstrado como os recursos de Tecnologia de Informação (TI) devem ser usados de maneira a propiciar a criação de ambientes organizacionais mais alinhados com as necessidades de negócio. Actualmente, vivemos um processo competitivo onde as organizações gerem muitos activos – pessoas, dinheiro, instalações, fornecedores, clientes – e investem fortemente em Tecnologia de Informação. Para que a organização consiga extrair benefícios concretos do processo de manipulação do conhecimento é necessário que esta possua mecanismos estruturais de gestão que permitam criar uma base de conhecimento adequada, levando a organização a preservar o seu capital intelectual. A governança de TI, na forma como é debatida actualmente no mercado, está mais focada no uso de boas práticas representadas por metodologias como CobiT (Control Objectives for Information and related Technology) e ITIL (Information Technology Infrastructure Library). No entanto, neste estudo vamos mais além e apresentamos uma visão de como a governança de TI pode ser útil ao alinhamento do negócio com a TI, através do uso de uma nova técnica que permite identificar os níveis de aptidão da gestão de serviços de TI, de modo a avaliar e gerir, não só os problemas complexos dos sistemas de informação e a tecnologia das organizações, mas também questões de gestão, operacionais e culturais. Esta dissertação propõe um método para avaliar o grau de maturidade da governança de TI dentro de uma organização. Simultaneamente, foram recolhidas métricas da complexidade dos processos de TI, as quais foram correlacionadas com os níveis de maturidade. Baseado nestas correlações, foi criado um modelo que interliga a governança de TI com o nível de complexidade dos processos de TI. Começamos por fornecer uma panorâmica sobre o trabalho que tem sido desenvolvido nas áreas de domínio desta dissertação; apresentamos alguns conceitos básicos sobre a governança de TI e qual a sua importância; relatamos detalhadamente a abordagem adaptada para determinar o perfil de governança de TI das empresas portuguesas; formalizamos um conjunto de indicadores quantitativos que permitem exprimir a complexidade de um processo, com recurso à linguagem OCL (Object Constraint Language), sobre um metamodelo BPMN (Business Process Modeling Notation); analisamos os resultados e apresentamos as conclusões. Esta dissertação termina com a identificação das linhas de orientação gerais para a continuação futura do trabalho desenvolvido.

Um metamodelo da linguagem de modelagem real time UML, de suporte à criação de dicionário de dados para ferramentas de modelagem de sistema tempo real, visando a verificação de consistência dos modelos

A computação de tempo real é uma das áreas mais desafiadoras e de maior demanda tecnológica da atualidade. Está diretamente ligada a aplicações que envolvem índices críticos de confiabilidade e segurança. Estas características, inerentes a esta área da computação, vêm contribuindo para o aumento da complexidade dos sistemas tempo real e seu conseqüente desenvolvimento. Isto fez com que mecanismos para facilitar especificação, delimitação e solução de problemas passem a ser itens importantes para tais aplicações. Este trabalho propõe mecanismos para atuarem no desenvolvimento de sistemas de tempo real, com o objetivo de serem empregados como ferramenta de apoio no problema da verificação de presença de inconsistências, que podem vir a ocorrer nos vários modelos gerados partir da notação da linguagem de modelagem gráfica para sistemas de tempo real - UML-RT(Unified Modeling Language for Real Time). Estes mecanismos foram projetados através da construção de um metamodelo dos conceitos presentes nos diagramas de classe, de objetos, de seqüência, de colaboração e de estados. Para construir o metamodelo, utiliza-se a notação do diagrama de classes da UML (Unified Modeling Language). Contudo, por intermédio das representações gráficas do diagrama de classes não é possível descrever toda a semântica presente em tais diagramas. Assim, regras descritas em linguagem de modelagem OCL (Object Constraint Language) são utilizadas como um formalismo adicional ao metamodelo. Com estas descrições em OCL será possível a diminuição das possíveis ambigüidades e inconsistências, além de complementar as limitações impostas pelo caráter gráfico da UML. O metamodelo projetado é mapeado para um modelo Entidade&Relacionamento. A partir deste modelo, são gerados os scripts DDL (Data Definition Language) que serão usados na criação do dicionário de dados, no banco de dados Oracle. As descrições semânticas escritas através de regras em OCL são mapeadas para triggers, que disparam no momento em que o dicionário de dados é manipulado. O MET Editor do SiMOO-RT é a ferramenta diagramática que faz o povoamento dos dados no dicionário de dados. SiMOO-RT é uma ferramenta orientada a objetos para a modelagem, simulação e geração automática de código para sistemas de tempo real.

