El desarrollo de métodos de especificación formal de sistemas software y de los modelos que los informan,

ha sido reconocido como una necesidad básica en la ingeniería del software.

En la especificación de sistemas software secuenciales, tanto las especificaciones axiomáticas, como las procedentes de abstracciones(ya sean datos o procedimientos

León Serrano, Gonzalo

Sáez Vacas, Fernando

Archivo Digital UPM

Especificación del comportamiento observable de sistemas software concurrentes

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

E S P E C I F I C A C I O N D E L C O M P O R T A M I E N T O O B S E R V A B L E D E S I S T E M A S 
S O F T W A R E C O N C U R R E N T E S 
Serrano 
z Vacas 
jL^bpFatQFio de ¡Ordenadores , Ciber 
ín^tica, y Teoría, de Sistemas 
I • . . . ¡E . T . S . I » Telecomunicación . Madrid . 
por 
Gonzalo Leon 
Fernando Sae 
RESt/MEW 
Se pKe.6 0.nta en té te. trabajo un modtto cíe 
te.ma y pJioctéo co ncutiJitntc junto con una he.JLJiamte.n-
ta de. e.épe.ctítcactSn de.t compoJitamttnto dtn&mlco 
dtt wtépio. La ht&Jiamttnta > denominada e.xpJie.¿Zone.¿ -
de. cooJLdlnactón pe.Jtmtte. JictactonaJL toé e,ve.ntoé ob-~ 
étJivabtté de un p/coce.¿o mtdtante. unoé optJtadoJLté ba 
éfrdQ* en una hm^ntlca de. Jttd» 
Un ¿tétema aonc.uJtAe.nte. ée. maneja atge.bJiátca~-
tne.nte. mediante un conjunto de optJiaclo neé que. peJtm.í 
ten JietaclonaJi expJieétoneé de. cooJtdlnaclón tj anali-
zan et compoKtamiento det élétema. 
1. 'INTRODUCCIÓN 
Bl desarrollo de métodos de especi 
ficación formal de sistemas softwa 
re y de los imodelos que los infor-
man, ha sido reconocido como una -
necesidad básica en la ingeniería 
iel software{|FRANTA et al . ,1 980|) 
Dn la especificación de sistemas 
software secuenciáles, tanto las -
especificaciones axiomáticas, comc 
Las procedentes de abstracciones -
(ya sean datos o procedimientos) -
I l I S K O V y B E R Z I N S , 1979| parecen -
iportar . resultados satisfactorios 
31 problema de la especificación 
Je sistemas software concurrentes 
ís, sin embargo, mucho más comple-
jo » 
ja interacción entre los diferen--
:es componentes (módulos, recur- -
sos, procesos, etc.) y los proble-
mas derivados de su evolución diná 
nica invalidan las técnicas de es-* 
)ecificacion de sistemas secuencia 
Les. 
En un intento de superación de es-
tos problemas podemos citar dos re 
cientes enfoques: 
- el desarrollo de una herramienta 
de . especificación derivada de 
las redes de Petri y de las e x -
presiones de camino denominada -
COSY (ver [LAUER et al., 1981|). 
- la utilización de'un lenguaje de 
descripción tipo-CSP ( [HOARE, 
19 781) y un modelo de verifica-
ción basado en una lógica tempo-
r e como CESAR (ver |gUEILLE y 
SÍFAKSS,. 1981 |.) . 
Todos estos enfoques,sin embargo, 
adolecen de la falta de un modelo 
previo (formalizado) de sistema 
¡concurrente a partir del cual deri 
yar una técnica de especificación, 
Otros autores, han intentado, de-
jando en un segundo plano el desa-
rrollo de una herramienta software 
^concreta, formalizar el concepto ~ 
de proceso derivando una herramien 
ta. notacional. El trabajo más im-
portante, a nuestro puicio, desa-
rrollado ! 'en e'st'e ! sérit'i'do es el de; 
nominado CCS (ver |MILNE y MILNER, 
1 9 7 9 j ) . 
Estos autores parten de la concep 
ci<?n de un proceso como un con j un_ 
to de potencialidades de comunica 
<?i6n observables exteriormente; a 
partir de esta idea se define al-
gebraicamente un conjunto básico 
de
 (operaciones que permiten espe-
cificar sistemas complejos a par-
tir de subsistemas más simples. 
La limitación de su trabajo resi-
de en la imposibilidad de tratar• 
problemas dinámicos (como blo-
