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arquitectura de software como eje temÁtico de investigaciÓn lugo manuel barbosa guerrero ingeniero de sistemas especialista en gerencia de proyectos telemáticos especialista en informática para docentes especialista en ingeniería de software integrante del grupo de investigación davinci del programa de ingeniería de sistemas de la universidad libre docente investigador facultad de ingeniería universidad libre resumen este artículo se realizo con el fin de dar a conocer la fundamentación de la arquitectura de software en la universidad libre y poder reflexionar sobre la importancia de priorizar la arquitectura tanto para el producto de software como para el proceso de desarrollo y sobre los beneficios potenciales que esta práctica puede reportar actualmente se pueden hallar numerosas definiciones del término arquitectura de software pero una definición oficial es la de la ieee std 1471-2000 la arquitectura del software es la organización fundamental de un sistema formada por sus componentes las relaciones entre ellos y el contexto en el que se implantarán y los principios que orientan su diseño y evolución la arquitectura de software es la organización fundamental de un sistema representado en unos componentes las relaciones que existen entre ellos y el ambiente y los principios que orientan su diseño y evolución por eso se considera el diseño de más alto nivel de la estructura de un sistema desarrollo sostenible y tecnologÍa cuando se trabaja con arquitectura de software es necesario definir claramente los módulos principales las responsabilidades que tendrá cada uno de estos módulos la interacción que existirá entre dichos módulos es por eso que nos aporta una visión abstracta de alto nivel posponiendo el detalle de cada uno de los módulos definidos a pasos posteriores del diseño abstract this article it was made with the purpose of giving to know the fundamentación the software architecture in the universidad libre and to be able to reflect on the importance as much of prioritizing the architecture for the product of software like for the development process and on the potential benefits that this practice can report at the moment numerous definitions of the term can be found software architecture but an official definition is the one of ieee std 14712000 the architecture of software is the fundamental organization of a system formed by its fecha de recepción del artículo 13 de marzo de 2006 fecha de aceptación del artículo 15 de mayo de 2006 78 avances investigación en ingeniería 2006 no 4

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components the relations among them and the context in which they will be implanted and the principles that orient their design and evolution the software architecture is the fundamental organization of a system represented in components the relations that exist among them and the environment and the principles that orient their design and evolution for that reason the design of more high level of the structure of a system is considered when one works with software architecture is necessary to define the main modules clearly the responsibilities that one of these modules will have each the interaction that will exist between these modules is why it contributes an abstract vision to us of high level posponing the detail of each one of the defined modules to later steps of the design como lo ha dicho jan bosch un arquitecto de software práctico existe una considerable diferencia entre la percepción académica de la arquitectura de software y la práctica industrial es interesante advertir que a veces los problemas que la industria identifica como los más importantes y difíciles no se identifican o se consideran no-problemas en la academia 1 deja claro que pueden existir dos puntos de vistas uno es el de la industria en si que puede estar esperando algo diferente a como es concebido por la academia existe gran variedad de definiciones para la arquitectura de software incluso compiladas como se encuentra en el sei2 por eso desde esa misma academia se ha brindado una solución tecnológica como son los lenguajes de descripción de arquitectónicas adls es como una forma de notación para especificar formalmente arquitecturas de software la gran ventaja de usar estos lenguajes sobre otras notaciones informales es que permiten una mejor comunicación entre el diseñador y los implementadores además son muy reconocidos ya que lo fundamental en la creación de ellos es la de que sean capaces de modelar componentes conectores y configuraciones de software con una serie de características especiales de cada software la arquitectura