MQL: A powerful extension to OCL for MOF queries

The Meta-Object Facility (MOF) provides a standardized framework for object-oriented models. An instance of a MOF model contains objects and links whose interfaces are entirely derived from that model. Information contained in these objects can be accessed directly, however, in order to realize the Model-Driven Architecture@trade; (MDA), we must have a mechanism for representing and evaluating structured queries on these instances. The MOF Query Language (MQL) is a language that extends the UML's Object Constraint Language (OCL) to provide more expressive power, such as higher-order queries, parametric polymorphism and argument polymorphism. Not only do these features allow more powerful queries, but they also encourage a greater degree of modularization and re-use, resulting in faster prototyping and facilitating automated integrity analysis. This paper presents an overview of the motivations for developing MQL and also discusses its abstract syntax, presented as a MOF model, and its semantics

A type system for access control in an object-oriented language

Trabalho apresentado no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

RetroDisseny de Bases de Dades Relacionals

El plantejament inicial d'aquest projecte és el de aconseguir obtenir l'esquema conceptual originari de qualsevol base de dades relacional per a fer tasques de reenginyeria. Es pretén, a més, dotar al diagrama ER a obtenir d'extensions emprant llenguatge de definició de restriccions (OCL), per la qual cosa emprarem les llibreries de funcions Dresden OCL.

Modellbasiertes Service Level Management verteilter Anwendungssysteme

Zur Senkung von Kosten werden in vielen Unternehmen Dienstleistungen, die nicht zur Kernkompetenz gehören, an externe Dienstleister ausgelagert. Dieser Prozess wird auch als Outsourcing bezeichnet. Die dadurch entstehenden Abhängigkeiten zu den externen Dienstleistern werden mit Hilfe von Service Level Agreements (SLAs) vertraglich geregelt. Die Aufgabe des Service Level Managements (SLM) ist es, die Einhaltung der vertraglich fixierten Dienstgüteparameter zu überwachen bzw. sicherzustellen. Für eine automatische Bearbeitung ist daher eine formale Spezifikation von SLAs notwendig. Da der Markt eine Vielzahl von unterschiedlichen SLM-Werkzeugen hervorgebracht hat, entstehen in der Praxis Probleme durch proprietäre SLA-Formate und fehlende Spezifikationsmethoden. Daraus resultiert eine Werkzeugabhängigkeit und eine limitierte Wiederverwendbarkeit bereits spezifizierter SLAs. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz für ein plattformunabhängiges Service Level Management entwickelt. Ziel ist eine Vereinheitlichung der Modellierung, so dass unterschiedliche Managementansätze integriert und eine Trennung zwischen Problem- und Technologiedomäne erreicht wird. Zudem wird durch die Plattformunabhängigkeit eine hohe zeitliche Stabilität erstellter Modelle erreicht. Weiteres Ziel der Arbeit ist, die Wiederverwendbarkeit modellierter SLAs zu gewährleisten und eine prozessorientierte Modellierungsmethodik bereitzustellen. Eine automatisierte Etablierung modellierter SLAs ist für eine praktische Nutzung von entscheidender Relevanz. Zur Erreichung dieser Ziele werden die Prinzipien der Model Driven Architecture (MDA) auf die Problemdomäne des Service Level Managements angewandt. Zentrale Idee der Arbeit ist die Definition von SLA-Mustern, die konfigurationsunabhängige Abstraktionen von Service Level Agreements darstellen. Diese SLA-Muster entsprechen dem Plattformunabhängigen Modell (PIM) der MDA. Durch eine geeignete Modelltransformation wird aus einem SLA-Muster eine SLA-Instanz generiert, die alle notwendigen Konfigurationsinformationen beinhaltet und bereits im Format der Zielplattform vorliegt. Eine SLA-Instanz entspricht damit dem Plattformspezifischen Modell (PSM) der MDA. Die Etablierung der SLA-Instanzen und die daraus resultierende Konfiguration des Managementsystems entspricht dem Plattformspezifischen Code (PSC) der MDA. Nach diesem Schritt ist das Managementsystem in der Lage, die im SLA vereinbarten Dienstgüteparameter eigenständig zu überwachen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine UML-Erweiterung definiert, die eine Modellierung von SLA-Mustern mit Hilfe eines UML-Werkzeugs ermöglicht. Hierbei kann die Modellierung rein graphisch als auch unter Einbeziehung der Object Constraint Language (OCL) erfolgen. Für die praktische Realisierung des Ansatzes wurde eine Managementarchitektur entwickelt, die im Rahmen eines Prototypen realisiert wurde. Der Gesamtansatz wurde anhand einer Fallstudie evaluiert.

