¿Qué es la ingeniería de Software?
La visión tradicional
Se aborda la concepción técnica o tradicional de la definición de ingeniería de software. Información complementaria pueden obtenerla en Wikipedia y en la Guide to Software Engineering Body of Knowledge (SWEBoK). Esta página web que originalmente fue un ensayo como parte de mi tesis de Maestría en Ciencia de la Computación ([Zavala 2000]), sin embargo, nunca la defendí. Con los años, ese ensayo se ha convertido muy popular y ello me obligó a profundizar mis investigaciones al respecto. En 2011, presenté mi tesis de grado que se centra en este tema y que al final podrás acceder a ella.
Contenido
El Paradigma de lo Orientado a Objetos
La Programación Orientada a Objetos
Fundamentos de lo Orientado a Objetos
Proceso Unificado y MSF; complementos tecnológicos
El ciclo de vida del software en el Proceso Unificado
Figura 1. Estructura del Proceso Unificado
Figura 2. Arquitectura lógica de tres capas de una aplicación cliente/servidor
Figura 3. Arquitectura física de tres capas de la aplicación cliente/servidor
Comentario Final... para reflexionar
Según la definición del IEEE, citada por [Lewis 1994] "software es la suma total de los programas de computadora, procedimientos, reglas, la documentación asociada y los datos que pertenecen a un sistema de cómputo". Según el mismo autor, "un producto de software es un producto diseñado para un usuario". En este contexto, la Ingeniería de Software (SE del inglés Software Engineering) es un enfoque sistemático del desarrollo, operación, mantenimiento y retiro del software", que en palabras más llanas, se considera que "la Ingeniería de Software es la rama de la ingeniería que aplica los principios de la ciencia de la computación y las matemáticas para lograr soluciones costo-efectivas (eficaces en costo o económicas) a los problemas de desarrollo de software", es decir, "permite elaborar consistentemente productos correctos, utilizables y costo-efectivos" [Cota 1994].
El proceso de ingeniería de software se define como "un conjunto de etapas parcialmente ordenadas con la intención de logra un objetivo, en este caso, la obtención de un producto de software de calidad" [Jacobson 1998].El proceso de desarrollo de software "es aquel en que las necesidades del usuario son traducidas en requerimientos de software, estos requerimientos transformados en diseño y el diseño implementado en código, el código es probado, documentado y certificado para su uso operativo". Concretamente "define quién está haciendo qué, cuándo hacerlo y cómo alcanzar un cierto objetivo" [Jacobson 1998].
El proceso de desarrollo de software requiere por un lado un conjunto de conceptos, una metodología y un lenguaje propio. A este proceso también se le llama el ciclo de vida del software que comprende cuatro grandes fases: concepción, elaboración, construcción y transición. La concepción define le alcance del proyecto y desarrolla un caso de negocio. La elaboración define un plan del proyecto, especifica las características y fundamenta la arquitectura. La construcción crea el producto y la transición transfiere el producto a los usuarios.
Actualmente se encuentra en una etapa de madurez el enfoque Orientado a Objetos (OO) como paradigma del desarrollo de sistemas de información. El Object Management Group (OMG) es un consorcio a nivel internacional que integra a los principales representantes de la industria de la tecnología de información OO. El OMG tiene como objetivo central la promoción, fortalecimiento e impulso de la industria OO. El OMG propone y adopta por consenso especificaciones entorno a la tecnología OO. Una de las especificaciones más importantes es la adopción en 1998 del Lenguaje de Modelado Unificado o UML (del inglés Unified Modeling Language) como un estándar, que junto con el Proceso Unificado están consolidando la tecnología OO.
Para mayor información consulta las siguientes direcciones electrónicas:
El Paradigma de lo Orientado a Objetos
Antes de analizar los pasos del proceso de desarrollo de software se expondrán los conceptos fundamentales del paradigma que guía la tecnología OO.
