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ALISE DE EVOLUC
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AO DE SOFTWARE PARA
RECUPERAC
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AO DA RASTREABILIDADE ENTRE
DOCUMENTAC
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AO E C ´
ODIGO FONTE BASEADA EM
MODELOS DE CARACTER´ISTICAS
Autor: Allysson Costa e Silva1,Orientador: Prof. Dr. Marcelo de Almeida Maia1 1Programa de P´os-Graduac¸˜ao em Ciˆencia da Computac¸˜ao
Universidade Federal do Uberlˆandia (UFU) Uberlˆandia – MG – Brasil
allysson@pos.facom.ufu.br,marcmaia@facom.ufu.br
N´ıvel: Mestrado
Ano de ingresso no programa: 2008 ´
Epoca esperada de conclus˜ao: Agosto/ 2010 Etapa conclu´ıda: parte dos cr´editos
Resumo. Durante o ciclo de vida de um sistema de software faz-se necess´aria a an´alise de sua evoluc¸˜ao para auxiliar os processos de compreens˜ao e manutenc¸˜ao do mesmo. Novos componentes s˜ao adicionados e alterados havendo uma demanda por uma documentac¸˜ao sistem´atica que reflita as alterac¸˜oes realizadas. A necessi-dade de localizac¸˜ao das diferenc¸as existentes entre diferentes vers˜oes de um software dificultada pela inexistˆencia de rastreabilidade da documentac¸˜ao para o c´odigo fonte ´e um ponto relevante nesta an´alise evolutiva. Neste trabalho ´e apresentada uma pro-posta para a an´alise de evoluc¸˜ao baseada na classificac¸˜ao dos rastros de execuc¸˜ao de determinadas funcionalidades presentes nos softwares analisados e na an´alise est´atica de reposit´orios de software para a identificac¸˜ao de elementos de c´odigo fonte modificados entre diferentes vers˜oes. Ser´a utilizada uma t´ecnica de Recuperac¸˜ao de Informac¸˜ao (LSI - indexac¸˜ao por semˆantica latente) para explicitar a rastreabilidade existente entre documentac¸˜ao e c´odigo fonte modificado. A aplicac¸˜ao da t´ecnica LSI indexar´a o c´odigo fonte modificado entre diferentes vers˜oes do programa analisado e utilizar´a como parˆametro de pesquisa o vocabul´ario extra´ıdo da base textual de documentac¸˜ao do sistema ao tentar restabelecer os v´ınculos entre documentac¸˜ao e c´odigo fonte. Desta forma, a rastreabilidade obtida aumentar´a a compreens˜ao do sistema pelos desenvolvedores.
Palavras-Chave. Palavras-Chave. Caracter´ısticas, c´odigo fonte, documentac¸˜ao, Indexac¸˜ao por Semˆantica Latente, rastreabilidade entre artefatos de software.
1. Caracterizac¸˜ao do Problema
Durante seu ciclo de vida, um sistema de software deve estar em constante modificac¸˜ao para que erros sejam corrigidos e haja um bom alinhamento entre as necessidades dos usu´arios finais e as func¸˜oes implementadas no c´odigo fonte. A manutenc¸˜ao da usabilidade do sistema depende da implementac¸˜ao de mudanc¸as que se documentadas aumentar˜ao a compreens˜ao do sistema durante as v´arias etapas do seu ciclo de vida.
[RIEBISCH 2004] ressalta que os desenvolvedores podem incorrer em erros quando realizam a introduc¸˜ao de mudanc¸as no sistema se a estrutura e comportamento do sistema n˜ao s˜ao bem compreendidos ou n˜ao ´e poss´ıvel mensurar o impacto trazido por tais mudanc¸as. Uma documentac¸˜ao incompleta, desatualizada ou mesmo inexistente representa um fator de risco para a compreens˜ao do sistema. Ainda que se tenha uma documentac¸˜ao dispon´ıvel, a falta de conex˜ao da mesma com outras partes do sistema dificulta o trabalho do desenvolvedor. Como exposto por [PASHOV et al. 2004], existe uma lacuna entre os diferentes n´ıveis de abstrac¸˜ao presentes no c´odigo fonte, documentac¸˜ao, e arquitetura do software. O conjunto de v´ınculos entre os artefatos citados s˜ao importantes para a compreens˜ao do sistema e nem sempre est˜ao documentados implicando sua recuperac¸˜ao.