Concurrent Aggregates (CA): An Object-Oriented Language for Fine-Grained Message-Passing Machines

Fine-grained parallel machines have the potential for very high speed computation. To program massively-concurrent MIMD machines, programmers need tools for managing complexity. These tools should not restrict program concurrency. Concurrent Aggregates (CA) provides multiple-access data abstraction tools, Aggregates, which can be used to implement abstractions with virtually unlimited potential for concurrency. Such tools allow programmers to modularize programs without reducing concurrency. I describe the design, motivation, implementation and evaluation of Concurrent Aggregates. CA has been used to construct a number of application programs. Multi-access data abstractions are found to be useful in constructing highly concurrent programs.

Automatic compile-time parallelization of CLP programs by analysis and transformation to a concurrent constraint language.

The concept of independence has been recently generalized to the constraint logic programming (CLP) paradigm. Also, several abstract domains specifically designed for CLP languages, and whose information can be used to detect the generalized independence conditions, have been recently defined. As a result we are now in a position where automatic parallelization of CLP programs is feasible. In this paper we study the task of automatically parallelizing CLP programs based on such analyses, by transforming them to explicitly concurrent programs in our parallel CC platform (CIAO) as well as to AKL. We describe the analysis and transformation process, and study its efficiency, accuracy, and effectiveness in program parallelization. The information gathered by the analyzers is evaluated not only in terms of its accuracy, i.e. its ability to determine the actual dependencies among the program variables, but also of its effectiveness, measured in terms of code reduction in the resulting parallelized programs. Given that only a few abstract domains have been already defined for CLP, and that none of them were specifically designed for dependency detection, the aim of the evaluation is not only to asses the effectiveness of the available domains, but also to study what additional information it would be desirable to infer, and what domains would be appropriate for further improving the parallelization process.