queos o inaniciones) sobre la es-
tructura del sistema construido. 
Su concepto de concurrencia es, -
asimismo, virtual ^(imbricación) y 
no re^l. 
2 , MODELO B Á S I C O DE S I S T E M A CONCU 
R R E N T E I 
El trabajo desarrollado ¡LEON, 
1982| ha, tomado como base el enfo 
que de MILNE y MILNER incorporan-
do conceptos derivados de la teo-
ría, de la concurrencia desarrolla 
fla, en Bonn (GMD-XSF) por el grupo 
de trabajo dirigido por C.A. P E -
TRI. 
El modelo del sistema concurrente 
propuesto considera a' un procesó 
como el elemento básico, y junto 
a un conjunto de enlaces que defi 
interacción entre los pro-
cesos, el sistema es definido co-
mo una red de procesos. 
Un proceso es definido como un 
conjunto de potenciales intercam-
bios de información observables -
por otros procesos» 
Por Qtro lado,, y pa,ra, dotar a - ~ 
nuestro modelo de los aspectos di 
na^icog necesarios pa,ra tratar el 
comportamiento de los procesos se 
le ha dotado de una semántica de 
red derivada de los sistemas Con-
dicion-Evento (C~E) |GENRICH et 
al.( 1 97 9 j . 
De acuerdo con estas considerado' 
nes generales, las hipótesis bási 
cas del modelo de proceso son: 
a.) Hipótesis de independencia tem 
pora1. 
N<? consideraremos el factor 
tiempo en el modelo excepto la1 
existencia de un tiempo finito 
entre s u cesi y a s común i c a c iones 
observables. 
b) Hipótesis de independencia del 
comportamiento local. 
Queremos indicar con ello la -
autonomía parcial de 'los proce 
sos (cpnsecuencia de su rol de 
¡fíinjLdo; en el sistema) respecto 
aj. comportamiento global del -
s i s tuerca • 
c) Hipótesis de sincronización de 
comunicaciones. . 
La, transmisión ó intercambio -
de información entre dos proce 
sos participantes se efectúa -
3§ J.Q''sincronizada".; .es. de 
cir, un proceso desea enviar -
una información y el otro reci^ 
birla. 
Los enlaces o canales de comu-
nicación entre procesos son 
kiynÍYQcos; no hay, por tanto 
1!<U£v}siQn,, la información. 
d) Hipótesis de infinitud 
^e refiere a la consideración 
cíclica, indefinida de la vida 
iiji proceso. Debido a esta -
hipótesis el conjunto de poteii 
ciales comunicaciones observa-i 
bles de un proceso es fijo. 
Hi'P&tesis de' no-de termini smo . 
Consideramos la existencia de 
s ituáciones' ñó'" deterministas " -
en el modelo de compos tamiento; 
de un proceso concurrente. 
f) Hipótesis de abstracción orga-
nizativa . 
Pueden existir diversas organi^ 
zaciones y/o comportamientos -
internos que presenten el mis-
ino comportamiento externo» Es-
t^ situación obliga a conside-
ra,?: ejl p\odelo de proceso como 
el representante de una clase 
de proceso abstracta. 
g) Hipótesis de abstracción inter 
pretativa. 
Indica la necesidad de manejar 
en cada momento la información 
imprescindible a las conclusio 
nes buscadas lo que obliga a -
modelar un proceso en diversos 
niveles de abstracción: 
K
 Ni-yei de proceso neutral : 
¿Que potencialidades de comu 
nicación existen y cual es -
la relación entre ellas?. 
- Nivel de proceso controlado: 
Incorporación de identifica-
dores semánticos y cías i fic¿ 
cion de :lás puertas de comu-
nicación en entrada y salida. 
Se modela, por tanto, el sen 
ti do del
 :.'f lujo de informa- -
c?,6n. 
Nivel de proceso valuado: Mo 
déla los valores intercambia 
dos y la,s transformaciones 
sufridas por estos en el pra 
ceso,, asociando expresiones . 
(funcionés^de los valores de 
entrada) a las puertas de sa 
lida * 
3 , E S T R U C T U R A J E R A R Q U I C E D E ^ L A ES 
P E C I F I C A C I O N , 
3.1. Objetivos 
La consideración de un sistema --
concurrente como un conjunto de -
procesos concurrentes (procesosi-
en los cuales pueden existir comu 
