Introduccin a la Arquitectura de SoftwareContenidos: Introduccin .................................................................................................................... 2 Breve Historia de la Arquitectura de Software ............................................................... 4 Definiciones .................................................................................................................. 11 Conceptos fundamentales ............................................................................................. 13 Estilos........................................................................................................................ 13 Lenguajes de descripcin arquitectnica .................................................................. 14 Frameworks y Vistas................................................................................................. 14 Procesos y Metodologas .......................................................................................... 20 Abstraccin ............................................................................................................... 22 Escenarios ................................................................................................................. 23 Campos de la Arquitectura de Software ....................................................................... 23 Modalidades y tendencias ............................................................................................. 25 Diferencias entre Arquitectura y Diseo....................................................................... 29 Repositorios .................................................................................................................. 31 Problemas abiertos en Arquitectura de Software.......................................................... 32 Relevancia de la Arquitectura de Software................................................................... 34 Referencias bibliogrficas............................................................................................. 36
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Introduccin a la Arquitectura de SoftwareVersin 1.0 Marzo de 2004
Carlos Billy ReynosoUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
IntroduccinEste documento constituye una introduccin sumaria a la Arquitectura de Software, con el propsito puntual de brindar una visin de conjunto lo ms estructurada posible para luego establecer el papel de esta disciplina emergente en relacin con la estrategia arquitectnica de Microsoft, sus herramientas y sus patrones de diseo. Hay mltiples razones para desarrollar esta presentacin. Por empezar, no hay todava textos en lengua castellana que brinden aproximaciones actualizadas a la Arquitectura de Software (en adelante, AS). El proceso editorial es hoy mucho ms lento que el flujo de los acontecimientos y el cambio tecnolgico; casi toda la produccin en papel manifiesta atraso respecto de los elementos de juicio que urge considerar, tanto en el plano conceptual como en el tecnolgico. Pero an operando en binario y en banda ancha sobre la red de redes, el flujo de informacin de la industria rara vez se cruza con los intercambios del circuito acadmico, lo que ocasiona que la empresa y la academia terminen definiendo prioridades distintas, diagnosticando la situacin de maneras discrepantes, otorgando diferentes valores a los criterios y usando las mismas nomenclaturas sin compartir sus significados. Como lo ha dicho Jan Bosch, un arquitecto prctico: Existe una considerable diferencia entre la percepcin acadmica de la AS y la prctica industrial. Es interesante advertir que a veces los problemas que la industria identifica como los ms importantes y difciles, no se identifican o se consideran noproblemas en la academia [Bos00]. Por otra parte, en la estrategia de Microsoft se ha desarrollado un marco de referencia global y genrico para el desarrollo de soluciones, Microsoft Solutions Framework, hoy en da en su tercera encarnacin mayor. En MSF apenas hay mencin de la AS, y en la perspectiva de otros documentos que podran tenerla ms en foco (como [Platt02]) no se la trata en trminos semejantes a los que son comunes en la academia, que es, despus de todo, donde se originan las ideas que la constituyen. Vinculado de alguna manera (implcita) con los lineamientos de MSF y bajo el paraguas (explcito) de arquitectura, se encuentra adems un buen nmero de aportes en materia de patrones de diseo y lineamientos para implementarlos en el Framework .NET, primordialmente en modelos orientados a servicios. En ese contexto, delimitado por un marco necesariamente general (ms afn a IT Management que a arquitectura o ingeniera) y por una prctica sumamente concreta, las cuestiones tericas y las metodologas especficas basadas en arquitectura han quedado sin elaborar. Existe entonces espacio y oportunidad para comenzar a articular esas referencias pendientes, de una manera que contribuya a situar esa estrategia particular (MSF+Patrones) en el marco de las tendencias actuales de teora y prctica arquitectnica. Sin que estos documentos expresen una visin oficial, nos parece til llenar el vaco, tender un puente, entre la investigacin bsica y los aportes acadmicos 2