de software es un área de estudio que se encuentra en la frontera del conocimiento y que presenta gran importancia en relación con las contribuciones que claramente puede hacerse desde ella al aseguramiento de la calidad del software y a la generación de software altamente flexible y autoadaptativo3 el trabajo de investigación que se desarrolle puede contribuir tanto a generación de conocimiento relacionado con las arquitecturas de software como a favorecer un mayor grado de entendimiento y apropiación por parte de las empresas de la industria del software palabras clave arquitectura de software software autoadaptativo lluvia de ideas abstracción lenguajes de descripción arquitectónica adls patrones keywords architecture of software software autoadaptative brainstorming abstraction architectonic description languages adls patterns introducciÓn se debe tomar la arquitectura de software como la manera de representar sistemas muy complejos mediante el uso de la abstracción ella es importante como disciplina ya que el software crece de forma tal que resulta muy complicado que sean diseñados especificados y entendidos por un solo ingeniero de sistemas esta comprobado como es de tedioso los procesos de recolección mantenimiento y validación de la información es entonces cuando la arquitectura de software actuando como disciplina pasa a representar los sistemas muy complejos mediante fundamentos formales y mediante la abstracción para poder producir los productos finales autoadaptivos y de paso mejorar la calidad de estos 1 objetivos entre los objetivos que se pueden tener en la arquitectura de software para poder representar los 1 jan bosch design and use of software architecture addison-wesley 2000 http www.sei.cmu.edu/architecture/definitions.html 3 software autoadaptativo se refiere a la capacidad de un producto de software de adaptarse autónomamente ante las necesidades que se originen en su entorno funcional de operación 2 avances investigación en ingeniería 2006 no 4 desarrollo sostenible y tecnologÍa 79

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sistemas muy complejos mediante el uso de la abstracción se tienen · desarrollar e innovar en técnicas procedimientos métodos y fundamentos formales que contribuyan a la consolidación evolución y apropiación de la arquitectura de software contribuir al desarrollo del aseguramiento de calidad de los proyectos y productos de software colaborar con el cierre de la brecha existente entre los desarrollos académicos y la aplicación práctica de la arquitectura de software en la industria del software a través de procesos de socialización de la conceptualización y la capacitación y entrenamiento a las empresas de servicios de software promover el desarrollo de software auto-adaptativo elementos del diseño la distribución física la composición de los elementos de diseño escalabilidad y rendimiento y selección entre alternativas de diseño sobre las definiciones existentes según reynoso en general entremezclan despreocupadamente 1 el trabajo dinámico de estipulación de la arquitectura dentro del proceso de ingeniería o el diseño su lugar en el ciclo de vida 2 la configuración o topología estática de sistemas de software contemplada desde un elevado nivel de abstracción y 3 la caracterización de la disciplina que se ocupa de uno de esos dos asuntos o de ambos 6 pero todas las definiciones convergen en la arquitectura de software porque ella trabaja alrededor de unos marcos de referencia arquitectónicos de unos lenguajes de descripción de arquitecturas adls de unos estilos de unas herramientas y de unos ambientes de diseño arquitectónico pero todo esto requiere de la fundamentación formal y de la abstracción de las diferentes escuelas que se tienen algunas descripciones son · · · 2 contexto de la arquitectura de software 2.1 definiendo arquitectura de software la definición general de bass clements y kazman dice que la estructura o estructuras del sistema las cuales comprenden componentes de software las propiedades visibles externamente de los componentes y las relaciones entre los componentes 4 otra definición reconocida de clements es la as es a grandes rasgos una vista del sistema que incluye los componentes principales del mismo la conducta de esos componentes según se la percibe desde el resto del sistema y las formas en que los componentes interactúan y se coordinan para alcanzar la misión del sistema la vista arquitectónica es una vista abstracta aportando el más alto nivel de comprensión y la supresión o diferimiento del detalle inherente a la mayor parte de las abstracciones 5 mary shaw y david garlan sugieren que dichas cuestiones estructurales