Introdução
Atualmente, as empresas produtoras de software têm perseguido um objetivo em comum: produzir software com alto nível de qualidade. A preocupação com a qualidade deixou de ser um diferencial competitivo e passou a ser um pré-requisito básico para participação ativa no mercado. É exatamente neste contexto, que a engenharia de software tem ganhado espaço dentro das organizações, contribuindo com métodos, ferramentas e metodologias avançadas para a obtenção de tal nível de qualidade. O IEEE Computer Society define a engenharia de software como “a aplicação de uma metodologia sistemática, disciplinada e quantificável para o desenvolvimento, a operação e a manutenção do software”.
A seguir são apresentados os fundamentos da engenharia de software, descrevendo suas áreas de conhecimento, para assimilação da necessidade de utilizar o conjunto de práticas da engenharia de software em projetos de software.
Áreas de conhecimento da engenharia de software
O IEEE Computer Society, através do guia do conjunto de conhecimentos da engenharia de software, define que a engenharia de software possui dez áreas de conhecimento e seis disciplinas relacionadas, conforme ilustrado nas figuras abaixo:
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| As primeiras cinco áreas de conhecimento |
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| As cinco últimas áreas de conhecimento e as oito disciplinas relacionadas |
Requisitos de software
A engenharia de requisitos ajuda os engenheiros de software a compreender melhor os problemas relacionados ao levantamento e ao gerenciamento das informações fornecidas pelos usuários de software. Isto inclui um conjunto de tarefas que levam a um entendimento melhor de qual será o impacto do software sobre o negócio, do que o cliente quer e de como os usuários finais vão interagir com o software.
A engenharia de requisitos está subdivida em 4 áreas, a saber: elicitação, análise, especificação e validação dos requisitos de software. Nesse modelo, cada uma das atividades desenvolvidas podem ser resumidas na seguinte tabela:
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| Subáreas da engenharia de requisitos |
Um requisito de software é uma descrição dos principais recursos de um produto de software, do seu fluxo de informações, dos comportamentos e dos atributos, fornecendo uma estrutura básica para o desenvolvimento de um produto de software. O grau de compreensão, precisão e rigor da descrição fornecida por um documento de requisitos de software tende a ser diferente proporcionalmente ao grau de qualidade do produto resultante.
Sob essa perspectiva, teríamos duas categorias de requisitos: aqueles responsáveis pela funcionalidade do sistema e aqueles responsáveis por qualidades que devam estar presentes, tais como desempenho, integridade, disponibilidade e segurança.
Os primeiros são denominados requisitos funcionais e os últimos requisitos não funcionais. Os requisitos possuem uma natureza volátil. Diversos fatores contribuem para sua instabilidade ao longo do tempo: mudanças externas no ambiente (mudanças de legislação, mudanças no mercado, mudança no posicionamento estratégico da empresa), erros incorridos no processo de requisitos, entre outros. Todos esses fatores fazem com que seja necessário alterar os requisitos. Tais alterações precisam ser conduzidas de forma ordenada para que não se perca controle sobre o prazo e o custo do desenvolvimento. A atividade de administrar os requisitos ao longo do tempo é denominada de gerenciamento de requisitos.
No centro da atividade de gerenciamento de requisitos está a rastreabilidade. A rastreabilidade pode ser definida como a habilidade de se acompanhar a vida de um requisito em ambas as direções do processo de software e durante todo o seu ciclo de vida. Esta tarefa é importante, pois permite avaliar o impacto quando ocorrer uma mudança. Para auxiliar nessa atividade, a indústria de software começou a desenvolver ferramentas para gerenciar requisitos.
No contexto da engenharia de requisitos, uma área de extrema relevância ao desenvolvimento de software de forma geral, há a necessidade de introduzir o processo de gerenciamento de requisitos, permitindo o acompanhamento, a evolução, a detecção e correção de problemas de forma sistêmica, garantindo a qualidade dos artefatos gerados para as próximas fases.
Design de software
O design ou projeto de software começa quando a primeira iteração da engenharia de requisitos é concluída. O objetivo do projeto de software é aplicar um conjunto de princípios, conceitos e práticas que levam ao desenvolvimento de um sistema ou produto de alta qualidade.
