MODELO DE MÉTODOS FORMALES

MODELO DE MÉTODOS FORMALES

La denominación métodos formales se usa para referirse a cualquier actividad relacionada con representaciones matemáticas del software, incluyendo la especificación formal de sistemas, análisis y demostración de la especificación, el desarrollo transformacional y la verificación de programas. Todas estas actividades dependen de una especificación formal del software.

Una especificación formal del software es una especificación expresada en un lenguaje cuyo vocabulario, sintaxis y semántica están formalmente definidos. Esta necesidad de una definición formal significa que los lenguajes de especificación deben basarse en conceptos matemáticos cuyas propiedades se comprendan bien. La rama de las matemáticas usada es la de matemática discreta, y los conceptos matemáticos provienen de la teoría de conjuntos, la lógica y el álgebra.

En la década de los 80, muchos investigadores de ingeniería del software propusieron que el uso de métodos formales de desarrollo era la mejor forma de mejorar la calidad del software. Argumentaban que el rigor y el análisis detallado, que son una parte esencial de los métodos formales, podrían dar lugar a programas con menos errores y más adecuados a las necesidades de los usuarios. Predijeron que, en el siglo XXI, una gran proporción del software estaría desarrollado usando métodos formales.

Claramente, esta predicción no se ha hecho realidad. Existen cuatro razones principales para esto:

1.    Una ingeniería del software exitosa. 

El uso de otros métodos de ingeniería del software como los métodos estructurados, gestión de configuraciones y ocultación de la información en el diseño del software y procesos de desarrollo ha conducido a mejoras en la calidad del software. La gente que sugirió que la única forma de mejorar la calidad del software era usando métodos formales estaba claramente equivocada.

2.    Cambios en el mercado. 

En la década de los 80, la calidad del software fue vista como un problema clave de la ingeniería del software. Sin embargo, desde entonces, la cuestión crítica para muchas clases de desarrollo del software no es la calidad, sino la oportunidad de mercado. El software debe desarrollarse rápidamente, y los clientes están dispuestos a aceptar software con algunos defectos si se les entrega rápidamente. Las técnicas para el desarrollo rápido del software no funcionan de forma efectiva con las especificaciones formales. Por supuesto, la calidad todavía es un factor importante, pero debe lograrse en el contexto de entrega rápida.

3.    Ámbito limitado de los métodos formales. 

Los métodos formales no son muy apropiados para la especificación de interfaces de usuario e interacciones del usuario. El componente de interfaz de usuario se ha convertido en una parte cada vez mayor de la mayoría de los sistemas, de manera que realmente s6lo pueden usarse métodos formales cuando se desarrollan las otras partes del sistema.

4.    Escalabilidad limitada de los métodos formales. 

Los métodos formales todavía no son muy escalables. La mayoría de los proyectos con éxito que han usado estas técnicas han estado relacionados con núcleos de sistemas críticos relativamente pequeños. A medida que los sistemas incrementan su tamaño, el tiempo y esfuerzo requerido para desarrollar una especificación formal crece de forma desproporcionada.

Ventajas

Ø  Se comprende mejor el sistema.

Ø  La comunicación con el cliente mejora ya que se dispone de una descripción clara y no ambigua de los requisitos del usuario.

Ø  El sistema se describe de manera más precisa.

Ø  El sistema se asegura matemáticamente que es correcto según las especificaciones.

Ø  Mayor calidad software respecto al cumplimiento de las especificaciones.

Ø  Mayor productividad

Desventajas

Ø  El desarrollo de herramientas que apoyen la aplicación de métodos formales es complicado y los programas resultantes son incómodos para los usuarios.

Ø  Los investigadores por lo general no conocen la realidad industrial.

Ø  Es escasa la colaboración entre la industria y el mundo académico, que en ocasiones se muestra demasiado dogmático.

Ø  Se considera que la aplicación de métodos formales encarece los productos y ralentiza su desarrollo.

El uso de métodos formales está creciendo en el área del desarrollo de sistemas críticos, en donde las propiedades emergentes del sistema tales como seguridad, fiabilidad y protección son muy importantes. El alto coste de los fallos de funcionamiento en estos sistemas implica que las compañías están dispuestas a aceptar los costes elevados iniciales de los métodos formales para asegurar que su software es tan confiable como sea posible.

Los sistemas críticos en los que los métodos formales se han aplicado con éxito incluyen un sistema de información de control de tráfico aéreo, sistemas de señalización de redes ferroviarias, sistemas de naves espaciales y sistemas de control médico.

Clasificación

La clasificación más común se realiza en base al modelo matemático subyacente en cada método, de esta manera podrían clasificarse en:

Ø  Especificaciones basadas en lógica de primer orden y teoría de conjuntos: permiten especificar el sistema mediante un concepto formal de estados y operaciones sobre estados. Los datos y relaciones/funciones se describen en detalle y sus propiedades se expresan en lógica de primer orden. La semántica de los lenguajes está basada en la teoría de conjuntos. Los métodos de este tipo más conocidos son: Z, VDM y B.

Ø  Especificaciones algebraicas: proponen una descripción de estructuras de datos estableciendo tipos y operaciones sobre esos tipos. Para cada tipo se define un conjunto de valores y operaciones sobre dichos valores. Las operaciones de un tipo se definen a través de un conjunto de axiomas o ecuaciones que especifican las restricciones que deben satisfacer las operaciones. Métodos más conocidos: Larch, OBJ, TADs.

Ø  Especificación de comportamiento:

Ø  Métodos basados en álgebra de procesos: modelan la interacción entre procesos concurrentes. Esto ha potenciado su difusión en la especificación de sistemas de comunicación (protocolos y servicios de telecomunicaciones) y de sistemas distribuidos y concurrentes. Los más conocidos son: CCS, CSP y LOTOS.

Ø  Métodos basados en Redes de Petri: una red de petri es un formalismo basado en autómatas, es decir, un modelo formal basado en flujos de información. Permiten expresar eventos concurrentes. Los formalismos basados en redes de petri establecen la noción de estado de un sistema mediante lugares que pueden contener marcas. Un conjunto de transiciones (con pre y post condiciones) describe la evolución del sistema entendida como la producción y consumo de marcas en varios puntos de la red.

Ø  Métodos basados en lógica temporal: se usan para especificar sistemas concurrentes y reactivos. Los sistemas reactivos son aquellos que mantienen una continua interacción con su entorno respondiendo a los estímulos externos y produciendo salidas en respuestas a los mismos, por lo tanto el orden de los eventos en el sistema no es predecible y su ejecución no tiene por qué terminar.