P2 - Modelos de Processo de Software

O processo de Software

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A utilização de um processo de software têm sido apontada como um fator primordial para o sucesso de empresas de desenvolvimento de software.

Para poder melhor compreender o assunto é necessário definir o que é um processo de software.

Um processo de software pode ser entendido como um conjunto estruturado de atividades exigidas para desenvolver um sistema de software. Assim Sommerville[1] trás a seguinte definição:

"[O processo é] um conjunto de atividades e resultados associados que produzem um produto de software".

Jalote[7] conclui que um processo de software é :

"é um conjunto de atividades, ligadas por padrões de relacionamento entre ela, pelas quais se as atividades operarem corretamente e de acordo com os padrões requeridos, o resultado desejado é produzido. O resultado desejado é um software de alta qualidade e baixo custo. Obviamente , um processo que não aumenta a produção (não suporta projetos de software grandes) ou não pode produzir software com boa qualidade não é um processo adequado."

A partir destas definições podemos considerar que de forma geral um processo de software padrão pode ser visto como um conjunto de atividades, métodos, ferramentas e práticas que são utilizadas para construir um produto de software. Na definição de um processo de software devem ser consideradas as seguintes informações: atividades a serem realizadas, recursos necessários, artefatos requeridos e produzidos, procedimentos adotados e o modelo de ciclo de vida utilizado [3].

Sucintamente podemos definir o processo de software (defini-lo(o processo) como um conjunto de atividades uniformizadas a serem aplicadas sistematicamente que se encontram agrupadas em fases, cada uma das quais com os seus intervenientes com responsabilidades, que possui diversas entradas e produz diversas saídas. Isto é, define quem faz o quê, quando e como para atingir um certo objetivo.

Humphrey[4] define as seguintes razões para a definição de um processo padrão:

• Redução dos problemas relacionados a treinamento, revisões e suporte à ferramentas;

• ?As experiências adquiridas nos projetos são incorporadas ao processo padrão e contribuem para melhorias em todos os processos definidos;

• ?Economia de tempo e esforço na definição de novos processos adequados a projetos.

Fases de um processo de Software

Para Schwartz[5] as principais fases de um processo de software são :

1. Especificação de Requisitos: tradução da necessidade ou requisito operacional para uma descrição da funcionalidade a ser executada.
2. Projeto de Sistema: tradução destes requisitos em uma descrição de todos os componentes necessários para codificar o sistema.
3. Programação (Codificação): produção do código que controla o sistema e realiza a computação e lógica envolvida.
4. Verificação e Integração (Verificação): verificação da satisfação dos requisitos iniciais pelo produto produzido.

   Ao contrário do que possa parecer não existe uma sequência obrigatória de fases, sendo que diversos autores apontam a natureza não-simultânea das fases como uma realidade na aplicação de processos de software, e também defendem que o processo de software é muito mais iterativo e cíclico do que a idéia de fases simples pode sugerir.[6]
   

   Atividades do Processo de Software

   Em cada fase de um processo de software definido são executadas as atividades básicas para que sejam atingidos os objetivos propostos. Segundo Pressman[2] estas atividades constituem um conjunto mínimo para se obter um produto de software.

   Realizando uma combinação de classificações dadas por Schwartz[5] , Pressman[2] e Sommerville[1] podemos identificar as seguintes atividades[6]:

1. Especificação
   1. Engenharia de Sistema: estabelecimento de uma solução geral para o problema, envolvendo questões extra-software.
   2. Análise de Requisitos: levantamento das necessidades do software a ser implementado. A Análise tem como objetivo produzir uma especificação de requisitos, que convencionalmente é um documento.
   3. Especificação de Sistema: descrição funcional do sistema. Pode incluir um plano de testes para verificar adequação.
2. Projeto
   1. Projeto Arquitetural: onde é desenvolvido um modelo conceitual para o sistema, composto de módulos mais ou menos independentes.
   2. Projeto de Interface: onde cada módulo tem sua interface de comunicação estudada e definida.
   3. Projeto Detalhado: onde os módulos em si são definidos, e possivelmente traduzidos para pseudo-código.
3. Implementação
   1. Codificação: a implementação em si do sistema em uma linguagem de computador.
4. Validação
   1. Teste de Unidade e Módulo: a realização de testes para verificar a presença de erros e comportamento adequado a nível das funções e módulos básicos do sistema.
   2. Integração: a reunião dos diferentes módulos em um produto de software homogêneo, e a verificação da interação entre estes quando operando em conjunto.
5. Manutenção e Evolução
   1. Nesta fase, o software em geral entra em um ciclo iterativo que abrange todas as fases anteriores.