O design de software vai de uma visão global do software a uma visão mais concentrada que define o detalhe necessário para implementar o sistema. O processo começa enfocando a arquitetura, no qual subsistemas são definidos, mecanismos de comunicação entre sistemas são estabelecidos, componentes são identificados e uma descrição detalhada sobre cada componente é desenvolvida. Adicionalmente interfaces internas e externas com o usuário são projetadas.
Além da arquitetura propriamente dita, ao longo dos anos, foram criadas soluções altamente eficazes para resolver problemas comuns, encontrados na maioria dos softwares ou em determinadas áreas de conhecimento.
Durante todo o processo de design, um engenheiro de software deve procurar toda oportunidade de reutilizar padrões de projeto existentes (quando eles satisfazem às necessidades do projeto) em vez de criar outros.
Construção de software
Esta área de conhecimento da engenharia de software trata dos conceitos relacionados à criação de software executável, os quais incluem a codificação, a verificação, os testes de unidade e de integração, e a depuração. Possui ligações com todas as demais áreas de conhecimento, mas principalmente com as áreas de design e de testes, pois muito do processo de construção de software trata de atividades relacionadas a essas áreas.
Dependendo do ciclo de vida e do modelo de desenvolvimento adotado, as atividades desta fase podem ser combinadas com atividades de design e de testes, e em alguns casos essa combinação é tratada como uma atividade da fase de construção. Entretanto, as atividades de construção de software estão no centro do processo de desenvolvimento, e dependendo do tamanho do projeto e modelo de ciclo de vida adotado, utilizam entre 30% e 80% do tempo total do desenvolvimento, e são responsáveis por entre 50% a 75% dos erros totais, fatores que demonstram a necessidade de estudo de melhores práticas nessa área.
Esse estudo deve incluir os princípios fundamentais da construção de software: redução de complexidade, antecipação de mudanças, estruturação para verificação e uso de padrões, além das atividades de gerenciamento da construção e das considerações práticas pertinentes à área, visto que a área de conhecimento de construção é a que está mais ligada a atividades práticas.
A redução de complexidade é alcançada através da utilização de padrões e normas de construção e da criação de código simples e legível. Esta simplicidade e esta clareza são a base para a construção de software inteligível e gerenciável, que combinados à estruturação para verificação permitem revisões de código e facilitam os testes, além de apoiar a antecipação de mudanças.
O gerenciamento da construção está relacionado ao modelo e ao método de desenvolvimento escolhido, os quais influenciam a habilidade do projeto de contemplar esses princípios fundamentais da construção. As atividades de gerenciamento, como as métricas, por exemplo, estão ligadas à área de conhecimento da engenharia de processo.
As considerações práticas relacionadas à área de construção incluem as atividades de design durante a construção, as linguagens de construção empregadas, a codificação, os testes de unidade e de integração, a reutilização de código, a qualidade de construção, e a integração dos componentes de software.
Teste de software
A área de conhecimento de testes de software compreende as atividades desenvolvidas para a avaliação da qualidade do software, através da identificação de defeitos e problemas. Essa verificação compreende a execução de um conjunto finito de casos de teste, adequadamente retirados de um domínio geralmente infinito de possibilidades, e a sua comparação com os resultados esperados.
Essa definição inclui os princípios fundamentais da atividade de teste: a execução de testes, para diferenciá-la das atividades de análise estática do código; o conjunto finito de testes, pois são raros os softwares onde é possível um teste exaustivo de todas as possibilidades; a seleção adequada dos casos de testes, que está relacionada à técnica e aos critérios de teste escolhidos; a comparação com os resultados, o que implica na especificação dos critérios de aceitação dos testes.
A área de testes de software está ligada diretamente às áreas de conhecimento de construção, manutenção e qualidade de software. É importante ressaltar que diferentemente da área de qualidade de software, a área de testes é focada apenas nos testes dinâmicos, ou seja, os que compreendem execução de código.
As atividades de testes devem englobar todo o processo de desenvolvimento e manutenção, inclusive com a elaboração dos planos e procedimentos de testes já nas primeiras fases do processo de requisitos, e com o refinamento dos mesmos durante a evolução do desenvolvimento.
Além disso, as atividades de teste devem ser executadas em diferentes níveis de igual importância, que são os testes de unidade, testes de integração e testes do sistema. Para cada nível, os testes devem ser conduzidos sob a visão de objetivos específicos, como, por exemplo, os testes de aceitação de acordo com os requisitos, testes de instalação, testes de conformidade com a especificação, testes de desempenho, entre outros.