Avaliação da qualidade em modelos de requisitos i*

As abordagens de engenharia de requisitos orientada a objetivos oferecem mecanismos que ajudam na elicitação e modelação de requisitos. A presente dissertação centra-se no framework i*, uma das mais importantes linguagens de especificação de modelos de requisitos orientados a objetivos, que conta com grupos de trabalho em mais de vinte países e com sete edições de workshops internacionais. Existem alguns problemas que podem afetar a qualidade de modelos i*. A sua criação pode resultar em modelos complexos e/ou incompletos, assim como incorretos devido ao mau uso da notação do i*. Estes problemas contribuem para a existência de dificuldades na gestão e compreensão dos sistemas de software o que, por sua vez, leva a um aumento dos custos de desenvolvimento. A qualidade dos modelos deve, então, ser uma preocupação constante, por forma a que sejam construídos modelos corretos, completos e cuja complexidade acidental seja minimizada. Não obstante a sua importância, a gestão eficaz destes três aspetos é, ainda, um problema em aberto. Nesta dissertação é proposto um conjunto de métricas para dar suporte à avaliação quantitativa dos atributos de qualidade complexidade, completude e correção nos modelos de requisitos i*. As métricas são definidas seguindo a abordagem Goal-Question- Metric, sendo definidas tanto de modo informal, em língua natural, como formalmente, em OCL (Object Contraint Language), e incorporadas numa ferramenta de modelação i* para que possam ser recolhidas de modo automático. As métricas são avaliadas experimentalmente, através de um conjunto de casos de estudo reais e académicos, e teoricamente, através de propriedades deWeyuker.

A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

Modelling and verifying smell-free architectures with the Archery language

Architectural (bad) smells are design decisions found in software architectures that degrade the ability of systems to evolve. This paper presents an approach to verify that a software architecture is smellfree using the Archery architectural description language. The language provides a core for modelling software architectures and an extension for specifying constraints. The approach consists in precisely specifying architectural smells as constraints, and then verifying that software architectures do not satisfy any of them. The constraint language is based on a propositional modal logic with recursion that includes: a converse operator for relations among architectural concepts, graded modalities for describing the cardinality in such relations, and nominals referencing architectural elements. Four architectural smells illustrate the approach.

Tool support for generating passive C++ test oracles from object-z specifications

A test oracle provides a means for determining whether an implementation behaves according to its specification. A passive test oracle checks that the correct behaviour has been implemented, but does not implement the behaviour itself. In previous work, we have presented a method that allows us to derive passive C++ test oracles from formal specifications written in Object-Z. We describe the "Warlock" prototype tool that supports the method. Warlock is built on top of an existing Object-Z type checker and generates oracle code for a substantial subset of the Object-Z language. We describe the architecture of Warlock and its application to a number of Object-Z specifications. We also discuss its current limitations.

The realisation of JSD specifications in object oriented languages

Jackson System Development (JSD) is an operational software development method which addresses most of the software lifecycle either directly or by providing a framework into which more specialised techniques can fit. The method has two major phases: first an abstract specification is derived that is in principle executable; second the specification is implemented using a variety of transformations. The object oriented paradigm is based on data abstraction and encapsulation coupled to an inheritance architecture that is able to support software reuse. Its claims of improved programmer productivity and easier program maintenance make it an important technology to be considered for building complex software systems. The mapping of JSD specifications into procedural languages typified by Cobol, Ada, etc., involves techniques such as inversion and state vector separation to produce executable systems of acceptable performance. However, at present, no strategy exists to map JSD specifications into object oriented languages. The aim of this research is to investigate the relationship between JSD and the object oriented paradigm, and to identify and implement transformations capable of mapping JSD specifications into an object oriented language typified by Smalltalk-80. The direction which the transformational strategy follows is one whereby the concurrency of a specification is removed. Two approaches implementing inversion - an architectural transformation resulting in a simulated coroutine mechanism being generated - are described in detail. The first approach directly realises inversions by manipulating Smalltalk-80 system contexts. This is possible in Smalltalk-80 because contexts are first class objects and are accessible to the user like any other system object. However, problems associated with this approach are expounded. The second approach realises coroutine-like behaviour in a structure called a `followmap'. A followmap is the results of a transformation on a JSD process in which a collection of followsets is generated. Each followset represents all possible state transitions a process can undergo from the current state of the process. Followsets, together with exploitation of the class/instance mechanism for implementing state vector separation, form the basis for mapping JSD specifications into Smalltalk-80. A tool, which is also built in Smalltalk-80, supports these derived transformations and enables a user to generate Smalltalk-80 prototypes of JSD specifications.