Desta forma as atividades relacionadas a um processo de software estão diretamente vinculadas com a produção do software como produto final . Afim de especificar quais atividades devem ser executadas e em qual ordem temos diversos modelos de desenvolvimento de software.

Modelos de Processo de Desenvolvimento de Software

Os modelos de processos de desenvolvimento de software surgiram pela necessidade de dar resposta às situações a analisar, porque só na altura em que enfrentamos o problema é que podemos escolher o modelo.

Nos modelos de processo de software é dado uma atenção especial à representação abstrata dos elementos do processo e sua dinâmica, não estabelecendo métodos de desenvolvimento, pois este trabalha num nível mais alto de abstração do que os modelos de ciclo de vida.WWW[7]

A seguir descrevemos os principais modelos :

O modelo Cascata

Modelo idealizado por Royce em 1970 , também conhecido como abordagem ‘top-down’ , tem como principal característica a sequência de atividades onde cada fase transcorre completamente e seus produtos são vistos como entrada para uma nova fase. Sofreu diversas ajustes e aprimoramentos sendo muito utilizado nos dias atuais.

Descrição Visual do Modelo

A ideia principal do modelo é que as diferentes etapas de desenvolvimento seguem uma sequência, ou seja,

a saída da primeira etapa "fluí" para a segunda etapa e a saída da segunda etapa "fluí" para a terceira e assim por diante. As atividades a executar são agrupadas em tarefas, executadas sequencialmente, de forma que uma tarefa só poderá ter início quando a anterior tiver terminado. Uma das vantagens do modelo é que só avança para a tarefa seguinte quando o cliente valida e aceita os produtos finais da tarefa atual.

O modelo pressupõe que o cliente participa ativamente no projeto e que sabe muito bem o que quer. Este modelo minimiza o impacto da compreensão adquirida no decurso de um projeto, uma vez que se um processo não pode voltar atrás de modo a alterar os modelos e as conclusões das tarefas anteriores, é normal que as novas idéias sobre o sistema não sejam aproveitadas. Numa tentativa de resolver este tipo de problema foi definido um novo tipo de processo baseado no clássico em cascata, designado por modelo em cascata

revisto, cuja principal diferença consiste em prever a possibilidade de a partir de qualquer tarefa do ciclo se poder regressar a uma tarefa anterior de forma a contemplar alterações funcionais e/ou técnicas que

entretanto tenham surgido, em virtude de um maior conhecimento que entretanto se tenha obtido. O risco desta abordagem é que, na ausência de um processo de gestão do projeto e de controlo das alterações bem definido, podemos passar o tempo num ciclo infinito, sem nunca se atingir o objetivo final, ou seja disponibilizar o sistema a funcionar.[8]

As desvantagens deste modelo são :

• Dificuldade em acomodar mudanças depois que o processo está a ser executado;

• Partição inflexível do projeto em estágios distintos;

• Dificuldade em responder a mudanças dos requisitos;

• É mais apropriado quando os requisitos são bem compreendidos;

• Os projetos reais raramente se adaptam ao modelo linear e sequencial;

• É difícil capturar os requisitos de uma só vez;

• Cliente tem de pacientemente esperar o resultado final;

• Os programadores são frequentemente atrasados sem necessidade;

• Alto custo de correção das especificações quando nas fases de Teste e Implantação.

Modelo Espiral

Neste modelo o projeto é atacado como uma série de pequenos ciclos, cada um finalizando um versão de um software executável.

O modelo em espiral foi proposto por Boehm em 1988 como forma de integrar os diversos modelos existentes à época, eliminando suas dificuldades e explorando seus pontos fortes. Este modelo foi desenvolvido para abranger as melhores características tanto do ciclo de vida clássico como da prototipação, acrescentando, ao mesmo tempo, um novo elemento - a análise de riscos - que falta a esses paradigmas.

Entretanto a integração não se dá através da simples incorporação de características dos modelos anteriores. O modelo em espiral assume que o processo de desenvolvimento ocorre em ciclos, cada um contendo fases de

avaliação e planejamento, onde a opção de abordagem para a próxima fase (ou ciclo) é determinada. Estas opções podem acomodar características de outros modelos.