As técnicas de testes de software são classificadas em black-box, que são os testes que levam em consideração apenas a verificação de entradas e saídas, sem acesso as estruturas internas do software, e white-box, testes baseados no design e no código do software. A combinação de elementos de ambas as técnicas deve ser base para uma estratégia de testes razoável.
Manutenção de software
Mesmo após a conclusão de uma campanha de testes eficiente, o software desenvolvido ainda pode conter falhas. Além disso, o ambiente de operação de um software muda com o decorrer do tempo, e o software precisa acompanhar essas mudanças. Dessa forma, a área de manutenção de software compreende as atividades necessárias para fornecer suporte a software de maneira eficiente e viável, e por sua abrangência está ligada a todas as demais áreas de conhecimento da engenharia de software.
Essa necessidade de adaptação e evolução contínua é inerente ao software, visto que com o decorrer do tempo surgem diferenças entre o software e o seu ambiente operacional, e essa evolução deve ocorrer através de um processo controlado de feedback e manutenção, caso contrário o grau de satisfação com o software em execução irá decair com o tempo.
A manutenção de softwares existentes é responsável por mais de 60% do esforço empregado por uma organização de desenvolvimento, e este valor tende a aumentar conforme mais softwares são produzidos.
As atividades de manutenção incluem as realizadas antes da entrega do software, como o planejamento de manutenção, ou pós-entrega, como a correção de falhas ou desenvolvimento de melhorias. São divididas em quatro categorias: manutenção corretiva, manutenção adaptativa, manutenção perfectiva, e manutenção preventiva.
Os pontos chaves da manutenção de software se referem às técnicas de compreensão do software a ser modificado e de reengenharia e engenharia reversa de software, aos testes para garantir que as modificações não geraram efeitos colaterais, à análise de impacto das alterações solicitadas, e à promoção da manutenibilidade do software. Além disso, alguns pontos devem ser considerados no aspecto gerencial, como o alinhamento com os objetivos da organização, a definição do processo de manutenção, e até mesmo o outsourcing desta atividade.
O processo de manutenção é definido por etapas semelhantes ao processo de desenvolvimento, como a análise, o projeto, a codificação, os testes e a documentação, e por atividades que são únicas ao processo de manutenção, como a análise de impacto de alterações, a revisão e aceitação de modificações, as atividades de suporte do software, e o planejamento de manutenção de um software.
Outro elemento crítico da manutenção de software é o processo de gerência de configuração, que difere da gerência de configuração do desenvolvimento pela quantidade de pequenas alterações que precisam ser controladas em um software operacional. Além disso, um processo de controle de qualidade de software precisa ser definido e aplicado para dar suporte à atividade de manutenção.
Gerenciamento da configuração de software
Uma disciplina da engenharia de software que vem ganhando crescente destaque em projetos de software é a gerência de configuração do software, ou software configuration management – SCM. A razão para tanto destaque é muito simples: se entendermos todo o processo de desenvolvimento de software como um software, a SCM pode ser vista como o subsistema de entrada e saída deste software.
Assim, o gerenciamento de configuração, mais comumente chamado de gestão de configuração de software, é o desenvolvimento e a aplicação de padrões e procedimentos para gerenciar um produto de sistema em desenvolvimento. Esse gerenciamento é necessário porque na medida em que ele se desenvolve são criadas versões diferentes de software que incorporam propostas de mudanças, correções de defeitos e adaptações. É possível que haja várias versões em desenvolvimento e em uso ao mesmo tempo, sendo necessário manter o controle das mudanças que foram implementadas e de como essas mudanças são incluídas no software.
A saída do processo de software é a informação, que pode ser dividida em três categorias: programas de computador, produtos de trabalho, e dados. Os itens que compreendem toda a informação produzida como parte do processo de software são chamados coletivamente de configuração de software.
Independentemente de onde você está no ciclo de vida do sistema, o sistema vai se modificar e o desejo de modificá-lo vai persistir ao logo do ciclo de vida. Esta modificação pode ocorrer em qualquer época, por qualquer motivo.
Os processos relacionados à SCM possuem basicamente as seguintes atividades: implementação do processo, identificação da configuração, controle da configuração, relato da situação, avaliação da configuração, e gerência de liberação de entrega.