Existen conceptos ligados en torno a la tecnología orientada a objetos: el paradigma, los principios, el análisis y el diseño, mismos que a continuación se comentan.
La Programación Orientada a Objetos
La Programación Orientada a Objetos (OOP por sus siglas en inglés de Object Oriented Programming) como paradigma, "es una forma de pensar, una filosofía, de la cual surge una cultura nueva que incorpora técnicas y metodologías diferentes. Pero estas técnicas y metodologías, y la cultura misma, provienen del paradigma, no lo hacen. La OOP como paradigma es una postura ontológica: el universo computacional está poblado por objetos, cada uno responsabilizándose por sí mismo, y comunicándose con los demás por medio de mensajes" [Greiff 1994].
Se debe distinguir que la OOP como paradigma (enfoque o manera de visualizar la realidad) y como metodología (colección de características para la ingeniería de software) no son la misma cosa. Sin embargo, la publicidad nos confunde asociando la OOP más a una metodología, que al paradigma. De aquí que "el interés en la OOP radica más en los mecanismos que aporta para la construcción de programas que en aprovechar un esquema alterno para el modelado de procesos computacionales" [Greiff 1994].
La Programación Orientada a Objetos desde el punto de vista computacional "es un método de implementación en el cuál los programas son organizados como grupos cooperativos de objetos, cada uno de los cuales representa una instancia de alguna clase, y estas clases, todas son miembros de una jerarquía de clases unidas vía relaciones de herencia" [Greiff 1994].
Fundamentos de lo Orientado a Objetos
El paradigma OO se basa en el concepto de objeto. Un objeto es aquello que tiene estado (propiedades más valores), comportamiento (acciones y reacciones a mensajes) e identidad (propiedad que lo distingue de los demás objetos). La estructura y comportamiento de objetos similares están definidos en su clase común; los términos instancia y objeto son intercambiables. Una clase es un conjunto de objetos que comparten una estructura y comportamiento común.
La diferencia entre un objeto y una clase es que un objeto es una entidad concreta que existe en tiempo y espacio, mientras que una clase representa una abstracción, la "esencia" de un objeto, tal como son. De aquí que un objeto no es una clase, sin embargo, una clase puede ser un objeto.
En el enfoque OO las propiedades del objeto son claves. Los principios del modelo OO son: abstracción, encapsulación, modularidad y jerarquía, fundamentalmente, y en menor grado tipificación (typing), concurrencia, persistencia. [Booch 1986] dice que si un modelo que se dice OO no contiene alguno de los primeros cuatro elementos, entonces no es OO.
Según [Booch 1986], los beneficios del enfoque OO son:
El mismo autor considera que el principal beneficio del OOD es que da un mecanismo para formalizar el modelo de la realidad.
Las relaciones entre objetos definen el comportamiento del sistema. Se dice que un objeto es un actor, si su única función es operar sobre otros objetos. El objeto es un servidor si solo es manejado por otros objetos y es un agente si tiene ambas propiedades. Se dice que los objetos actúan entre sí mediante mensajes, es decir, acciones que pide el objeto transmisor que ejecute el objeto receptor. Dependiendo del comportamiento definido para un objeto, éste tomará las acciones para ejecutar o no el mensaje, de manera apropiada.
[Greiff 1994] comenta que el Análisis Orientado a Objetos (OOA por sus siglas en inglés de Object Oriented Analysis) "es un método de análisis que examina los requerimientos desde la perspectiva de las clases y objetos encontrados en el vocabulario de del dominio del problema". Según [Booch 1986], el Diseño Orientado a Objetos "es un método de diseño abarcando el proceso de descomposición orientado a objetos y una notación para representar ambos modelos lógico y físico tal como los modelos estáticos y dinámicos del sistema bajo diseño".