incluyen organización a grandes rasgos y estructura global de control protocolos para la comunicación la sincronización y el acceso a datos la asignación de funcionalidad a 2.2 arquitectura como etapa de ingeniería y diseño orientada a objetos existe una corriente muy específica que es la conformada por rumbaugh jacobson y booch también conocida como el grupo de los tres es una postura en la cual la arquitectura se ve restringida a en sus fases iniciales y preliminares del proceso la arquitectura se debe tener muy en cuenta ya que identifica una etapa en el diseño orientado a objetos y en general de la ingeniería de software lo anterior tiene que ver con temas tales como la abstracción objetos clases y subclases encapsulamiento herencia y polimorfismo para el grupo de los tres la arquitectura se mezcla con el modelado y el diseño los cuales son los conceptos más importantes las metodologías más estudiadas y utilizadas son · desarrollo sostenible y tecnologÍa object-oriented design ood booch 4 5 6 bass l klein m bachmann f 2000 quality attribute design primitives software engineering institute carnegie mellon university bass l clements p kazman r software architecture in practice addison wesley 1998 reynoso carlos billy universidad de buenos aires introducción a la arquitectura de software versión 1.0 ­ marzo de 2004 80 avances investigación en ingeniería 2006 no 4

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· · · · object oriented analysis ooa coad/yourdon object modeling technique omt rumbaugh hierarchical object oriented design hood esa object oriented systems analysis oosa shaler y mellor object oriented structured design oosd wasserman responsibility driven design rdd wirfs-brock entre otros 3 marco teÓrico en la década de 1990 se establece definitivamente la arquitectura de software como un dominio todavía hoy separado de manera confusa de ese marco global que es la ingeniería y de esa práctica puntual que es el diseño aunque no hay un discurso explícito y autoconsciente sobre escuelas de arquitectura de software ni se ha publicado un estudio reconocido y sistemático que analice las particularidades de cada una en la actualidad se pueden distinguir a grandes rasgos unas seis corrientes aunque todavía no se ha constituido un repositorio uniforme de estudios de casos con base en el cual se pueda extraer una conclusión responsable la arquitectura de software ha resultado instrumental en un número respetable de escenarios reduciendo costos evitando errores encontrando fallas implementando sistemas de misión crítica cada uno de los documentos que describen lenguajes de descripción arquitectónica por ejemplo subraya su utilización exitosa en proyectos de gran envergadura requeridos por organizaciones de gobierno o por grandes empresas aún cuando aquí y allá se señalen dificultades ocasionales nadie duda de la necesidad de una visión arquitectónica se puede apreciar en los diferentes libros de arquitectura de software como la mayoría de los autores bass et al 1998 kazman et al 1998 hofmeister et al 1995 lane 1990 buschman et al 1996 booch et al 1999 abowd 1995 coinciden en que una arquitectura de software define la estructura del sistema y esta estructura es la que hace de componente o módulos que nacen de la noción de abstracción cumpliendo funciones específicas e interactuando entre sí con un comportamiento definido bass et al 1998 hayes-roth 1995 hofmeister et al 2000 buschman et al 1996 booch et al 1999 abowd 95 entre las propiedades no funcionales más importantes se encuentran la modificabilidad la eficiencia la mantenibilidad la interoperabilidad la confiabilidad la reusabilidad y facilidad de ejecución de pruebas kazman et al 2001 en la figura 1 se puede apreciar la interacción existente entre los fundamentos formales y la abstracción con los marcos de referencia arquitectónicos los lenguajes de descripción · · 2.3 arquitectura estructural basada en un modelo estático de estilos adls y vistas teniendo en cuenta que los modelos estáticos son los que describen la estructura estática de el sistema en términos de las clases y relaciones se ha fundamentado en una arquitectura estructural y al igual que en la anterior descripción esta arquitectura cuenta con importantes representantes tales como mary shaw profesora de ciencias de la computación de la universidad carnegie mellon de pittsburgh de estados unidos paul c clements profesor de la misma universidad ellos utilizan las descripciones verbales los adls y lenguajes formales de especificación cham y z 2.4 estructuralismo arquitectónico radical se conforma como una variante de la arquitectura estructural que como se anota anteriormente esta