A dificuldade em se estabelecer a rastreabilidade entre os diversos artefatos de software produzidos durante o desenvolvimento pode diminuir a compreens˜ao do sistema al´em de dificul-tar dificul-tarefas como an´alise de impacto de mudanc¸as e a justificativa da existˆencia de determinados elementos arquiteturais. Especificamente, a inexistˆencia de rastreabilidade entre documentac¸˜ao e c´odigo fonte alterado a cada nova vers˜ao de software constitui um empecilho a ser superado por novos desenvolvedores interessados em compreender o sistema para promover mudanc¸as no mesmo. O uso de t´ecnicas de Recuperac¸˜ao de Informac¸˜ao para recuperar a rastreabilidade entre documentac¸˜ao e c´odigo fonte tem sido aplicada com relativo sucesso [LUKINS et al. 2008], [ANTONIOL et al. 2000]. Entretanto um problema importante para a aplicac¸˜ao destas t´ecnicas refere-se ao fato do vocabul´ario da documentac¸˜ao nem sempre estar alinhado lexicamente com o vocabul´ario do c´odigo fonte para representar elementos semˆanticos equivalentes, ou seja, um vocabul´ario reflete o mundo do usu´ario e o outro reflete o mundo do desenvolvedor.
2. Fundamentac¸˜ao Te´orica
Esta sec¸˜ao apresenta os principais conceitos te´oricos necess´arios ao desenvolvimento deste tra-balho.
A engenharia de linha de produtos de software1 ´e uma abordagem para o
desenvolvi-mento de fam´ılias de sistemas de software onde o reuso de software ´e utilizado de forma sis-tem´atica. Como definido por [SEGURA et al. 2008], SPL representa um segmento de produtos de software compartilhando um conjunto comum de caracter´ısticas. Modelos de caracter´ısticas s˜ao geralmente utilizados para prover uma representac¸˜ao visual compacta de todos os produ-tos de uma SPL servindo como uma t´ecnica de modelagem do conhecimento para determinado dom´ınio de problema.
Geralmente, usu´arios e engenheiros de software se comunicam em func¸˜ao das fun-cionalidades que um sistema apresenta. [CZARNECKI e EISENECKER 2000] definem carac-ter´ıstica como as propriedades de um software que afetam diretamente usu´arios finais, ou seja, as funcionalidades presentes no software que podem ser observadas e controladas em tempo de execuc¸˜ao pelos usu´arios finais. Caracter´ısticas encapsulam o conhecimento do dom´ınio de um sistema de software representando uma excelente fonte de informac¸˜ao para a engenharia reversa
em processos de recuperac¸˜ao da arquitetura e de links de rastreabilidade entre artefatos de soft-ware. Utilizar modelos de caracter´ısticas como entidades de primeira classe para a an´alise da evoluc¸˜ao do software melhora a compreens˜ao e a recuperac¸˜ao de representac¸˜oes de seu projeto de alto n´ıvel[PASHOV et al. 2004].
A partir deste momento podemos pensar a relac¸˜ao existente entre requisitos e carac-ter´ısticas. Conforme [TRIGAUX e HEYMANS 2003], um requisito ´e uma condic¸˜ao ou capaci-dade que um componente ou sistema de software deve possuir para satisfazer um contrato, um padr˜ao, uma especificac¸˜ao ou outro documento formalmente imposto como exigˆencia ao projeto de desenvolvimento. Ainda segundo os autores em linhas de produtos de software os requisi-tos podem ser classificados em dois tipos principais: partes comuns que expressam requisirequisi-tos comuns definidos para um grupo de sistemas; partes vari´aveis que expressam os requisitos que s˜ao os incrementos necess´arios a um conjunto de requisitos comuns para a especificac¸˜ao de um sistema particular, correspondendo `as expectativas espec´ıficas de um cliente.
O espalhamento de caracter´ısticas pelo c´odigo fonte em um sistema tipicamente ori-entado a objetos nos leva a uma an´alise mais detalhada no sentido de se descobrir como cada componente do sistema contribui em tempo de execuc¸˜ao para a realizac¸˜ao de uma dada caracter´ıstica e qual a relac¸˜ao existente entre caracter´ısticas. Ao definir interesse [ROBILLARD e MURPHY 2007] consideram todo elemento do sistema que possa ser consid-erado uma unidade conceitual no dom´ınio, incluindo-se caracter´ısticas nesta classificac¸˜ao. Ele exp˜oe que a inadequada separac¸˜ao de caracter´ısticas pelo c´odigo fonte dificulta a evoluc¸˜ao do sistema. Como conseq¨uˆencia, o entendimento incompleto de uma caracter´ıstica na fase anterior a inclus˜ao de alterac¸˜oes no sistema, pode acarretar modificac¸˜oes incorretas, ineficientes ou que n˜ao respeitem o projeto atual do sistema. Para tanto ´e exposta a necessidade da documentac¸˜ao do espalhamento de interesses pelo c´odigo fonte o que facilitaria a descoberta do c´odigo fonte relacionado a determinada mudanc¸a a ser introduzida no sistema.