por un lado y las visiones y requerimientos de industria por el otro. Lo que aqu ha de hacerse es otorgar contenidos, aunque sean provisionales y contestables, al concepto de Arquitectura de Software, dado que cada vez que aparece en la documentacin de industria se da por sentado lo que esa expresin significa. El presente estudio constituye entonces el captulo introductorio a una visin de conjunto de la AS, articulada conforme a este temario:1. Arquitectura de Software 1.1. Antecedentes histricos 1.2. Definiciones y delimitacin de la disciplina 1.3. Conceptos fundamentales 1.4. Campos de la Arquitectura de Software 1.5. Modalidades y tendencias 1.6. Diferencias entre Arquitectura y Diseo 1.7. Repositorios 1.8. Problemas pendientes en Arquitectura de Software 1.9. Relevancia de la Arquitectura de Software 1.10. (Referencias bibliogrficas) Estilos de Arquitectura 2.1. Definiciones de estilo 2.2. Clasificaciones de estilos arquitectnicos 2.3. Inventario y Descripcin de estilos arquitectnicos 2.4. Estilos y patrones de arquitectura y diseo 2.5. El lugar de los estilos en los marcos de referencia y en las vistas arquitectnicas 2.6. Los estilos como valor contable 2.7. (Referencias bibliogrficas) Lenguajes de descripcin arquitectnica (ADLs) 3.1. Introduccin a los ADLs 3.2. Criterios de definicin de un ADL 3.3. Lenguajes: Acme / Armani ADLs: Acme /Armani ADML Aesop ArTek C2 SADL CHAM Darwin Jacal LILEANNA MetaH / AADL Rapide UML UniCon Wright xArch / xADL 3.4. Modelos computacionales y paradigmas de modelado 3.5. ADLs y Patrones 3.6. (Referencias bibliogrficas) Modelos de proceso y diseo 4.1. Mtodos tradicionales y de peso completo CMM, UPM 4.2. Mtodos basados en arquitectura 4.2.1. Mtodos de anlisis y diseo en el ciclo de vida Visin general 4.2.2. Arquitectura basada en escenarios (FAAM, ALMA) 4.2.3. El diseo arquitectnico en el ciclo de vida: ABD 4.2.4. Active Review for Intermediate Design (ARID) 4.2.5. Quality Attribute Workshops (QAW) - QASAR 4.2.6. Attribute-Driven Design (ADD) 4.2.7. Evaluacin: Architecture Tradeoff Analysis Method (ATAM) 4.2.8. Mtodos de evaluacin de opciones arquitectnicas (SACAM) 4.2.9. Derivacin de tcticas arquitectnicas 4.2.10. Economa de la arquitectura: Cost-Benefits Analysis Method (CBAM) 4.2.11. Documentacin de la Arquitectura 4.3. Mtodos heterodoxos y de peso ligero: Mtodos Agiles, Programacin Extrema Concepcin cardica de los sistemas complejos 4.4. Relacin de los mtodos LW con MSF 3 y con las metodologas basadas en arquitectura. Herramientas arquitectnicas 5.1. El lugar de UML 1.x y 2.0 en arquitectura de software Alcances y limitaciones 5.2. Herramientas de diseo y anlisis asociadas a ADLs
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5.3. Herramientas de Anlisis, Evaluacin y Visualizacin (SAAMTool, AET y anlogas) 5.4. Herramientas de recuperacin y visualizacin de arquitectura 5.5. Herramientas auxiliares de integracin (MBI) 5.6. Servicios, plantillas y herramientas arquitectnicas en VS .NET Architect Prcticas de diseo sobre arquitecturas orientadas a servicios y modelos de integracin
El presente documento cubre los puntos 1.1 a 1.9 del plan de tratamiento del tema. Ya se encuentran disponibles documentos que cubren los temas 2 (estilos de arquitectura) y 3 (lenguajes de descripcin arquitectnica). Los dems elementos del itinerario estn en proceso de elaboracin y se irn publicando a medida que estn listos. El propsito de la totalidad del estudio consiste en establecer las bases para una discusin terica y los fundamentos para una puesta en prctica de un modelo de diseo y desarrollo basado en arquitectura, ya que a pesar de la buena imagen de la disciplina, sus aportes sustantivos permanecen desconocidos para una mayora de los ingenieros y metodlogos de software. Dado que estos documentos se presentan como punto de partida para la discusin de estos temas para la comunidad de arquitectos, despus de la presentacin de cada tpico se formula invitacin para desarrollar los mismos contenidos desde otras perspectivas, aportar elementos de juicio adicionales, suministrar referencias de casos, corregir lagunas, agregar vnculos, difundir investigaciones relacionadas, compensar los sesgos, refinar el debate o enriquecer los materiales que aqu comienzan.