basada en un modelo estático de estilos adls y vistas al interior de esta variante se plantean dos opciones · la que excluye la relevancia del modelado orientado a objetos para la as la que define nuevos metamodelos y estereotipos de uml como correctivos · 2.5 arquitectura basada en patrones este tipo de arquitectura por patrones se utilizó inicialmente en el campo de la arquitectura de software por christopher alexander a finales de los años setenta el conocimiento obtenido es llevado al desarrollo de software orientado por objetos y se le aplica específicamente al diseño seguidamente es aplicado al desarrollo del mismo se reconoce en ella la importancia del modelo aplicado mucho tiempo después al diseño orientado a objetos avances investigación en ingeniería 2006 no 4 desarrollo sostenible y tecnologÍa 81

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figura 1 marco de referencia de este eje temático.7 arquitectónicos adls los estilos las herramientas y ambientes de diseño arquitectónico entre otros componentes como se indico anteriormente 3.1 conceptos básicos para entender lo anterior se definen algunos conceptos básicos que son la clave de la arquitectura de software ya que con base en ellos se realizan los productos finales autoadaptativos desarrollo sostenible y tecnologÍa de allí se concluye que la arquitectura de software tiende a generar productos de software autoadaptativos y el mejoramiento de la calidad de los productos de software para poder cumplir con todo esto genera los métodos de desarrollo basados en arquitectura igual que los patrones de diseño y los frameworks que por eso se puede asegurar que la arquitectura de software es una vista estructural de alto nivel la cual define estilo o la combinación de estilos para una solución se concentra en requerimientos no funcionales los requerimientos funcionales se satisfacen mediante modelado y diseño de aplicación por lo tanto se concreta que los aspectos o principios más relevantes de la arquitectura de software se articulan alrededor de estilos adls frameworks y vistas 3.1.1 estilos los estilos integran componentes conectores configuraciones y restricciones la descripción de un estilo se puede realizar en lenguaje natural o en diagramas sin embargo lo recomendable es utilizar un lenguaje de descripción arquitectónica o lenguajes formales de especificación los estilos sirven para sintetizar estructuras de soluciones pocos estilos abstractos encapsulan una enorme variedad de configuraciones concretas definen los patrones posibles de las aplicaciones y permiten evaluar arquitecturas alternativas con ventajas y desventajas conocidas ante diferentes conjuntos de requerimientos no funcionales 8 tomada del documento base de la fundamentación de la arquitectura de software del grupo davincis grupo de investigación de ingeniería de sistemas de la facultad de ingenierías de la universidad libre seccional bogotá 82 avances investigación en ingeniería 2006 no 4

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tabla 1 tipo de estilo estilos centrados en datos estilos de flujo de datos estilos de llamada y retorno arquitectura arquitecturas de pizarra o repositorio tubería y filtros model-view-controller mvc arquitecturas en capas arquitecturas orientadas a objetos arquitecturas basadas en componentes arquitectura de máquinas virtuales sistemas de control de procesos arquitecturas basadas en atributos arquitecturas basadas en eventos arquitecturas orientadas a servicios arquitecturas basadas en recursos los adls se utilizan además para satisfacer requerimientos descriptivos de alto nivel de abstracción que las herramientas basadas en objeto en general y uml en particular no cumplen satisfactoriamente entre las comunidades consagradas al modelado oo y la que patrocina o frecuenta los adls así como entre las que se inclinan por el concepto de estilos arquitectónicos y las que se trabajan en función de patrones existen relaciones complejas que algunas veces son de complementariedad y otras de antagonismo 8 un lenguajes de descripción arquitectónica ldas o adls debe considerar los siguientes requisitos composición debe describir el sistema como una composición de partes configuración debe describir la arquitectura independientemente de los componentes abstracción debe describir los roles abstractos que juegan los componentes reutilización debe permitir reutilizar componentes conectores y arquitecturas heterogeneidad debe permitir descripciones heterogéneas combinar estilos de código móvil estilos heterogéneos estilos peer-to-peer recopilada por el grupo davincis perteneciente al grupo de investigación del programa de ingeniería de sistemas