V´arias t´ecnicas tem sido utilizadas para auxiliar o processo de engenharia reversa em sistemas de software com a finalidade de recuperar a arquitetura do sistema e a rastreabilidade entre artefatos de software. LSI2 ´e uma t´ecnica utilizada no processamento de linguagem
natu-ral que se utiliza de semˆantica vetorial para a an´alise dos relacionamentos entre um conjunto de termos e documentos[VAN DER SPEK et al. 2008]. A id´eia central que caracteriza a aplicac¸˜ao da t´ecnica ´e a informac¸˜ao sobre os contextos em que determinadas palavras aparecem provendo um conjunto de restric¸˜oes respons´aveis pelo estabelecimento da similaridade semˆantica en-tre as palavras existentes na base de texto analisada[POSHYVANYK et al. 2007]. Em Engen-haria de Software LSI tem sido utilizada para diversas tarefas relacionadas a localizac¸˜ao de caracter´ısticas no c´odigo fonte de um programa, dentre as quais citam-se: reuso de software, identificac¸˜ao de tipos abstratos de dados, detecc¸˜ao de clones, recuperac¸˜ao de links de rastreabil-idade entre documentac¸˜ao e c´odigo fonte, rastreabilrastreabil-idade de requisitos e rastreabilrastreabil-idade entre outros artefatos de software.
[WERMELINGER et al. 2005] defendem que a integrac¸˜ao de dados de variadas fontes facilita a an´alise da evoluc¸˜ao hist´orica de um sistema de software. Segundo os autores, es-tas fontes podem ser: relat´orios de erros, solicitac¸˜ao de mudanc¸as, c´odigo fonte, informac¸˜oes de configurac¸˜ao, reposit´orios de vers˜oes, rastros de execuc¸˜ao do software, logs de erro, documentac¸˜ao, dentre outros. Identificar os rastros durante a execuc¸˜ao de caracter´ısticas pode aumentar a compreens˜ao sobre o comportamento do sistema ao revelar o relacionamento entre os componentes de software envolvidos na implementac¸˜ao de determinadas caracter´ısticas.
3. Caracterizac¸˜ao da contribuic¸˜ao
Ao final deste trabalho, espera-se obter uma abordagem capaz de prover ao desenvolvedor a visualizac¸˜ao das alterac¸˜oes ocorridas em componentes de software durante o processo evolutivo sob um ponto de vista de usu´ario externo ao sistema. Ap´os separar componentes alterados, ser´a formada uma base de c´odigo representada somente pelo c´odigo fonte alterado entre as vers˜oes analisadas. Procedendo a indexac¸˜ao deste conjunto de documentos por LSI, teremos um espac¸o semˆantico vetorial onde ser˜ao realizadas consultas baseadas na documentac¸˜ao que reflete as alterac¸˜oes realizadas no sistema. Com isso haver´a uma diminuic¸˜ao do espac¸o de busca por links de rastreabilidade da documentac¸˜ao do sistema para o c´odigo fonte. Ao facilitar a localizac¸˜ao de determinadas mudanc¸as no c´odigo fonte, ser˜ao agilizados os processos de entendimento e manutenc¸˜ao de software pelos desenvolvedores.
Geralmente a documentac¸˜ao aparece no sistema sob a forma de relat´orios de correc¸˜oes de erros, requisic¸˜oes de mudanc¸as, notas de vers˜ao e outras documentac¸˜oes que espelham de alguma maneira as mudanc¸as de requisitos solicitadas e implementadas a cada nova vers˜ao do software. A utilizac¸˜ao deste tipo de documentac¸˜ao na formulac¸˜ao das pesquisas relacionadas `a recuperac¸˜ao da informac¸˜ao de rastreabilidade mostra-se interessante em func¸˜ao do vocabul´ario e termos semˆanticos utilizados possu´ırem mais afinidade com a cognic¸˜ao humana. Para estre-itar as relac¸˜oes entre os vocabul´arios presentes na documentac¸˜ao e no c´odigo fonte ´e proposto neste trabalho a associac¸˜ao de termos do vocabul´ario do usu´ario a elementos do c´odigo fonte atrav´es do exerc´ıcio de roteiros de execuc¸˜ao nomeados e associados aos elementos de c´odigo executados. Espera-se com isso diminuir a lacuna entre os n´ıveis de abstrac¸˜ao expressos pelo c´odigo fonte e documentac¸˜ao do sistema.