Breve Historia de la Arquitectura de SoftwareTodava no se ha escrito una historia aceptable de la AS. Desde que Mary Shaw o David Garlan researan escuetamente la prehistoria de la especialidad a principios de los 90, los mismos prrafos han sido reutilizados una y otra vez en la literatura, sin mayor exploracin de las fuentes referidas en la resea primaria y con prisa por ir al grano, que usualmente no es de carcter histrico. En este estudio se ha optado, ms bien, por inspeccionar las fuentes ms de cerca, con el objeto de sealar las supervivencias y las resemantizaciones que han experimentado las ideas fundadoras en la AS contempornea, definir con mayor claridad el contexto, entender que muchas contribuciones que pasaron por complementarias han sido en realidad antagnicas y comprender mejor por qu algunas ideas que surgieron hace cuatro dcadas demoraron un cuarto de siglo en materializarse. Esta decisin involucra algo ms que el perfeccionamiento de la lectura que pueda hacerse de un conjunto de acontecimientos curiosos. Las formas divergentes en que se han interpretado dichas ideas, despus de todo, permiten distinguir corrientes de pensamiento diversas, cuyas diferencias distan de ser triviales a la hora de plasmar las ideas en una metodologa. Todo lo que parece ser un simple elemento de juicio, no pocas veces implica una disyuntiva. Situar las inflexiones de la breve historia de la AS en un contexto temporal, asimismo, ayudar a comprender mejor cules son sus contribuciones perdurables y cules sus manifestaciones contingentes al espritu de los tiempos y a las modas tecnolgicas que se han ido sucediendo. Si bien la AS acostumbra remontar sus antecedentes al menos hasta la dcada de 1960, su historia no ha sido tan continua como la del campo ms amplio en el que se inscribe, la ingeniera de software [Pfl02] [Pre01]. Despus de las tempranas inspiraciones del legendario Edsger Dijkstra, de David Parnas y de Fred Brooks, la AS qued en estado de 4
vida latente durante unos cuantos aos, hasta comenzar su expansin explosiva con los manifiestos de Dewayne Perry de AT&T Bell Laboratories de New Jersey y Alexander Wolf de la Universidad de Colorado [PW92]. Puede decirse que Perry y Wolf fundaron la disciplina, y su llamamiento fue respondido en primera instancia por los miembros de lo que podra llamarse la escuela estructuralista de Carnegie Mellon: David Garlan, Mary Shaw, Paul Clements, Robert Allen. Se trata entonces de una prctica joven, de apenas unos doce aos de trabajo constante, que en estos momentos experimenta una nueva ola creativa en el desarrollo cabal de sus tcnicas en la obra de Rick Kazman, Mark Klein, Len Bass y otros metodlogos en el contexto del SEI, en la misma universidad. A comienzos del siglo XXI comienzan ya a discernirse tendencias, cuyas desavenencias mutuas todava son leves: al menos una en el sur de California (Irvine y Los Angeles) con Nenad Medvidovic, David Rosenblum y Richard Taylor, otra en el SRI de Menlo Park con Mark Moriconi y sus colegas y otra ms vinculada a las recomendaciones formales de la IEEE y los trabajos de Rich Hilliard. Hoy se percibe tambin un conjunto de posturas europeas que enfatizan mayormente cuestiones metodolgicas vinculadas con escenarios y procuran inscribir la arquitectura de software en el ciclo de vida, comenzando por la elicitacin de los requerimientos. Antes de Perry y Wolf, empero, se formularon ideas que seran fundamentales para la disciplina ulterior. Comencemos entonces por el principio, aunque siempre cabr la posibilidad de discutir cul puede haber sido el momento preciso en el que todo comenz. Cada vez que se narra la historia de la arquitectura de software (o de la ingeniera de software, segn el caso), se reconoce que en un principio, hacia 1968, Edsger Dijkstra, de la Universidad Tecnolgica de Eindhoven en Holanda y Premio Turing 1972, propuso que se establezca una estructuracin correcta de los sistemas de software antes de lanzarse a programar, escribiendo cdigo