de la facultad de ingeniería de la universidad libre seccional bogota ­ colombia análisis debe permitir diversas formas de análisis de la arquitectura 3.1.3 frameworks tomando un concepto claro de lo que es un framework se tiene la siguiente definición en el desarrollo de software un framework es una estructura de soporte definida en la cual otro proyecto de software puede ser organizado y desarrollado típicamente un framework puede incluir soporte de programas librerías y un lenguaje de scripting entre otros software para ayudar a desarrollar y unir los diferentes componentes de un proyecto.9 el framework representa en la arquitectura de software la herramienta que viene a modelar las relaciones generales de las entidades del dominio ya que provee una estructura y manera de trabajo la cual extienden y/o utilizan las aplicaciones del dominio 3.1.2 lenguajes de descripción arquitectónica ldas o adls un adl es un lenguaje o notación para describir una arquitectura software que generalmente incluye una descripción de componentes conectores y enlaces entre ellos y herramientas para la verificación de la arquitectura y el prototipado rápido se puede apreciar un concepto que resumen en gran parte este tipo de lenguajes tomando el siguiente concepto 9 de lenguajes de descripción arquitectónica de software adl ­ versión 1.0 ­marzo de 2004 carlos reynoso ­ nicolás kicillof universidad de buenos aires 10 http es.wikipedia.org/wiki/franmework avances investigación en ingeniería 2006 no 4 desarrollo sostenible y tecnologÍa 83 ellos se circunscriben en algunas pocas clases fundamentales las arquitecturas más complejas o compuestas se generan por la integración de estilos elementales como se aprecia en la tabla 1:

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tabla 2 zachman niveles scope empresa sistema lógico tecnología representación funcionamiento tomado de introducción a la arquitectura de software versión 1.0 ­ marzo de 2004 carlos billy reynoso de la universidad de buenos aires togaf a rquite ct u r as negocios datos aplicación tecnología 4+1 vistas lógica proceso física desarrollo casos de uso [brj99 vistas diseño proceso implementación despliegue casos de uso posa vistas lógica proceso física desarrollo microsoft vistas lógica conceptual física la mayoría de los frameworks y estrategias reconocen entre tres y seis vistas que son las que aprecian en la tabla 2 3.1.4 vistas en los diferentes marcos las vistas estáticas se corresponden con las perspectivas particulares de los diferentes participantes mientras que las vistas dinámicas tienen que ver con etapas del proceso ciclo de vida o metodología caracterizadas como requerimiento análisis diseño o construcción o modelado implementación integración prueba de conformidad testing evaluación la terminología lo mismo que la articulación temporal del proceso o el ciclo depende de cada marco las vistas propuestas por uml corresponde a nueve clases de diagramas correspondientes a ocho vistas como se aprecia en la tabla 3 aunque tabla 3 vistas y diagramas de uml basado en [rjb00 22 Área estructural vista vista estática vista de casos de uso vista de implementación vista de despliegue dinámica vista de máquinas de estados vista de actividad vista de interacción diagramas diagrama de clases diagramas de casos de uso diagrama de componentes diagrama de despliegue diagrama de estados diagrama de actividad diagrama de secuencia diagramade colaboración gestión del modelo vista de gestión del modelo diagrama de clases conceptos principales clase asociación generalización dependencia realización interfaz caso de uso actor asociación extensión inclusión generalización de casos de uso componente interfaz dependencia realización nodo componente dependencia localización estado evento transición acción estado actividad transición de terminación división unión interacción objeto mensaje activación colaboración interacción rol de colaboración mensaje paquete subsistema modelo desarrollo sostenible y tecnologÍa 84 tomado de [rey04 introducción a la arquitectura de software versión 1.0 ­ marzo de 2004 carlos billy reynoso de la universidad de buenos aires avances investigación en ingeniería 2006 no 4