En cuanto a las metodologías OO, diremos que hay un gran número de métodos orientado a objetos actualmente. Muchos de los métodos pueden ser clasificados como orientados a objetos porque soportan de manera central los conceptos de la orientación a objetos. Algunos de las metodología más conocidas y estudiadas hasta antes del UML según [Jacobson 1992] son:
Actualmente las metodologías más importantes de análisis y diseño de sistemas han confluido en lo que se es el UML, bajo el respaldo del Object Management Group.
El Proceso Unificado "es un proceso de desarrollo de software configurable que se adapta a través de los proyectos variados en tamaños y complejidad. Se basa en muchos años de experiencia en el uso de la tecnología orientada a objetos en el desarrollo de software de misión crítica en una variedad de industrias por la compañía Rational", donde confluyen 'los tres amigos' como se llaman a sí mismos o los tres grandes OO: Grady Booch, James Rumbaugh e Ivar Jacobson [M&R 1998].
El Proceso Unificado guía a los equipos de proyecto en cómo administrar el desarrollo iterativo de un modo controlado mientras se balancean los requerimientos del negocio, el tiempo al mercado y los riesgos del proyecto. El proceso describe los diversos pasos involucrados en la captura de los requerimientos y en el establecimiento de una guía arquitectónica lo más pronto, para diseñar y probar el sistema hecho de acuerdo a los requerimientos y a la arquitectura. El proceso describe qué entregables producir, cómo desarrollarlos y también provee patrones. El proceso unificado es soportado por herramientas que automatizan entre otras cosas, el modelado visual, la administración de cambios y las pruebas.
Proceso Unificado y MSF; complementos tecnológicos
Según [M&R 1998], "más que una metodología, Microsoft Solutions Framework (MSF) es una serie de modelos flexibles interrelacionados que guían a una organización sobre como ensamblar los recursos, el personal y las técnicas necesaria para asegurar que su infraestructura tecnológica y sus soluciones cumplan los objetivos de negocio. MSF mantiene una relación clara entre los objetivos de negocio y las implementaciones tecnológicas".
"MSF se puede utilizar por sí mismo o con otras herramientas y técnicas como el Proceso Rational [Proceso Unificado] para planear, construir y administrar el desarrollo de soluciones de negocio a la medida" [M&R 1998].
"El proceso Unificado es un proceso de desarrollo de software configurable que se adapta a proyectos que varían en tamaño y complejidad. Se basa en muchos años de experiencia en el uso de la tecnología de objetos en el desarrollo de software de misión crítica en una variedad de industrias. Uno de los componentes clave es el UML" [M&R 1998].
MSF proporciona las técnicas ligadas a la tecnología y el Proceso Unificado la guía detallada para el desarrollo de software minimizando los riesgos.
El Proceso Unificado ha adoptado un enfoque que se caracteriza por:
El Proceso Unificado y MSF se enfocan en la arquitectura como el centro del desarrollo para asegurar que el desarrollo basado en componentes sea clave para un alto nivel de reuso. MSF considera que hay cuatro perspectivas de arquitectura que cumplen los requerimientos de una empresa [M&R 1998]:
El Modelo de Equipo de MSF muestra como estructurar equipos de alto desempeño para crear soluciones más rápido, mejor y más baratas. El Modelo de Equipo de MSF se basa en las formas de organizar equipos para crear los propios productos de Microsoft. Hace énfasis en las comunicaciones claras y en un equipo de iguales con papeles y responsabilidades claras en todo el proyecto. La calidad del producto se asegura por cada miembro del equipo. El Proceso Unificado proporciona más detalle y guía para algunos de los roles en el proyecto.
Una vista arquitectónica es "una descripción simplificada (una abstracción) de un sistema desde una perspectiva particular o punto de vista, que cubre particularidades y omite entidades que no son relevantes a esta perspectiva" [Booch 1998].