Com este trabalho o desenvolvedor ter´a a sua disposic¸˜ao: as informac¸˜oes necess´arias para a localizac¸˜ao no c´odigo fonte das mudanc¸as expressas na documentac¸˜ao do sistema; uma vis˜ao do espalhamento da caracter´ıstica em an´alise pelos diversos componentes presentes em diferentes vers˜oes do software; uma aproximac¸˜ao dos vocabul´arios presentes no c´odigo fonte e na documentac¸˜ao melhorando a compreens˜ao do sistema.
4. Estado Atual do Trabalho
Atualmente, o trabalho encontra-se com a abordagem estabelecida, bem como algumas etapas auxiliares desenvolvidas. Na Figura 1 ´e apresentado um diagrama de atividades para ilustrar a abordagem realizada neste trabalho e descrita abaixo.
Inicialmente, para se obter um mapeamento entre caracter´ısticas e c´odigo fonte, prop˜oe-se a execuc¸˜ao de uma caracter´ıstica para diferentes vers˜oes de um sistema de software com coleta e separac¸˜ao de rastros em func¸˜ao dos passos do roteiro previamente estabelecido. Com os rastros de execuc¸˜ao coletados, dar-se-´a prosseguimento ao trabalho de busca de quais partes da caracter´ıstica em an´alise sofreram evoluc¸˜ao. A separac¸˜ao se justifica uma vez que estes rastros tem um elevado n´umero de elementos, e portanto, s˜ao de dif´ıcil interpretac¸˜ao do ponto de vista de entendimento do sistema. Dividir as caracter´ısticas em seus passos de execuc¸˜ao unit´arios, nomeando tais fragmentos a partir da vis˜ao do usu´ario final do sistema pode melhorar a busca por elementos de c´odigo associados `as mudanc¸as descritas na documentac¸˜ao do sistema. Uma vez coletados os rastros de execuc¸˜ao, ´e necess´ario averiguar quais classes e m´etodos do sistema foram realmente alterados ou acrescentados procedendo-se assim uma filtragem dos elementos dos rastros. Ao contrastar os rastros das duas vers˜oes analisadas verifi-caremos que alguns m´etodos novos s˜ao pertencentes `a vers˜ao mais nova do sistema e s˜ao iden-tificados como elementos de rastro exclusivos. Outros que sejam ideniden-tificados como elementos
Figura 1. Diagrama de atividades para o trabalho proposto
de rastros comuns `a execuc¸˜ao da caracter´ıstica nas duas vers˜oes do sistema analisado precisam de um tratamento especial. Para estes ´ultimos faremos uma an´alise est´atica atrav´es do seu reposit´orio de vers˜oes, onde poderemos comparar a implementac¸˜ao do c´odigo de cada vers˜ao para verificar se houve alterac¸˜oes. Identificados aqueles m´etodos que sofreram alterac¸˜oes, pro-cederemos a indexac¸˜ao desta base de c´odigo novo ou alterado, com a subseq¨uente criac¸˜ao do espac¸o semˆantico vetorial a partir da aplicac¸˜ao da t´ecnica LSI. Por fim, a realizac¸˜ao de pesquisas sobre o espac¸o produzido, tendo como parˆametro as mudanc¸as expressas na documentac¸˜ao do sistema, fornecer´a os links de rastreabilidade desejados.
At´e o presente momento foram instrumentalizadas t´ecnicas de recuperac¸˜ao de informac¸˜ao para localizac¸˜ao de caracter´ısticas no c´odigo fonte e exercitou-se roteiros de execuc¸˜ao de caracter´ısticas para alguns softwares com coleta de rastros de execuc¸˜ao al´em da especificac¸˜ao da abordagem do trabalho de pesquisa.
5. Trabalhos relacionados
Este projeto est´a fundamentado em outros trabalhos que investigam a recuperac¸˜ao da arquitetura e a evoluc¸˜ao do sistema com o aux´ılio de modelos de caracter´ısticas. O escopo do trabalho tamb´em abrange a rastreabilidade entre artefatos de software, destacando-se a aplicac¸˜ao de t´ecnicas de recuperac¸˜ao de informac¸˜ao para esta finalidade.
