El presente trabajo tiene como objetivo determinar cuáles son las bondades de la implementación de técnicas formales para el desarrollo de software, enfocándose en los métodos denominados semi formales, ya que éstos suponen una aplicación más al "alcance" de la industria, debido a su menor complejidad y costo. Para ello dos equipos desarrollarán un mismo componente de software. Uno de los cuales utilizará una técnica de desarrollo semi formal y se compararán los resultados, basados en la medición de las métricas previamente definidas.
Se utilizará la herramienta de Microsoft Spec#, y el lenguaje de programación C# de la Suite Visual Studio .Net.Eje: Ingeniería de SoftwareRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Aguirre, Fernando

Belloni, Edgardo A.

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

“Aproximación a los Métodos Formales: una experiencia con un método de desarrollo liviano.” Fernando Aguirre, Edgardo Belloni Dirección de Investigación y Desarrollo - Departamento de Ingeniería y Cs. de la Producción - Universidad Gastón Dachary Campus Urbano. Av. Lopez y Planes y Av. Jauretche. Posadas. Misiones Tel. (0376) 447-6999 faguirre@ugd.edu.ar, ebelloni@ugd.edu.ar   RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo determinar cuáles son las bondades de la implementación de técnicas formales para el desarrollo de software, enfocándose en los métodos denominados semi formales, ya que éstos suponen una aplicación más al "alcance" de la industria, debido a su menor complejidad y costo. Para ello dos equipos desarrollarán un mismo componente de software. Uno de los cuales utilizará una técnica de desarrollo semi formal y se compararán los resultados, basados en la medición de las métricas previamente definidas.  Se utilizará la herramienta de Microsoft Spec#, y el lenguaje de programación C# de la Suite Visual Studio .Net.  CONTEXTO El presente proyecto se desarrolla en el ámbito de la Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad Gastón Dachary, con el aporte del Departamento de Ingeniería y Cs. de la Producción. El proyecto fue presentado y aprobado en la convocatoria de Proyectos de Investigación del año 2.012, que fuera realizada por la mencionada Dirección. El proyecto además se encuentra en consonancia con el objetivo de la tesis en realización de uno de los investigadores, para la obtención del título de la Maestría en Ingeniería de Software, dictada en la Universidad de La Plata, cuyo título es "Un aporte empírico al desarrollo formal liviano en base a Spec#"    INTRODUCCIÓN ¿Cómo aseguramos que nuestros programas sean correctos y libres de errores?  A  diferencia  de  otras  disciplinas  formales,  la  Ingeniería  de  Software  no  ha  ____________________________________                                        PAGINA - 486 -desarrollado técnicas  precisas  para  el  modelado  de  los  objetos  a  construir,  antes  que  estos  fueren efectivamente  desarrollados.  No  existen  actualmente,  o  al  menos  no  ampliamente difundidos, técnicas tales como los modelos matemáticos, que permiten predecir el resultado de construcciones del mundo real con exactitud.  Ahora entonces, veamos con que mecanismos cuenta la Ingeniería del Software para evitar construcciones sin errores:  Lamentablemente  todas  las  aproximaciones  existentes,  distan  bastante  de  ser  soluciones exactas. “No existe la bala de plata” [F. Brooks 87]  reza Brooks, dado que el modo con que  cuentan  los  informáticos  para  respaldar  la  confianza  de  los  programas  es  la verificación empírica [JuristoMoreno 06]. Con lo cual, el principal problema consiste en la imposibilidad de garantizar  la  no  existencia  errores  en  una  aplicación,  dado  que  depende  primero  de  la porción  de  programa  que  se  esté  probando  y  del  grado  de  dependencia  que  tenga  con otras porciones de programa (acoplamiento),  y segundo, del grado cobertura de casos del universo de datos de pruebas suministrado. Por lo tanto, usualmente se realiza la detección y corrección de errores en simultáneo con la construcción de la aplicación en sí. Tal actividad requiere un esfuerzo igual o superior al esfuerzo de la programación propiamente dicha.   Muchos  errores  están  relacionados  con  la  complejidad  inherente  del  software,  tales  como errores en la definición del dominio, en la especificación de los flujos de trabajos, etc., para lo cual se requiere soluciones orientadas a atacar las dificultades esenciales del software.  Ahora  bien,  los  demás  tipos  de  errores,  que  son  los  que  están  más  cercanos  a  las denominadas  complejidades  no  esenciales,  mayormente  inherentes  al  trabajo  de programación en sí, son  los más atacados  por  las técnicas de validación  y  verificación de software.  Pretender generar una técnica de validación y verificación del software con una efectividad cercana  al  100%  hoy  en  día,  constituye  una  empresa con  un  éxito  altamente improbable, sin  embargo,  las  líneas  de  investigación  actuales  consisten  en  generar  aportes  para  la reducción  del  esfuerzo  en  las  pruebas  y  lograr  la  conversión  paulatina  de  las  técnicas manuales y artesanales de validación a procesos cada vez más automáticos.    Verificación formal de software.   