O modelo original em espiral organiza o desenvolvimento como um processo iterativo em que vários conjuntos de quatro fases se sucedem até se obter o sistema final. Um ciclo se inicia com a determinação de

objetivos, alternativas e restrições (primeira tarefa) onde ocorre o comprometimento dos envolvidos e o estabelecimento de uma estratégia para alcançar os objetivos. Na segunda tarefa, análise e avaliação de alternativas, identificação e solução de riscos, executa-se uma análise de risco.Prototipação é uma boa ferramenta para tratar riscos. Se o risco for considerado inaceitável, pode parar o projeto. Na terceira tarefa ocorre o desenvolvimento do produto. Neste quadrante pode-se considerar o modelo cascata. Na quarta tarefa o produto é avaliado e se prepara para iniciar um novo ciclo.

Variações do modelo espiral consideram entre três e seis tarefas ou setores da espiral, que podem ser:

- comunicação com o cliente;
- planejamento;
- análise de risco;
- engenharia;
- construção e liberação;
- avaliação do cliente.

O modelo espiral é, atualmente a abordagem mais realística para desenvolvimento de software em grande escala, e usa uma abordagem que capacita a empresa que presta o serviço, e o cliente a entender e reagir aos riscos em cada etapa evolutiva. Este tipo de modelo exige considerável experiência na determinação de riscos e depende dessa experiência para ter sucesso, pode ser difícil convencer os clientes que uma abordagem evolutiva é controlável.

Vantagens deste modelo

• modelo em espiral permite que ao longo de cada iteração se obtenham versões do sistema cada vez mais completas, recorrendo à prototipagem para reduzir os riscos.

• Este tipo de modelo permite a abordagem do refinamento seguido pelo modelo em cascata, mas que incorpora um enquadramento iterativo que reflete, de uma forma bastante realística, o processo de desenvolvimento.

Desvantagens

• Pode ser difícil convencer grandes clientes ( particularmente em situações de contrato) de que a abordagem evolutiva é controlável.

• A abordagem deste tipo de modelo exige considerável experiência na avaliação dos riscos e baseia-se nessa experiência para o sucesso. Se um grande risco não for descoberto, poderão ocorrer problemas.

• Este tipo de modelo é relativamente novo e não tem sido amplamente usado.

• É importante ter em conta que podem existir diferenças entre o protótipo e o sistema final. O protótipo pode não cumprir os requisitos de desempenho, pode ser incompleto, e pode refletir somente alguns aspectos do sistema a ser desenvolvido.
• O modelo em espiral pode levar ao desenvolvimento em paralelo de múltiplas partes do projeto, cada uma sendo abordada de modo diferenciado, por isso é necessário o uso de técnicas específicas para estimar e sincronizar cronogramas, bem como para determinar os indicadores de custo e progresso mais adequados.

Modelo de do processo de desenvolvimento iterativo e incremental

Este modelo é uma extensão do modelo espiral sendo porém mais formal e rigoroso.

O desenvolvimento de um produto comercial de software é uma grande tarefa que pode ser estendida por vários meses, possivelmente um ano ou mais.Por isso, é mais prático dividir o trabalho em partes menores ou iterações.Cada iteração resultará num incremento.

Iterações são passos em fluxo de trabalho e incrementos são crescimentos do produto.

O princípio subjacente ao processo incremental e iterativo é que a equipa envolvida possa refinar e alargar paulatinamente a qualidade, detalhe e âmbito do sistema envolvido.

Por exemplo, numa primeira iteração deve-se identificar a visão global e determinar a viabilidade econômica do sistema, efetuar a maior parte da análise e um pouco de desenho e implementação.Numa segunda geração,

deve-se concluir a análise, fazer uma parte significativa do desenho e um pouco mais de implementação.

Numa terceira iteração, deve-se concluir o desenho, fazer-se parte substancial da implementação, testar e integrar um pouco, etc. Ou seja, a principal consequência da aproximação iterativa é que os produtos finais de todo o processo vão sendo amadurecidos e completados ao longo do tempo, mas cada iteração produz sempre um conjunto de produtos finais.

A cada iteração são realizadas as seguintes tarefas:

- Análise (refinamento de requisitos, refinamento do modelo conceitual)

- Projeto (refinamento do projeto arquitetural, projeto de baixo nível)

- Implementação (codificação e testes)

-Transição para produto (documentação, instalação, ...)