[GREEVY et al. 2006] discutem a necessidade de se descobrir como e porquˆe deter-minadas caracter´ısticas foram modificadas durante o processo evolutivo de um software, mais precisamente quais artefatos foram afetados com as mudanc¸as. Com a execuc¸˜ao das carac-ter´ısticas do sistema obt´em-se os rastros de execuc¸˜ao do sistema fragmentando-os e agrupando-os sob a forma vis˜oes para facilitar o entendimento. Com isso consegue-se mensurar o n´ıvel de participac¸˜ao dos elementos do c´odigo fonte na implementac¸˜ao da caracter´ıstica apontando-se
as raz˜oes que justificam as alterac¸˜oes expressas nas caracter´ısticas. Por fim, procede-se uma integrac¸˜ao de sistema para linhas paralelas de desenvolvimento de um mesmo software para validar a eficiˆencia do m´etodo proposto.
Em [SOBREIRA e MAIA 2008], os autores estabelecem um m´etodo para coleta e an´alise de rastros de execuc¸˜ao, provendo uma an´alise gr´afica da rastreabilidade entre c´odigo fonte e caracter´ısticas selecionadas do sistema. A ferramenta desenvolvida baseia-se na mon-tagem de matrizes que relacionam componentes de software e caracter´ısticas permitindo visu-alizar onde estas ´ultimas est˜ao implementadas no c´odigo fonte. A rastreabilidade entre c´odigo fonte e caracter´ısticas representa a grande contribuic¸˜ao deste trabalho. O desenvolvedor tem ao seu alcance a possibilidade de analisar quais partes do c´odigo fonte s˜ao afetadas pela alterac¸˜ao de uma caracter´ıstica.
[VAN DER SPEK et al. 2008] relatam um estudo sobre a recuperac¸˜ao de conceitos ar-quiteturais embutidos no c´odigo fonte baseado em Indexac¸˜ao por Semˆantica Latente (LSI). Os autores do artigo concluem, a partir de um estudo de caso, que a t´ecnica LSI ´e adequada para a localizac¸˜ao de conceitos arquiteturais no c´odigo fonte. Este trabalho contribui para a recuperac¸˜ao da rastreabilidade entre c´odigo fonte e a arquitetura aumentando a compreens˜ao do sistema.
Numa tentativa de facilitar a localizac¸˜ao do c´odigo fonte relacionado a um erro de sistema, [LUKINS et al. 2008] prop˜oem a utilizac¸˜ao de outra t´ecnica de recuperac¸˜ao de informac¸˜ao denominada LDA3. No artigo procede-se um estudo de caso onde contrasta-se os
resultados das pesquisas obtidas a partir da aplicac¸˜ao de LDA com estudos similares realizados em LSI. Os autores concluem, a partir da an´alise dos estudos de casos, ser eficiente a aplicac¸˜ao de LDA para a localizac¸˜ao do c´odigo fonte a ser alterado na correc¸˜ao de erros. Outro ponto relevante apontado diz respeito ao resultado das pesquisas serem fortemente dependentes da qualidade da consulta submetida, o que implicaria uma adaptac¸˜ao do vocabul´ario do usu´ario para o do desenvolvedor. Nosso trabalho prop˜oe o uso da nomeac¸˜ao de fragmentos de rastros de execuc¸˜ao com o vocabul´ario do usu´ario permitindo portanto a associac¸˜ao autom´atica deste vocabul´ario aos respectivos elementos de c´odigo.
O trabalho aqui apresentado agregar´a as informac¸˜oes advindas da classificac¸˜ao de ras-tros de execuc¸˜ao de caracter´ısticas como base para a aplicac¸˜ao de t´ecnicas de recuperac¸˜ao de informac¸˜ao, especificamente LSI, no intuito de explicitar a rastreabilidade entre documentac¸˜ao de sistema e c´odigo fonte. Com isso espera-se prover um melhor entendimento do sistema para a inclus˜ao e alterac¸˜ao de novas funcionalidades.
6. Avaliac¸˜ao dos resultados
Ser´a realizado um estudo de caso envolvendo a utilizac¸˜ao de trˆes softwares de c´odigo aberto que possuam reposit´orios de vers˜oes dispon´ıveis e documentac¸˜ao para as vers˜oes analisadas. Para avaliac¸˜ao da recuperac¸˜ao da rastreabilidade entre c´odigo fonte e documentac¸˜ao ser˜ao utilizados duas medidas bem peculiares a experimentos com recuperac¸˜ao de informac¸˜ao: revocac¸˜ao e precis˜ao[YATES e NETO 1999].
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