Según el mismo autor, las características primordiales del Proceso Unificado son:
El Proceso Unificado es un proceso porque "define quién está haciendo qué, cuándo lo hacer y cómo alcanzar cierto objetivo, en este caso el desarrollo de software" [Jacobson 1998]. Según [Booch 1998], los conceptos clave del Proceso Unificado son:
| Fase e iteraciones | ¿Cuándo se hace? |
| Flujos de trabajo de procesos (actividades y pasos) | ¿Qué se está haciendo? |
| Artefactos (modelos, reportes, documentos) | ¿Qué se produjo? |
| Trabajador: un arquitecto | ¿Quién lo hace?) |
El ciclo de vida del software en el Proceso Unificado
Las fases del ciclo de vida del software son: concepción, elaboración, construcción y transición. La concepción es definir el alcance del proyecto y definir el caso de uso. La elaboración es proyectar un plan, definir las características y cimentar la arquitectura. La construcción es crear el producto y la transición es transferir el producto a sus usuarios [Booch 1998].
Figura 1. Estructura del Proceso Unificado
Según [Microsoft 1997], el diseño de software se realiza a tres niveles: conceptual, lógico y físico.
Figura 2. Arquitectura lógica de tres capas de una aplicación cliente/servidor
Para mayor información consulta las siguiente dirección electrónica:
Un ingeniero de software necesita de herramientas, entre ellas las herramientas de Rational son las más avanzadas, pero son muy costosas. También puede utilizar las herramientas de oficina como un editor de textos, un modelador de datos, etc., muchas de ellas son de código abierto y aún están de desarrollo. Utiliza las que más te sean de utilidad.
El diseño conceptual se considera como un análisis de actividades y consiste en la solución de negocios para el usuario y se expresa con los casos de uso. El diseño lógico es la solución del equipo de proyecto del negocio y consiste de las siguientes tareas:
Una forma de obtener estos requerimientos es construir una matriz usuarios-actividades de negocios, realizar entrevistas, encuestas y/o visitas a los usuarios, de tal manera que se obtenga quién, qué, cuándo, dónde y por qué de la solución.
El diseño lógico traduce los escenarios de uso creados en el diseño conceptual en un conjunto de objetos de negocio y sus servicios. El diseño lógico se convierte en parte en la especificación funcional que se usa en el diseño físico. El diseño lógico es independiente de la tecnología. El diseño lógico refina, organiza y detalla la solución de negocios y define formalmente las reglas y políticas específicas de negocios.
Un objeto de negocios es la encapsulación de un servicio que abstrae las cualidades esenciales de algo de interés.
Un servicio es una unidad con capacidad de cómputo. Un servicio debe satisfacer lo siguiente:
Los objetos de negocio deben verificarse y probarse de tal manera que asegure que los módulos operen como unidades completas de trabajo. Las tareas de verificación incluyen:
El diseño lógico comprende las siguientes tareas:
Para definir los objetos de negocios y sus servicios se puede usar la técnica de análisis nombre-verbo de los escenarios de uso. También se puede emplear la técnica sujeto-verbo-objeto directo. En estas técnicas los sujetos y el objeto directo son los candidatos a objetos de negocio y los verbos activos son los candidatos a servicios.
Una interfase tiene las siguientes partes:
La tarea de identificar las dependencias entre objetos permite identificar eventos, sucesos o condiciones que permitan la realización de tareas de negocios coordinadamente o transaccionalmente. Para ello se debe considerar lo siguiente:
La validación del modelo lógico debe ser tal que éste sea:
En el diseño lógico conceptualmente se divide en tres niveles de servicios con el fin de que la aplicación resulte flexible ante los cambios de requerimientos y/o de tecnología cambiando únicamente la capa o capas necesarias. Los tres niveles son: servicios de usuario, servicios de negocio y servicios de datos.
Los servicios de usuario (user services) controlan la interacción. Un servicio de usuario son personas, aplicaciones, otros servicios o la combinación de éstos. Generalmente involucra una interfase gráfica de usuario (GUI) o pude ser no visual (mensajes o funciones), maneja todos los aspectos de la interacción con la aplicación. El objetivo central es minimizar el esfuerzo de conocimiento requerido para interpretar la información. Un servicio de usuario incluye un contenido (qué se necesita comunicar al usuario) y una forma (cómo se comunica el contenido) cuando es necesaria la comunicación.
