Specification and refinement of software connectors

Tese de doutoramento em Informática (área de conhecimento de Fundamentos da Computação)Modern computer based systems are essentially based on the cooperation of distributed, heterogeneous component organized into open software architectures that, moreover, can survive in loosely-coupled environments and be easily adapted to changing application requirements. Such is the case, for example, of applications designed to take advantage of the increased computational power provided by massively parallel systems or of the whole business of Internet-based software development. In order to develop such systems in a systematic way, the focus in development method has switched, along the last decade, from functional to structural issues: both data and processes are encapsulated into software units which are connected into large systems resorting, to a number of techniques intended to support reusability and modifiability. Actually, the complexity and ubiquity achieved by software in present times makes it imperative, more than ever, the availability of both technologies and sound methods to drive its development. Programming ‘in–the–large’, component–based programming and software architecture become popular expressions which embody this sort of concerns and correspond to driving forces in current software engineering. In such a context this thesis aims at introducing formal models for software connectors as well as the corresponding notions of equivalence and refinement upon which calculation principles for reasoning and transforming connector-based software architectures can be developed. This research adopts an exogenous coordination point of view in order to deal with components’ temporal and spatial decoupling and, therefore, to provide support for looser levels of inter-component dependency. The thesis also characterises a notion of behavioural interface for components and services. Interfaces and connectors are put together to form configurations, an abstraction for representing software architectures. A prototype implementation of a subset of the proposed models is provided, in the form of a HASKELL library, as a proof of concept. Furthermore, the thesis reports on a case study in which exogenous coordination is applied to the specification of interactive systems.Um número crescente de sistemas computacionais é baseado na cooperação de componentes interdependentes e heterogêneas, organizadas em arquiteturas abertas capazes de sobreviverem em ambientes altamente distribuídos e facilmente adaptáveis a alterações nos requisitos das aplicações que os suportam. Tal é o caso, por exemplo, de aplicações que exploram o poder computacional de sistemas massivamente paralelos ou de sistemas desenvolvidos sobre a Internet. Para desenvolver este tipo de sistemas de forma sistemática, o foco nos métodos de desenvolvimento alterou-se, ao longo da última década, dos aspectos funcionais para os aspectos estruturais dos sistemas: ambos, estruturas de dados e processos são encapsulados em unidades computacionais que são conectadas em grandes sistemas utilizando-se de diversas técnicas que se pretendem capazes de suportar a reutilização e a adaptabilidade do software. Na realidade, a complexidade e ubiqüidade atingidas pelo software nos dias correntes tornam imperativo, mais do que nunca, a disponibilidade de tecnologias e sólidos métodos para conduzir este processo de desenvolvimento. Programação ’em-grande-escala’, programação baseada em componentes e arquiteturas de software são expressões populares que englobam esta preocupação e correspondem aos esforços direcionados pela engenharia de software. Em tal contexto, esta tese tem por objetivo introduzir modelos formais para conectores de software bem como as correspondentes noções de equivalência e refinamento que suportem cálculos para raciocinar e transformar arquiteturas de software baseada em conectores. Esta pesquisa adota um ponto de vista de coordenação exógena para lidar com a separação espacial e temporal das componentes e suportar níveis elevados de independência entre componentes. A tese caracteriza, ainda, uma noção de interface comportamental para componentes e serviços. Interfaces e conectores agregam-se para formar configurações, uma abstração introduzida para representar arquiteturas de software. A implementação, em protótipo, de parte dos modelos propostos, sob a forma de uma biblioteca em HASKELL, é fornecida como prova de conceito. Finalmente, a tese percorre um estudo de caso em que coordenação exôgena é utilizada na especificação de sistemas interactivos.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), SFRH/BD/11083/200