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los textos de arquitectura de software manejan listas más cortas fragmentos o escenas de esas vistas se corresponden entre sí 3.1.5 abstracción el concepto de abstracción ha tenido a la vez consideraciones diversas por ejemplo algunas veces utilizado en el sentido del proceso de abstraer y otras para designar una entidad grady booch por ejemplo identifica la abstracción arquitectónica con el encapsulamiento propio de la tecnología de objetos la idea de abstracción forma parte de lo que acaso sea la pieza conceptual más importante de la arquitectura de software el concepto de estilo un estilo se identifica a grandes rasgos o como se dice habitualmente en un estilo menos es más la misma idea prevalece en todos los conceptos y procedimientos que se consideran arquitectónicos en último análisis la abstracción siempre conlleva una heurística positiva al lado de una negación tanto para la ieee como para rumbaugh shaw y otros autores la abstracción consiste en extraer las propiedades esenciales o identificar los aspectos importantes o examinar selectivamente ciertos aspectos de un problema posponiendo o ignorando los detalles menos sustanciales distractivos o irrelevantes 4 preguntas de investigaciÓn · en que se diferencia la ingeniería de software de las arquitecturas de software en que se diferencian los lenguajes de modelado en particular uml de los adls como se pueden aplicar las arquitecturas de software hasta la fase de implementación del software · · 5 resultados esperados la arquitectura de software siempre debe tener como resultados esperados los siguientes puntos · estudios comparativos de marcos de existentes herramientas arquitectónico referencia arquitectónicos desarrollo de adls y ambientes de diseño · innovaciones incrementales y radicales en adls frameworks marcos de referencia arquitectónicos existentes métodos de arquitectura desarrollo basados en 3.1.6 escenarios los escenarios han sido básicamente técnicas que se implementan en la formulación de los requerimientos particularmente en relación a los operadores de sistemas típicamente la técnica comienza instrumentando sesiones de brainstorming también se han utilizado escenarios como método para comparar alternativas de diseño los escenarios describen una utilización anticipada o deseada del sistema y típicamente se expresan en una frase pueden concebirse también como una abstracción de los requerimientos más importantes de un sistema los escenarios se describen mediante texto común en prosa utilizando lo que se llama un script y a veces se describen mediante dibujos como por ejemplo diagramas de interacción de objeto los escenarios son una herramienta importante para relacionar vistas arquitectónicas porque recorriéndolos se puede mostrar las formas en que herramientas y ambientes de diseño arquitectónico · productos de software de aplicación específica basados en as con preferencia en software educativo cursos de capacitación y entrenamiento en as para la industria del software · conclusiones · la arquitectura de software tiende a redefinir todos y cada uno de los aspectos de la disciplina madre la ingeniería de software sólo que a un mayor nivel de abstracción y agregando una nueva dimensión reflexiva en lo que concierne a la fundamentación formal del proceso avances investigación en ingeniería 2006 no 4 desarrollo sostenible y tecnologÍa 85

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· durante la arquitectura de software es cuando se define la estructura general del sistema y el desarrollo del mismo se requieren todavía modelos precisos que permitan razonar sobre las propiedades de una arquitectura y verificar su consistencia y completitud así como la automatización del proceso de análisis diseño y síntesis · · la arquitectura de software se encuentra ya en su fase de desarrollo y extensión pero sus ideas como las herramientas distan de estar maduras bibliografÍa reynoso carlos billy universidad de buenos aires introducción a la arquitectura de software versión 1.0 ­ marzo de 2004 bass l clements p kazman r software architecture in practice addison wesley 1998 bass l barbacci m carriere j kazman r klein m y lipson h 1999 attribute based architectural styles software engineering institute carnegie mellon university pittsburgh bass l klein m bachmann f 2000 quality attribute design primitives software engineering institute carnegie mellon university aynur abdurazik suitability of the uml as an architecture description language with applications to testing infografÍa http www.microsoft.com/spanish/msdn/arquitectura/roadmap_arq/intro.asp http www-2.cs.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/project/able/ftp/styleformalismtosem95/styleformalismtosem95.pdf http www.sei.cmu.edu/publications/documents/95.reports/95.tr.021.html http www.sei.cmu.edu/pub/documents 99.reports/pdf/99tr022.pdf http www.sei.cmu.edu/publications/documents 00.reports/00tn017.html desarrollo sostenible y tecnologÍa 86 http www.sei.cmu.edu/architecture/definitions.html avances investigación en ingeniería 2006 no 4

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