Los servicios de negocio (bussines services) convierten datos recibidos de los servicios de datos y de usuario en información (datos + regla de negocio) y pueden usar otros servicios de negocio para completar su tarea.
Las tareas de los servicios de negocio son:
Los servicios de datos (data services) son los servicios de bajo nivel que apoyan los servicios de negocio y son de una amplia gama de categorías como las siguientes:
El diseño físico traduce el diseño lógico en una solución implementable y costo-efectiva o económica.
El componente es la unidad de construcción elemental del diseño físico. Las características de un componente son:
En el diseño físico se debe cuidar el nivel de granularidad (un componente puede ser tan grande o tan pequeño según su funcionalidad, es decir, del tamaño tal que pueda proveer de una funcionalidad compleja pero de control genérico) y la agregación y contención (un componente puede reusar utilizando técnicas de agregación y contención, sin duplicar código).
El diseño físico debe involucrar:
Figura 3. Arquitectura física de tres capas de la aplicación cliente/servidor
El diseño físico comprende las siguientes tareas:
De las tareas anteriores la más importante es la distribución de los datos que pueden ser centralizados, una partición, un extracto o una réplica.
Los datos centralizados equivalen a una base de datos maestra ubicada en un lugar central. No hay copias de los datos.
Una partición de datos es una segmentación de la base de datos maestra. Es útil cuando los datos se pueden fragmentar fácilmente y actualizarse en un sitio local con cambios frecuentes. No hay sobreposición entre particiones. En una partición horizontal cada hilera existe en una sola base de datos. En una partición vertical cada columna es contenida en una y solo una base de datos.
Un extracto de datos es una copia de toda o una porción de la base de datos maestra. No se permite la actualización. Se usa un timestamp o etiqueta de tiempo para indicar qué tan viejos son los datos.
Una réplica de datos es un fragmento de la bases de datos maestra que se puede actualizar. Una réplica de datos es cuando el sitio de actualización cambia a un sitio local. No se permiten actualizaciones en la base de datos réplica y en la base de datos maestra a la vez, por lo que debe de haber sincronización entre ambas.
El diseño físico está íntimamente ligado a una alternativa tecnológica. Ante la acelerada evolución tecnológica es importante considerar los estándares del momento y las tendencias ya que una mala decisión implicará un costo enorme (en dinero y en tiempo) al actualizarse a otra plataforma distinta.
La tendencia actual en la arquitectura cliente/servidor es crear el back-end como un servidor robusto multitareas y multithreading y el front-end como un cliente muy delgado que no acapare al servidor comunicándose entre sí en una plataforma internet con protocolos estándar en redes heterogéneas.
Comentario final ... para reflexionar
Todo lo que se expresó en este artículo, muestra tal como la teoría aconseja que se deben hacer las cosas. En la práctica, en la ingeniería de software comúnmente se menosprecia el valor de una metodología para crear el software. Esto, a mi juicio, está demeritando la incipiente profesión de Ingeniero de Software en particular, la del especialista en Tecnología de Información, en general y a las empresas de consultoría en software, ya que generalmente se cede al "chantaje" profesional del jefe o del cliente quien ordena la construcción del software, con argumentos como "no hay tiempo para eso, pónte a programar".