de cualquier manera [Dij68a]. Dijkstra, quien sostena que las ciencias de la computacin eran una rama aplicada de las matemticas y sugera seguir pasos formales para descomponer problemas mayores, fue uno de los introductores de la nocin de sistemas operativos organizados en capas que se comunican slo con las capas adyacentes y que se superponen como capas de cebolla. Invent o ayud a precisar adems docenas de conceptos: el algoritmo del camino ms corto, los stacks, los vectores, los semforos, los abrazos mortales. De sus ensayos arranca la tradicin de hacer referencia a niveles de abstraccin que ha sido tan comn en la arquitectura subsiguiente. Aunque Dijkstra no utiliza el trmino arquitectura para describir el diseo conceptual del software, sus conceptos sientan las bases para lo que luego expresaran Niklaus Wirth [Wir71] como stepwise refinement y DeRemer y Kron [DK76] como programming-in-the large (o programacin en grande), ideas que poco a poco iran decantando entre los ingenieros primero y los arquitectos despus. En la conferencia de la NATO de 1969, un ao despus de la sesin en que se fundara la ingeniera de software, P. I. Sharp formul estas sorprendentes apreciaciones comentando las ideas de Dijkstra: Pienso que tenemos algo, aparte de la ingeniera de software: algo de lo que hemos hablado muy poco pero que deberamos poner sobre el tapete y concentrar la atencin en ello. Es la cuestin de la arquitectura de software. La arquitectura es diferente de la ingeniera. Como ejemplo de lo que quiero decir, echemos una mirada a OS/360. Partes de OS/360 estn extremadamente bien codificadas. 5
Partes de OS, si vamos al detalle, han utilizado tcnicas que hemos acordado constituyen buena prctica de programacin. La razn de que OS sea un amontonamiento amorfo de programas es que no tuvo arquitecto. Su diseo fue delegado a series de grupos de ingenieros, cada uno de los cuales invent su propia arquitectura. Y cuando esos pedazos se clavaron todos juntos no produjeron una tersa y bella pieza de software [NATO76: 150]. Sharp contina su alegacin afirmando que con el tiempo probablemente llegue a hablarse de la escuela de arquitectura de software de Dijkstra y se lamenta que en la industria de su tiempo se preste tan poca o ninguna atencin a la arquitectura. La frase siguiente tambin es extremadamente visionaria: Lo que sucede es que las especificaciones de software se consideran especificaciones funcionales. Slo hablamos sobre lo que queremos que haga el programa. Es mi creencia que cualquiera que sea responsable de la implementacin de una pieza de software debe especificar ms que esto. Debe especificar el diseo, la forma; y dentro de ese marco de referencia, los programadores e ingenieros deben crear algo. Ningn ingeniero o programador, ninguna herramienta de programacin, nos ayudar, o ayudar al negocio del software, a maquillar un diseo feo. El control, la administracin, la educacin y todas las cosas buenas de las que hablamos son importantes; pero la gente que implementa debe entender lo que el arquitecto tiene en mente [Idem]. Nadie volvi a hablar del asunto en esa conferencia, sin embargo. Por unos aos, arquitectura fue una metfora de la que se ech mano cada tanto, pero sin precisin semntica ni consistencia pragmtica. En 1969 Fred Brooks Jr y Ken Iverson llamaban arquitectura a la estructura conceptual de un sistema en la perspectiva del programador. En 1971, C. R. Spooner titul uno de sus ensayos Una arquitectura de software para los 70s [Spo71], sin que la mayor parte de la historiografa de la AS registrara ese antecedente. En 1975, Brooks, diseador del sistema operativo OS/360 y Premio Turing 2000, utilizaba el concepto de arquitectura del sistema para designar la especificacin completa y detallada de la interfaz de usuario y consideraba que el arquitecto es un agente del usuario, igual que lo es quien disea su casa [Bro75], empleando una nomenclatura que ya nadie aplica de ese modo. En el mismo texto, identificaba y razonaba