Los  métodos  formales  en  para  verificación  de  software  constituyen  el  intento  de  la Ingeniería  de  Software  de  parecerse  a  las  demás  ingenierías,  proveyendo  herramientas matemáticas para la detección y corrección de errores.   Constituye  la  principal  referencia  dentro  de  las  técnicas  de  verificación  estáticas.  Implican una  especificación  formal  del  sistema  y  un  análisis  matemático  detallado  de  la especificación y pueden desarrollar argumentos formales para que un programa se ajuste a su especificación formal. [HuthRyan 04]   Spec#, un aporte al desarrollo de software de alta calidad.  El sistema de programación Spec# provee un conjunto de herramientas para la verificación formal del software.  Su  principal  ventaja es ____________________________________                                        PAGINA - 487 -que permite al programador abstraerse de  las complejas  especificaciones  matemáticas,  y  por  ello se  considera  como  un  sistema  formal “liviano”.  Se fundamenta conceptualmente en la lógica de Hoare [Hoare 69], y es una extensión del lenguaje de  programación C#, creado por Microsoft e incluido por primera vez en la Suite de Desarrollo Visual Studio 2005. Spec# se  encuentra  en  plena  etapa  de investigación,  con  algunos  resultados  prometedores.  Consiste  en estructuras  de  especificación  tipo  pre  y  pos  condición,  tipos  “no  nulos”  y  algunas  otras funcionalidades para abstracciones de datos de alto nivel. [Microsoft 08]   LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO Esta línea de investigación se encuadra dentro de los estudios relacionados a la aplicación de los métodos formales en la industria de software.  Se centra en la aplicación de un método formal semi liviano para la construcción de un componente de software y cuáles son sus efectos en el desarrollo de software. Para ello se trabajará con distintos grupos de desarrolladores que implementarán las especificaciones del componente, por un lado utilizando una metodología tradicional y por otro lado, incluyendo técnicas de verificación semi formal. Existen otros trabajos relacionados, como [R. Khun 98], el cual aporta un análisis del costo de implementación de los métodos formales, haciendo referencia a que los métodos formales pueden ser aplicados productivamente mediante técnicas formales livianas, analizando especificaciones parciales de software o inclusive en los requerimientos, de forma temprana. La línea principal de trabajo se centra en la aplicación real de técnicas formales livianas, utilizando el paradigma Orientado a Aspectos, mediante la herramienta de Microsoft Spec#.  RESULTADOS OBTENIDOS/ESPERADOS Se espera del proyecto: Aportar mayor evidencia empírica en la utilización de los métodos formales de verificación y validación de software con el objetivo de ratificar las bondades que brindan, aún teniendo en cuenta las limitaciones asociadas a que Spec# todavía se encuentra en etapas tempranas de evolución. A la vez, se espera también aportar mecanismos y/o procedimientos, que contribuyan a facilitar y/optimizar la implementación de dicha herramienta colaborando en la difusión y masificación del uso de la misma.  FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS La estructura del proyecto está principalmente conformada por dos docentes de la UGD, uno de los cuales se encuentra desarrollando la tesis de la Maestría en Ingeniería de Software de la Universidad Nacional de La Plata, que desarrolla su trabajo en el ámbito del proyecto, contribuyendo de esta manera a su formación académica. El equipo del proyecto se complementa con la incorporación de Auxiliares de Investigación.  ____________________________________                                        PAGINA - 488 -Se incorporarán al proyecto 1 (un) Auxiliar de Investigación de 1ª, quien preferentemente se encontrará realizando su tesis para la obtención de título de grado y 4 (cuatro) Auxiliares de Investigación de 2ª.  Se pretende que los demás auxiliares generen sus tesis de grado en el ámbito del proyecto. REFERENCIAS [F. Brooks 87] F. Brooks. No Silver Bullet, Essence and Accidents of Software Engineering. Computer Magazine of University of North Carolina at Chapel Hill. Abril 1987. [JuristoMoreno 06] N. Juristo, A. Moreno, A. Vegas. Técnicas de Evaluación de Software. Universidad Politécnica de Madrid. Octubre 2006. [HuthRyan 04] M. Huth and M. Ryan. Logic in Computer Science. Modeling and Reasoning about Systems.  Cambridge University Press. 2004. [Hoare 69] Hoare, C. A. R. An axiomatic basis for computer programming. Communications of the ACM, 12(10):576?585, October 1969. [Microsoft 08] Microsoft Research. Program Verification Using the Spec# Programming System. ETAPS Tutorial. Marzo 2008.  [Wooodcock 99]. Woodcock, P. Gorm Larsen, J. Bicarregui, J. Fitzgerald., Formal Methods: Practice and Experiencie. ACM Computer Survay 41(4). 2009. [R. Kuhn 03] R. Kuhn, D. Craigen, M. Saaltink. Practical Application of Formal Methods in Modeling and Simulation. 2003 [JacksonWing96] D. Jackson and J. Wing, Lightweight Formal Methods IEEE Computer, Abril 1996, pp. 21-22 [M. Barnet 11 ]M. Barnett, M. Fahndrich, K. Rustan, M. Leino, P. Muller, W. Schukte, H. Venter, Specification and Verification: The Spec# Experience. 2011 [R. Khun 98] R. Kuhn, R. Chandramouli, R. Butler. Cost Effective Use of Formal Methods in Verification and Validation. 1998 ____________________________________                                        PAGINA - 489 -