Vantagens do processo incremental e iterativo

- Possibilidade de avaliar mais cedo os riscos e pontos críticos do projeto, e identificar medidas para os eliminar ou controlar;

- Redução dos riscos envolvendo custos a um único incremento.Se a equipa que desenvolve o software precisar repetir a iteração, a organização perde somente o esforço mal direcionado de uma iteração,

não o valor de um produto inteiro;

- Definição de uma arquitetura que melhor possa orientar todo o desenvolvimento;

- Disponibilização natural de um conjunto de regras para melhor controlar os inevitáveis pedidos de alterações futuras;

- Permite que os vários intervenientes possam trabalhar mais efetivamente pela interação e partilha de comunicação daí resultante;

Modelo de Prototipagem

O modelo de desenvolvimento baseado na prototipação procura suprir duas grandes limitações do modelo cascata. De acordo com Jalote[6] a idéia básica deste modelo é que ao invés de manter inalterado os requisitos durante o projeto e codificação, um protótipo é desenvolvido para ajudar no entendimento dos requisitos. Este desenvolvimento passa por um projeto , codificação e teste, sendo que cada uma destas fases não é executada formalmente. Usando assim os protótipos o cliente pode entender melhor os requisitos do sistema.

A sequência de eventos deste modelo esta exibido na figura abaixo:

O protótipo é desenvolvido com uma versão inicial do documento de especificação dos requisitos. Depois do protótipo estar pronto o cliente o utiliza e baseado na sua avaliação do cliente é fornecido ao as impressões do que precisa ser alterado, o que esta faltando e o que não é preciso. O protótipo é então modificado incorporando as sugestões de mudança e o cliente usa o protótipo novamente repetindo o processo até que o mesmo seja válido em termos de custo e tempo. No final os requisitos iniciais são alterados para produzir a especificação final dos requisitos. [9]

Segundo Pressman e Jalote este modelo pode trazer os seguintes benefícios:

• O modelo é interessante para alguns sistemas de grande porte nos quais representem um certo grau de dificuldade para exprimir rigorosamente os requisitos
• È possível obter uma verão do que será o sistema com um pequeno investimento inicial
• A experiência de produzir o protótipo pode reduzir o custo das fases posteriores
• A construção do protótipo pode demonstrar a viabilidade do sistema.

Questões a serem consideradas quanto a utilização do modelo:

• A Prototipação deve ser utilizada apenas quando os usuários podem participar ativamente no projeto
• Não descuidar de uma boa análise que deve ser conduzida durante todo o processo de prototipação
• Esclarecer aos usuários que o desempenho apresentado pelo protótipo não necessariamente será o mesmo do sistema final
• Evitar que o sistema final seja um protótipo em que foram implementados todos os requisitos especificados, pois corre-se o risco de ter-se um sistema mal implementado, uma vez que as técnicas utilizadas para desenvolver um protótipo são diferentes daquelas utilizadas na implementação de um sistema (relaxamento de regras de negócio, manipulação de exceções etc)
• Durante a etapa de prototipação, documentar todos os pontos levantados e implementados no protótipo, que não constavam dos requisitos iniciais, para incluí-los na documentação final

Conclusão

Não existe um processo correto ou incorreto , como não existe um modelo de desenvolvimento que seja a panacéia universal para o problema do desenvolvimento de software.

Dependendo de sua aplicação , ambiente e objetivo , a utilização de um processo ou modelo específico pode ser vantajoso ou não. Cabe a cada organização avaliar o seu problema com cuidado e usar os modelos apresentados como um guia para o desenvolvimento do seu próprio processo de desenvolvimento.

Referências:

[1] SOMMERVILLE, I. Software engineering. 5th. ed. Addison-Wesley, 1995.

[2] PRESSMAN, R. S. , Software engineering: A practitioner's approach. 4th. ed. McGraw-Hill, 1997. p. 22-53.

[3] Falbo, Ricardo A., Integração de Conhecimento em um Ambiente de Desenvolvimento de Software. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil, 1998.

[4] Humphrey, Watts S., Managing the Software Process. Addison-Wesley Publishing,Company, Massachussets, 1990.

[5] SCHWARTZ, J. I. ,Construction of software. In: Practical Strategies for Developing Large Systems. Menlo Park: Addison-Wesley, 1st. ed., 1975.

[6] Christian Reis . , Caracterização de um Modelo de Processo para Projetos de Software Livre .teste de mestrado.Instituto de Ciências Matemática e Computação. São Carlos, São Paulo Abril de 2001

WWW[7] http://www.administradores.com.br/colunas_membro.jsp?idColuna=233&idColunista=555 - Glaucia Gabriel Sass - O Processo de Desenvolvimento Baseado em Componentes: O impulso das novas tecnologias , acessado em 19 de agosto de 2005.

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