sobre las estructuras de alto nivel y reconoca la importancia de las decisiones tomadas a ese nivel de diseo. Tambin distingua entre arquitectura e implementacin; mientras aquella deca qu hacer, la implementacin se ocupa de cmo. Aunque el concepto de AS actual y el de Brooks difieren en no escasa medida, el texto de Brooks The mythical man-month sigue siendo, un cuarto de siglo ms tarde, el ms ledo en ingeniera de software. Se ha sealado que Dijkstra y Brooks, el primero partidario de un formalismo matemtico y el segundo de considerar las variables humanas, constituyen dos personalidades opuestas, que se sitan en los orgenes de las metodologas fuertes y de las heterodoxias giles, respectivamente [Tra02]; pero eso ser otra historia. Una novedad importante en la dcada de 1970 fue el advenimiento del diseo estructurado y de los primeros modelos explcitos de desarrollo de software. Estos modelos comenzaron a basarse en una estrategia ms orgnica, evolutiva, cclica, dejando atrs las metforas del desarrollo en cascada que se inspiraban ms bien en la lnea de 6
montaje de la ingeniera del hardware y la manufactura. Surgieron entonces las primeras investigaciones acadmicas en materia de diseo de sistemas complejos o intensivos. Poco a poco el diseo se fue independizando de la implementacin, y se forjaron herramientas, tcnicas y lenguajes de modelado especficos. En la misma poca, otro precursor importante, David Parnas, demostr que los criterios seleccionados en la descomposicin de un sistema impactan en la estructura de los programas y propuso diversos principios de diseo que deban seguirse a fin de obtener una estructura adecuada. Parnas desarroll temas tales como mdulos con ocultamiento de informacin [Par72], estructuras de software [Par74] y familias de programas [Par76], enfatizando siempre la bsqueda de calidad del software, medible en trminos de economas en los procesos de desarrollo y mantenimiento. Aunque Dijkstra, con sus frases lapidarias y memorables, se ha convertido en la figura legendaria por excelencia de los mitos de origen de la AS, Parnas ha sido sin duda el introductor de algunas de sus nociones ms esenciales y permanentes. En 1972, Parnas public un ensayo en el que discuta la forma en que la modularidad en el diseo de sistemas poda mejorar la flexibilidad y el control conceptual del sistema, acortando los tiempos de desarrollo [Par72]. Introdujo entonces el concepto de ocultamiento de informacin (information hiding), uno de los principios de diseo fundamentales en diseo de software an en la actualidad. La herencia de este concepto en la ingeniera y la arquitectura ulterior es inmensa, y se confunde estrechamente con la idea de abstraccin. En la segunda de las descomposiciones que propone Parnas comienza a utilizarse el ocultamiento de informacin como criterio. Los mdulos ya no se corresponden con las etapas de procesamiento. Cada mdulo en la segunda descomposicin se caracteriza por su conocimiento de una decisin de diseo oculta para todos los otros mdulos. Su interfaz o definicin se escoge para que revele tan poco como sea posible sobre su forma interna de trabajo [Par72]. Cada mdulo deviene entonces una caja negra para los dems mdulos del sistema, los cuales podrn acceder a aqul a travs de interfaces bien definidas, en gran medida invariables. Es fcil reconocer en este principio ideas ya presentadas por Dijkstra en su implementacin del THEMultiprogramming System [Dij68a]. Pero la significacin del artculo de 1972 radica en la idea de Parnas de basar la tcnica de modularizacin en decisiones de diseo, mientras que los niveles de abstraccin de Dijkstra involucraban ms bien (igual que su famosa invectiva en contra del Go-to) tcnicas de programacin. El concepto de ocultamiento se fue mezclando con encapsulamiento y abstraccin, tras algunos avatares de avance y retroceso. Los arquitectos ms escrupulosos distinguen entre encapsulamiento y ocultamiento, considerando a aqul como una capacidad de los lenguajes de