O sucesso do projeto de software está muitas vezes associado com a adoção de processos de software como o de SCM. Porém, a adoção desses processos é uma tarefa complexa que muitas vezes acaba por inviabilizar as empresas em sair do diagnóstico, onde se observa a necessidade em implantar o processo, para chegar ao operacional, onde se tem a execução destes processos nos projetos de software.
Isto se deve muitas vezes ao fato de se acreditar que a implantação de processos de software em uma empresa de software, como o caso da implantação do processo de SCM, ocorre simplesmente pela adoção de ferramentas. No entanto, a maior parte dos custos envolvidos nesta implantação relaciona-se a gastos com recursos humanos e na estruturação organizacional.
O processo de SCM apoia os demais processos de desenvolvimento de software e está relacionado a diversas atividades realizadas durante o desenvolvimento de um projeto de software. Portanto, implantá-lo implica em afetar vários setores da organização. Além disso, os processos de SCM, no período de implantação, podem acarretar uma maior lentidão do processo de desenvolvimento de software, incorporando práticas muitas vezes vistas como burocráticas.
Gerenciamento da engenharia de software
O gerenciamento da engenharia de software pode ser definido como a aplicação do gerenciamento das atividades, do planejamento, da coordenação, da mensuração, do monitoramento, do controle e do nível de reportagem, para assegurar que o desenvolvimento e a manutenção do software seja sistemática, disciplinada e qualificada.
O processo de desenvolvimento de software é complexo e abrangente. Com o objetivo de garantir que este processo seja executado de forma correta, é preciso gerenciar a própria engenharia de software.
Este gerenciamento é realizado através da aplicação e da integração dos seguintes processos de gerenciamento de projetos: iniciação, planejamento, execução, monitoramento e controle, e encerramento.
Cada processo tem sua importância dentro do projeto, sendo este da natureza de software ou de qualquer outra, porém, outro fator de suma importância é o das pessoas que fazem parte do projeto. Sem uma equipe bem motivada e gerenciada, os processos necessários para controlar e gerenciar a engenharia de software não são aplicados com eficácia.
Processo de engenharia de software
No desenvolvimento de software, existe uma sequência de atividades que produzem uma variedade de documentos e um programa executável, que compreende um conhecimento aplicado. Estas atividades da engenharia são conhecidas por processo de software.
O processo de engenharia de software é subdividido em 4 áreas: Implementação e mudança do processo, definição do processo, verificação do processo e mensuração do processo e do produto.
A definição do processo é uma fase importante, onde é verificado qual modelo de processo ou ciclo de vida de software será adotado. Atualmente, inúmeros modelos de ciclo de vida de software são utilizados e os mais comuns são: modelo de clico de vida clássico, modelo espiral, modelo incremental, modelo de prototipação e modelo espiral para círculo.
Como exemplo, a figura abaixo traz a ilustração do modelo de vida clássico, também conhecido como modelo em cascata. Este modelo é o paradigma mais antigo da engenharia de software, por sugerir uma abordagem sistemática e sequencial para o desenvolvimento de softwares.
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| Modelo de ciclo de vida clássico ou em cascata |
Não existe um único processo para o desenvolvimento de software. Vários fatores associados com o desenvolvimento de software levam a vários tipos de processos. As equipes devem criar seus próprios processos, utilizando processos publicados como orientação e não como padrões a serem seguidos.
Portanto, não existe um processo ou um ciclo de vida que possa ser eleito como o melhor. Existe o modelo de ciclo de vida que melhor se adequará ao desenvolvimento de determinado software, levando em consideração as características do projeto, como equipes disponíveis, ferramentas a serem utilizadas, aplicação de padrões existentes, infra-estrutura etc.
Ferramentas e métodos da engenharia de software
O acrônimo CASE, computer-aided software engineering (engenharia de software com auxílio de computador) se refere a uma gama de diferentes tipos de programas utilizados para apoiar as atividades do processo de software, como a análise de requisitos, a modelagem de sistema, a depuração e os testes. Todos os métodos atualmente são fornecidos com tecnologias CASE associadas, como no caso de editores para anotações utilizadas no método, módulos de análise que verificam o modelo do sistema de acordo com as regras de negócios e geradores de relatórios para ajudar na criação do sistema.