Aproximación a los métodos formales: una experiencia con un método de desarrollo liviano

El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

“Aproximación a los Métodos Formales: una 
experiencia con un método de desarrollo liviano.” 
Fernando Aguirre, Edgardo Belloni 
Dirección de Investigación y Desarrollo - Departamento de Ingeniería y Cs. de la 
Producción - Universidad Gastón Dachary 
Campus Urbano. Av. Lopez y Planes y Av. Jauretche. Posadas. Misiones 
Tel. (0376) 447-6999 
faguirre@ugd.edu.ar, ebelloni@ugd.edu.ar 
 
 
RESUMEN 
El presente trabajo tiene como objetivo 
determinar cuáles son las bondades de la 
implementación de técnicas formales para el 
desarrollo de software, enfocándose en los 
métodos denominados semi formales, ya que 
éstos suponen una aplicación más al "alcance" 
de la industria, debido a su menor 
complejidad y costo. Para ello dos equipos 
desarrollarán un mismo componente de 
software. Uno de los cuales utilizará una 
técnica de desarrollo semi formal y se 
compararán los resultados, basados en la 
medición de las métricas previamente 
definidas.  
Se utilizará la herramienta de Microsoft 
Spec#, y el lenguaje de programación C# de 
la Suite Visual Studio .Net. 
 