nicaciones observables indepen- -
dientemente) interconectados m e -
diante un conjunto' de enlaces (o 
canales) formando una red de pro-
cesos, nos sugiere la siguiente -
estructura de la especificación: 
- una fase de especificación inde 
pendiente de cada uno de los 
procesos concurrentes que van a 
formar parte del! sistema, 
« una fase de e s p e c i f i c a c i o n , d e 1 
sistema concurrente a partir de 
I q s procesos especificados pre-
y i^mente.^ 
La importancia de estas dos fases 
(y dentro de cada una de ellas 
J.ps tres niveles descritos en la 
hipótesis de abstracción interpre 
tativa) radica en disponer de un 
conjunto de herramientas de espe-; 
cificación jerarquizadas simplifi_ 
cando así la estructura global de 
la, especificación, 
3.2. Especificación de procesos -
concurrentes . 
La especificación de procesos con 
currentes se desarrolla utilizan-
do una herramienta que hemos deno 
minado: expresiones de coordina-
ción . 
Una expresión de coordinación es 
una herramienta notacional deriva 
3a, de las expresiones de flujo 
[HUDDLE, et a,!., 1 979) a las que 
se ha, dotado de un conjunto de 
operadores que incrementan su po-
tencia expresiva. 
Desde un punto de vista formal, -
las expresiones de coordinación -
están basadas en una semántica de 
red derivada de los sistemas C~E 
I G E N R I C H et al.. 1 9 7 9 1 . 
Para comprender la interpretación 
asociada a las condiciones y even 
de un jsistema C-E se han defi_ 
nido tres estados de una puerta -
de comunicación: 
a) estado de reposo: No se desea 
efectua,r ninguna transferencia 
de información. 
b) estado cargado: La puerta está 
'permitida localmente' (por el 
'proceso al' cual' pertenéce ) "a 
entablar comunicación. 
;c) estado activo: La comunicación 
se realiza entre las dos puer-
tas en estado cargado. 
pe ^cuerdo con estos estados, las 
Condiciones del sistema C-E repre 
sentan el estado cargado de una -
puerta (el estado de reposo no es, 
digamos, observado exteriormente) 
mientras que los eventos represen 
tan los estados de actividad de -
íLa puerta. 
Con esta interpretación, los ope-
^adpres fundamentales de las ex--
p^e^ignes de coordinación se c o — 
JÍK^JpQn^en con l^s siguientes re-
el es _ C - E; ^  si end o a ^  y ^ a
 2 Jgot e nc i a -
¿Lidades de comunicación observa--
bles y S^ y S^ subexpresiones de 
coordinación. 
X es la potencialidad de comunica 
pión representante de todas las -
comunicaciones no-observables, 
^(igualmente etiquetadas), pero 
p e ^on necesarias para que de un 
Si^tejna, C-E se puedan extraer to-
dos los comportamientos elementa-
les asociados a los operadores de 
las expresiones de coordinación. 
a) Operador secuencial (;) (a1;a2) 
- H > U 
i 
Pa. Pa 
•>( ) > 
O -
1 
f 
F I G U R A 1 
La potencialidad de comunicación -
a-¡ pasa al estado activo y, segui-
damente se permite (estado cargado 
borrespondiente a la condición - -
Pa2) la comunicación a2* 
b) Operador concurrente (||) 
"(a1 I la2) 
al 
FIGURA 2 
Las potencialidades de comunica-
ción a•} y a 2 son cargadas, simul.ta 
nea^mente ya que esto puede hacer-
le Realmente a,l proceso. Sin em-
bargo, no tienen por qué realizar 
se simultáneamente, ya que esto de_ 
pende (debido a la; hipótesis de -
comunicación sincronizada) de lóá 
procesos con los cuales intercam-
bian información, j 
q) 'Qp'e'ra'flor no determinista (£] ) 
(al]Ja2)
 t
 ; 
X I— ni 
al 
COMIENZO DEL l[i..Mo| \ 
r 
FIGURA 3 
Solo una de las potencialidades -
de comunicación se va a realizar. 
Esta situación expresa la idea de 
que con la información asociada -
al proceso no se puede determinar 
cual de ellas se va a realizar. 
^
 0 0 d) Operador cíclico (00) (S1) 
O 