Para reflexionar, pregunto, lo siguiente:
¿Qué pasaría, si el ingeniero civil o el arquitecto construye una casa o un edificio sin hacer sus planos, proyectos o maquetas? ¿Crees que la obra pueda concluirse cubriendo las necesidades, con la calidad necesaria y a tiempo? Simplemente observa la calidad de las viviendas "en obra negra perpetua" en la mayoría de las calles de México. Y todavía más allá, ¿Permitirías que tu propio cirujano te interviniera sin hacer los estudios respectivos para obtener las evidencias del problema de salud que te aqueja? O ¿permitirías a tu abogado que te defendiera sin conocer las pruebas y sin un plan para tu defensa? Entonces, ¿por qué los ingenieros en software a veces cedemos al "chantaje de la falta de tiempo" y construimos software sin el análisis y diseño expresado en un proyecto, más allá de las ideas existentes "en nuestra cabeza"? ¿Por qué lo intentamos hacer sobre la marcha, pero nunca lo concluimos pues ya no hay tiempo? ¿Dónde quedó la ética profesional?...
Sugiero que consultes, como referencia, el Código de Etica del Ingeniero en Software y de la Práctica Profesional en el site de la Association for Computing Machinery aquí: http://www.acm.org/serving/ethics.html.
| [Booch 1998] | Booch G. 1998. Software Architecture and the UML. Presentación disponible en: http://www.rational.com/uml como arch.zip. |
| [Booch 1986] | Booch, G. 1988. Object Oriented Development. Trans. of Soft. Eng. Vol. SE-12. Num. 2. Feb. 1986. pp. 211-221. |
| [Conallen 1999A] | Conallen, J. "Modeling Web Applications with UML" Conallen, Inc. 9-Mar-1999 Disponible en: http://www.conallen.com/whitepapers/webapps/ModelingWebApplications.htm |
| [Conallen 1999B] | Conallen, J. "UML Extension for Web Applications 0.91" Drafted Conallen, Inc. 22-Mar-1999 Disponible en: http://www.conallen.com/technologyCorner/webextension/WebExtension091.htm |
| [Cota 1994] | Cota A. 1994 "Ingeniería de Software". Soluciones Avanzadas. Julio de 1994. pp. 5-13. |
| [Greiff 1994] | Greiff W. R. Paradigma vs Metodología; El Caso de la POO (Parte II). Soluciones Avanzadas. Ene-Feb 1994. pp. 31-39. |
| [Jacobson 1998] | Jacobson, I. 1998. "Applying UML in The Unified Process" Presentación. Rational Software. Presentación disponible en http://www.rational.com/uml como UMLconf.zip |
| [Jacobson 1992] | Jacobson, I. et. al. 1992. Object-Oriented Software Engineering; A Use Case Driven Aproach. ACM Press. Adison-Wesley Publishing. Co. U.S.A. 524 p. Ilus. pp. 465-493. |
| [Lewis 1994] | Lewis G. 1994. "What is Software Engineering?" DataPro (4015). Feb 1994. pp. 1-10. |
| [Microsoft 1997] | Microsoft 1997. Microsoft Solutions Framework 1.0. Microsoft Corporation. USA. |
| [M&R 1998] | Microsoft y Rational 1998. A White Paper on the Benefits of Integrating Microsoft Solutions Framework and The Rational Process. Rational Software Corporation y Microsoft Corporation. Documento msfratprocs.doc Disponible en http://www.rational.com/uml/papers. |
| [OMG 1999] | Object Management Group. 1999. OMG Unified Modeling Language Specification (Draft). Versión 1.3. alfa R5, marzo de 1999. Disponible en: http://www.rational.com/uml |
| [Zavala 2000] | Zavala R. 2000. Diseño de un Sistema de Información Geográfica sobre internet. Tesis de Maestría en Ciencias de la Computación. Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. México, D.F. En prensa. |
Última actualización: 12 de abril de 2012 16:33 CST
Eres el visitante
(Finalmente, un contador, después de muchos años, a partir de noviembre de 2010.
Envíame tus comentarios.
Email: jzavalar@yahoo.com
Copyright. 2000-2012. Todos los derechos reservados.
Se prohibe la copia y distribución de este material para fines de lucro. Se autoriza la copia para fines personales siempre y cuando se cite la fuente íntegramente.