CONTEXTO 
El presente proyecto se desarrolla en el 
ámbito de la Dirección de Investigación y 
Desarrollo de la Universidad Gastón Dachary, 
con el aporte del Departamento de Ingeniería 
y Cs. de la Producción. 
El proyecto fue presentado y aprobado en la 
convocatoria de Proyectos de Investigación 
del año 2.012, que fuera realizada por la 
mencionada Dirección. 
El proyecto además se encuentra en 
consonancia con el objetivo de la tesis en 
realización de uno de los investigadores, para 
la obtención del título de la Maestría en 
Ingeniería de Software, dictada en la 
Universidad de La Plata, cuyo título es "Un 
aporte empírico al desarrollo formal liviano 
en base a Spec#" 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
¿Cómo aseguramos que nuestros programas 
sean correctos y libres de errores?  
A  diferencia  de  otras  disciplinas  formales,  
la  Ingeniería  de  Software  no  ha  
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desarrollado técnicas  precisas  para  el  
modelado  de  los  objetos  a  construir,  antes  
que  estos  fueren efectivamente  
desarrollados.  No  existen  actualmente,  o  al  
menos  no  ampliamente difundidos, técnicas 
tales como los modelos matemáticos, que 
permiten predecir el resultado de 
construcciones del mundo real con exactitud.  
Ahora entonces, veamos con que mecanismos 
cuenta la Ingeniería del Software para evitar 
construcciones sin errores:  
Lamentablemente  todas  las  aproximaciones  
existentes,  distan  bastante  de  ser  
soluciones exactas. “No existe la bala de 
plata” [F. Brooks 87]  reza Brooks, dado que 
el modo con que  cuentan  los  informáticos  
para  respaldar  la  confianza  de  los  
programas  es  la verificación empírica 
[JuristoMoreno 06]. Con lo cual, el principal 
problema consiste en la imposibilidad de 
garantizar  la  no  existencia  errores  en  una  
aplicación,  dado  que  depende  primero  de  
la porción  de  programa  que  se  esté  
probando  y  del  grado  de  dependencia  que  
tenga  con otras porciones de programa 
(acoplamiento),  y segundo, del grado 
cobertura de casos del universo de datos de 
pruebas suministrado. 
Por lo tanto, usualmente se realiza la 
detección y corrección de errores en 
simultáneo con la construcción de la 
aplicación en sí. Tal actividad requiere un 
esfuerzo igual o superior al esfuerzo de la 
programación propiamente dicha.   
Muchos  errores  están  relacionados  con  la  
complejidad  inherente  del  software,  tales  
como errores en la definición del dominio, en 
la especificación de los flujos de trabajos, etc., 
para lo cual se requiere soluciones orientadas 
a atacar las dificultades esenciales del 
software.  
Ahora  bien,  los  demás  tipos  de  errores,  
que  son  los  que  están  más  cercanos  a  las 
denominadas  complejidades  no  esenciales,  
mayormente  inherentes  al  trabajo  de 
programación en sí, son  los más atacados  
por  las técnicas de validación  y  verificación 
de software.  
Pretender generar una técnica de validación y 
verificación del software con una efectividad 
cercana  al  100%  hoy  en  día,  constituye  
una  empresa con  un  éxito  altamente 
improbable, sin  embargo,  las  líneas  de  
investigación  actuales  consisten  en  generar  
aportes  para  la reducción  del  esfuerzo  en  
las  pruebas  y  lograr  la  conversión  
paulatina  de  las  técnicas manuales y 
artesanales de validación a procesos cada vez 
más automáticos.  
  
Verificación formal de software.   
Los  métodos  formales  en  para  verificación  
de  software  constituyen  el  intento  de  la 
Ingeniería  de  Software  de  parecerse  a  las  
demás  ingenierías,  proveyendo  herramientas 
matemáticas para la detección y corrección de 
errores.   
Constituye  la  principal  referencia  dentro  de  
las  técnicas  de  verificación  estáticas.  
Implican una  especificación  formal  del  
sistema  y  un  análisis  matemático  detallado  
de  la especificación y pueden desarrollar 
argumentos formales para que un programa se 
ajuste a su especificación formal. [HuthRyan 
04]  
 Spec#, un aporte al desarrollo de software de 
alta calidad.  
El sistema de programación Spec# provee un 
conjunto de herramientas para la verificación 
formal del software.  Su  principal  ventaja es 
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que permite al programador abstraerse de  las 
complejas  especificaciones  matemáticas,  y  
por  ello se  considera  como  un  sistema  
formal “liviano”.  
Se fundamenta conceptualmente en la lógica 
de Hoare [Hoare 69], y es una extensión del 
lenguaje de  programación C#, creado por 
Microsoft e incluido por primera vez en la 
Suite de Desarrollo Visual Studio 2005. 
Spec# se  encuentra  en  plena  etapa  de 
investigación,  con  algunos  resultados  
prometedores.  Consiste  en estructuras  de  
especificación  tipo  pre  y  pos  condición,  
tipos  “no  nulos”  y  algunas  otras 
funcionalidades para abstracciones de datos 
de alto nivel. [Microsoft 08] 
 
