Especificação e análise de sistemas através de gramática de grafos

Abstract

O crescimento da complexidade e do tamanho dos sistemas computacionais atuais suscitou um aumento na dificuldade de extração e especificação de modelos formais desses sistemas, tornando essa atividade cada vez mais dispendiosa, tanto em tempo quanto em custo. Modelos são utilizados em diversas técnicas da Engenharia de Software, com o intuito de auxiliar em processos que compreendem desde o desenvolvimento de novos softwares, até reconstrução de um sistema a partir de software legado, passando pela realização de manutenção de um software em operação. Portanto, é necessário que essas abstrações sejam confiáveis e representem fielmente o software real. Nesse sentido, a adoção de métodos formais para a construção e análise de modelos computacionais é crescente e motivada, principalmente, pela confiabilidade que os formalismos matemáticos agregam aos modelos. No entanto, a utilização de métodos formais geralmente demanda um alto investimento de recursos humanos e, consequentemente, financeiros, uma vez que a utilização de tais formalismos é condicionada ao estudo profundo de sua fundamentação matemática. Considerando-se a extensa aplicabilidade de modelos em diversas subáreas da Ciência da Computação e as vantagens advindas da utilização de métodos formais para especificar sistemas, é interessante identificar métodos e ferramentas existentes para automatizar os processos de extração e análises de modelos, em conjunto com a adoção de formalismos que possam ser utilizados por profissionais da computação que atuam na indústria de software. Dessa forma, é estimulada nesse trabalho a utilização do formalismo de Gramática de Grafos, um método formal que diferencia-se dos demais por ser intuitivo e possuir uma representação visual gráfica, o que facilita a sua compreensão e não exige um conhecimento avançado sobre o formalismo. Primeiramente, é proposta uma abordagem para a extração de modelos em Gramática de Grafos a partir de código-fonte, extraindo informações de execuções de código Java anotado. Em seguida, é apresentada uma metodologia existente para extração e análise de Gramática de Grafos a partir de Casos de Uso, juntamente com um estudo empírico realizado a fim de validar a metodologia. Por fim, são propostas possíveis verificações adicionais, a fim de extender as análises dessa metodologia. Com isso, busca-se a obtenção de modelos, descritos através do formalismo de grafos, a partir de artefatos criados nos dois pólos do processo de desenvolvimento de software, antes e depois da implementação, no sentido de viabilizar futuras comparações, no contexto de verificação de software.

The growing size and complexity of current computer systems leading to an increase in the difficulty of extraction and specification of formal models of such systems, making it increasingly expensive activity, both in time and in cost. Models are used in various techniques of software engineering in order to assist in processes that range from the development of new software, to rebuild a system from legacy software, passing for performing maintenance of software in operation. Therefore, it is necessary that these abstractions are reliable and faithfully represent the actual software. In this sense, the adoption of formal methods for the construction and analysis of models is growing and motivated mainly by the reliability that the mathematical formalism add to models. However, the use of formal methods generally demands a high investment in human resources and hence financial, since the use of such formalism is conditioned to the deep study of its mathematical foundation. Considering the extensive applicability of models in various subfields of computer science and the benefits arising from the use of formal methods for specifying systems, it is interesting to identify existing methods and tools to automate the process of extracting models, in addition to the adoption of formalism that can be used by computer professionals working in the software industry. Thus, we encourage the use of the Graph Grammar formalism, a formal method that differs from others because it is intuitive and has a graphical visual representation, making it easy to understand and does not require an advanced knowledge of the formalism. First, we propose an approach for extracting models from source code in Graph Grammar, getting information of executions of annotated Java code. Then an existing methodology for extraction and analysis of Graph Grammar from Use Cases is presented, along with an empirical study to validate the methodology. Finally, we propose possible additional checks in order to extend the analysis of this methodology. Thus, this work aims to extract models, described by the formalism of graphs, from artifacts created in the two poles of the software development process, before and after implementation, in order to allow future comparisons, in the context of software verification.