si 
x 
FIGURA 4 
Qkseryese
 corno, al representar 
los comportamientos elementales -
copjo una, red O E comenzando y fi-
nalizando por un evento, podemos 
sustituir una subexpresión de - -
coordinación por un evento. 
tos elementales el comportamiento 
dinámico de un proceso queda def_i 
nido mediante una expresión de 
coordinación en la forma: 
con sp = i ¿ ' • • * >an>x¡ 
AUTORES 
» ' 0 , I I , N , « } 
3.3. Espebificación de sistemas 
concurrentes 
La segunda fase de la especifica-
ción se refiere a expresar formal 
mente la interacción entre los 
procesos constituyentes. La impo-
sibilidad de considerar global ra en. 
te • (4I' me no de - una' f arma* gene ral) 
lin sistema concurrente obliga a -
áis^ner un conjunto de opera-
ciones que, no solo construyan un 
sistema a partir de procesos y enj 
4aces entre ellos, sino que permi: 
tan disponer de visiones parcia--, 
les del sistema. 
a) Composición de procesos. 
Considerada como operación bina--
fti^ sptíre las expresiones de coor 
dinación de dos procesos: 
" V ° Sp2 (znlace.¿ } 
pQjrm^te enlazar mediante un con-
junto de enlaces las potencialida 
des de comunicación de dos proce-
sos. 
La semántica ,de red asociada a la 
operación de composición está ba-
sada en la compartición de even-
tos. Las potencialidades de comu-
nicación pertenecientes al enlace 
se hacen coincidir en el tiempo y 
se asocian a un único evento ( fi-
gura 5) . 
< al' a2 > 
FIGURA 5 
b) Descomposición de procesos 
La operación de descomposición de 
procesos permite obtener una red 
de procesos cuyo comportamiento -
equivalente sea el del proceso 
original. 
De a,cuerdo con estos comportamien Esta operación nos permite utili-
zar procesos ya diseñados (cuyas-
e)$£>£¿siones de coordinación se co; 
nocen) cbmo()erl¡éiuent6s()en él dise-^ 
ño de procesos con comportamiento 
más comple jo0 
La operación de descomposición po 
ne de manifiesto enlaces entre 
los procesos resultantes que po--
díamos considerar ocultos en el -
proceso original. En la figura 6 
podemos ver el proceso original y 
la, red resultante de la descompo-
sición 
FtGURA 6' 
i 
donde-la sintaxis elegida es 
*}> .Sp * 0p) * 
* SI 9 SZ o S%\ tñ ñ 
descomposición £uede ser de 
tres tipos: 
1» Descomposición jsecuencial. 
2. Descomposición 'concurrente'. 
3» pqscompos ición no de termini s ti_ 
pendiendo del operador 
elegido i 
c) Re etiquetado de procesos . 
E§ta ppqra.ción permite modifica^ 
la interpretación semántica aso-
ciada a las puertas de un proceso 
(a cualquier nivel de descripción 
del mismo) así como ocultar un 
conjunto de potencialidades de co 
municación. 
En el primer caso, el cambio en -
Un^ expresión de coordinación de 
un subconjunto de potencialidades 
de comunicación por otro, o de 
las expres iones asociadas a unas 
puertas por otras, nos permite de 
rivar de un mismo proceso abstrae 
to diferentes "implementaciones". 
En el segundo caso, la sustitu- -
ción de una potencialidad de comu 
nicación por un X-evento supone -
ocultar (hacer no observable) esa 
comunicación. 
Así: a.¡A] 
supone la sustitución de a^ por -
V Y - A J P O R 
El conjunto de todas•es tas opera 
ciones nos perrti ten realizar - -
transformaciones algebráicas de 
los comportamientos "de los proce 
sos . No todas las operaciones de 
composición - d a n o rigen- a- un a - ex — 
presión de coordinación. 
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BERG, H . K. "An approach to 
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http://oa.upm.es/22701/1/Especificacion_del_comportamiento.pdf

Especificación del comportamiento observable de sistemas software concurrentes

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