 
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Y 
DESARROLLO 
Esta línea de investigación se encuadra dentro 
de los estudios relacionados a la aplicación de 
los métodos formales en la industria de 
software.  
Se centra en la aplicación de un método 
formal semi liviano para la construcción de un 
componente de software y cuáles son sus 
efectos en el desarrollo de software. Para ello 
se trabajará con distintos grupos de 
desarrolladores que implementarán las 
especificaciones del componente, por un lado 
utilizando una metodología tradicional y por 
otro lado, incluyendo técnicas de verificación 
semi formal. 
Existen otros trabajos relacionados, como [R. 
Khun 98], el cual aporta un análisis del costo 
de implementación de los métodos formales, 
haciendo referencia a que los métodos 
formales pueden ser aplicados 
productivamente mediante técnicas formales 
livianas, analizando especificaciones parciales 
de software o inclusive en los requerimientos, 
de forma temprana. 
La línea principal de trabajo se centra en la 
aplicación real de técnicas formales livianas, 
utilizando el paradigma Orientado a Aspectos, 
mediante la herramienta de Microsoft Spec#. 
 
RESULTADOS 
OBTENIDOS/ESPERADOS 
Se espera del proyecto: Aportar mayor 
evidencia empírica en la utilización de los 
métodos formales de verificación y validación 
de software con el objetivo de ratificar las 
bondades que brindan, aún teniendo en cuenta 
las limitaciones asociadas a que Spec# 
todavía se encuentra en etapas tempranas de 
evolución. 
A la vez, se espera también aportar 
mecanismos y/o procedimientos, que 
contribuyan a facilitar y/optimizar la 
implementación de dicha herramienta 
colaborando en la difusión y masificación del 
uso de la misma. 
 
FORMACIÓN DE RECURSOS 
HUMANOS 
La estructura del proyecto está principalmente 
conformada por dos docentes de la UGD, uno 
de los cuales se encuentra desarrollando la 
tesis de la Maestría en Ingeniería de Software 
de la Universidad Nacional de La Plata, que 
desarrolla su trabajo en el ámbito del 
proyecto, contribuyendo de esta manera a su 
formación académica. 
El equipo del proyecto se complementa con la 
incorporación de Auxiliares de Investigación.  
____________________________________
                                        PAGINA - 488 -
Se incorporarán al proyecto 1 (un) Auxiliar de 
Investigación de 1ª, quien preferentemente se 
encontrará realizando su tesis para la 
obtención de título de grado y 4 (cuatro) 
Auxiliares de Investigación de 2ª.  
Se pretende que los demás auxiliares generen 
sus tesis de grado en el ámbito del proyecto. 
REFERENCIAS 
[F. Brooks 87] F. Brooks. No Silver Bullet, 
Essence and Accidents of Software 
Engineering. Computer Magazine of 
University of North Carolina at Chapel Hill. 
Abril 1987. 
[JuristoMoreno 06] N. Juristo, A. Moreno, A. 
Vegas. Técnicas de Evaluación de Software. 
Universidad Politécnica de Madrid. Octubre 
2006. 
[HuthRyan 04] M. Huth and M. Ryan. Logic 
in Computer Science. Modeling and 
Reasoning about Systems.  Cambridge 
University Press. 2004. 
[Hoare 69] Hoare, C. A. R. An axiomatic 
basis for computer programming. 
Communications of the ACM, 
12(10):576?585, October 1969. 
[Microsoft 08] Microsoft Research. Program 
Verification Using the Spec# Programming 
System. ETAPS Tutorial. Marzo 2008. 
 
[Wooodcock 99]. Woodcock, P. Gorm 
Larsen, J. Bicarregui, J. Fitzgerald., Formal 
Methods: Practice and Experiencie. ACM 
Computer Survay 41(4). 2009. 
[R. Kuhn 03] R. Kuhn, D. Craigen, M. 
Saaltink. Practical Application of Formal 
Methods in Modeling and Simulation. 2003 
[JacksonWing96] D. Jackson and J. Wing, 
Lightweight Formal Methods IEEE 
Computer, Abril 1996, pp. 21-22 
[M. Barnet 11 ]M. Barnett, M. Fahndrich, K. 
Rustan, M. Leino, P. Muller, W. Schukte, H. 
Venter, Specification and Verification: The 
Spec# Experience. 2011 
[R. Khun 98] R. Kuhn, R. Chandramouli, R. 
Butler. Cost Effective Use of Formal Methods 
in Verification and Validation. 1998 
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Aproximación a los métodos formales: una experiencia con un método de desarrollo liviano

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