A engenharia de software abrange um conjunto de três elementos fundamentais, métodos, ferramentas e procedimentos, que possibilitam ao gerente o controle do processo de desenvolvimento do software e oferece ao profissional uma base para a construção de software de alta qualidade produtivamente. As ferramentas de engenharia de software proporcionam apoio automatizado ou semi-automatizado aos métodos, sendo denominadas de ferramentas CASE.
As ferramentas CASE podem ser classificadas por função, por seus papéis como instrumentos para os gerentes e para o pessoal técnico, pelo uso que elas tem nas várias etapas do processo de engenharia de software, pela arquitetura do ambiente (hardware ou software) que as suporta ou até mesmo pela origem ou pelo custo. A seguir é apresentada uma taxonomia, que usa a função como critério primordial: ferramentas de planejamento de sistemas comerciais; ferramentas de gerenciamento de projetos; ferramentas de análise e projeto; ferramentas de programação; ferramentas de prototipação; ferramentas de manutenção; ferramentas de integração e testes; ferramentas de estrutura; e suporte.
Os tipos de ferramentas são: ferramentas de planejamento, ferramentas de edição, ferramentas de gerência de mudanças, ferramentas de gerência de configuração, ferramentas de prototipação, ferramentas de apoio a métodos, ferramentas de processadores de linguagem, ferramentas de análise de programas, ferramentas de testes, ferramentas de depuração, ferramentas de documentação e ferramentas de reengenharia.
As ferramentas de engenharia de software auxiliadas por computadores envolvem cada etapa do processo de engenharia de software e aquelas atividades de “guarda-chuva” que são aplicadas no decorrer de todo o processo. A ferramenta CASE compreende um conjunto de blocos de construção que se inicia em um nível de hardware e software de sistema operacional e termina em ferramentas individuais.
Qualidade de software
A gestão da qualidade de software talvez seja o tema mais discutido dentro do mundo da informática atual. Isso se dá, em grande parte, pela falta de adoção de uma boa política de qualidade e de uma metodologia que garanta a qualidade do software dentro das empresas. As empresas produtoras de software querem que seus produtos tenham qualidade, mas poucas conseguem obter um nível razoável.
Uma definição abrangente e atual foi dada pela norma ISO 9001-2000, onde qualidade é definida como “o grau em que um conjunto de características inerentes cumprem suas exigências.”
Um erro comumente encontrado dentro das organizações é o fato da qualidade ser introduzida apenas na fase final do processo de desenvolvimento, onde o software já se encontra codificado. Nesta fase, o custo para corrigir algum problema detectado é extremamente alto, muitas vezes inviabilizando a implementação das correções necessárias.
Com o intuito de evitar este cenário, as empresas produtoras de software estão adotando metodologias que garantam a qualidade em todo o processo de desenvolvimento de software. Abaixo, uma lista identifica as principais metodologias, os principais padrões e as principais normas utilizadas:
a) Norma ISO 9001:2000. Descreve os elementos de garantia de qualidade em termos genéricos, que podem ser aplicados a qualquer negócio independentemente dos produtos ou serviços oferecidos;
b) Modelo de Melhoria do Processo de Software Brasileiro (MPS.BR). Modelo baseado no CMMI (Capability Maturity Model Integrated), nas normas ISO/IEC 12207 e ISO/IEC 15504, que define um processo para melhoria da qualidade de software voltado para a realidade das empresas de desenvolvimento brasileiras.
c) CMMI (Capability Maturity Model Integrated), modelo amplamente reconhecido e utilizado nas empresas de desenvolvimento de software. Tem como principal objetivo, melhorar a capacidade dos processos, ou seja, garantir que um processo tenha habilidade para alcançar seu resultado esperado.
Conclusão
Os softwares e os sistemas computacionais afetam profundamente o desenvolvimento econômico das nações. A aplicação dos conceitos de engenharia às atividades de desenvolvimento de software é o alicerce para projetos de sistemas complexos, a custos viáveis e previsíveis.
Dessa forma, a especialização de profissionais nessa área tornou-se necessária para se alcançar o nível de excelência exigido. Nesse contexto, a elaboração de um estudo onde o conhecimento da engenharia de software foi compilado por uma comunidade científica reconhecida mundialmente (IEEE Computer Society) exerce um papel fundamental para a organização. Este conhecimento da engenharia de software deve ser aplicado através de suas metodologias, de suas práticas e de seus processos existentes.
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