programacin y a ste como un principio ms general de diseo. De hecho, Parnas no hablaba en trminos de programacin orientada a objeto, sino de mdulos y sub-rutinas, porque el momento de los objetos no haba llegado todava. El pensamiento de Parnas sobre familias de programas, en particular, anticipa ideas que luego habran de desarrollarse a propsito de los estilos de arquitectura: Una familia de programas es un conjunto de programas (no todos los cuales han sido construidos o lo sern alguna vez) a los cuales es provechoso o til considerar como grupo. Esto evita el uso de conceptos ambiguos tales como similitud funcional que surgen a veces cuando se describen dominios. Por 7
ejemplo, los ambientes de ingeniera de software y los juegos de video no se consideran usualmente en el mismo dominio, aunque podran considerarse miembros de la misma familia de programas en una discusin sobre herramientas que ayuden a construir interfaces grficas, que casualmente ambos utilizan. Una familia de programas puede enumerarse en principio mediante la especificacin del rbol de decisin que se atraviesa para llegar a cada miembro de la familia. Las hojas del rbol representan sistemas ejecutables. El concepto soporta la nocin de derivar un miembro de la familia a partir de uno ya existente. El procedimiento consiste en seguir hacia atrs el rbol hasta que se alcanza un nodo (punto de decisin) genealgicamente comn a ambos, y luego proceder hacia abajo hasta llegar al miembro deseado. El concepto tambin soporta la nocin de derivar varios miembros de la familia de un punto de decisin comn, aclarando la semejanza y las diferencias entre ellos. Las decisiones iniciales son las que ms probablemente permanecern constantes entre los miembros; las decisiones ms tardas (cerca de las hojas) en un rbol prudentemente estructurado deberan representar decisiones susceptibles de cambiarse trivialmente, tales como los valores de tiempo de compilacin o las constantes de tiempo de carga. La significacin del concepto de familia de programas para la AS es que ella corresponde a las decisiones cerca del tope del rbol de decisin de Parnas. Es importante considerar que el rbol de Parnas es top-down no slo porque se construye y recorre de lo general a lo particular, sino porque sus races se encuentran hacia arriba (o a la izquierda si el modelo es horizontal). No menos esencial es tener en cuenta que el rbol se ofreci como alternativa a mtodos de descomposicin basados en diagramas de flujo, por los que la AS no ha mostrado nunca demasiada propensin. Deca Parnas que las decisiones tempranas de desarrollo seran las que probablemente permaneceran invariantes en el desarrollo ulterior de una solucin. Esas decisiones tempranas constituyen de hecho lo que hoy se llamaran decisiones arquitectnicas. Como escriben Clements y Northrop [CN96] en todo el desenvolvimiento ulterior de la disciplina permanecera en primer plano esta misma idea: la estructura es primordial (structure matters), y la eleccin de la estructura correcta ha de ser crtica para el xito del desarrollo de una solucin. Ni duda cabe que la eleccin de la estructura correcta sintetiza, como ninguna otra expresin, el programa y la razn de ser de la AS. En la dcada de 1980, los mtodos de desarrollo estructurado demostraron no escalar suficientemente y fueron dejando el lugar a un nuevo paradigma, el de la programacin orientada a objetos. En teora, pareca posible modelar el dominio del problema y el de la solucin en un lenguaje de implementacin. La investigacin que llev a lo que despus sera el diseo orientado a objetos puede remontarse incluso a la dcada de 1960 con Simula, un lenguaje de programacin de simulaciones, el primero que proporcionaba tipos de datos abstractos y clases, y despus fue refinada con el advenimiento de Smalltalk. Paralelamente, hacia fines de la dcada de 1980 y comienzos de la siguiente, la expresin arquitectura de software comienza a aparecer en la literatura para hacer referencia a la configuracin morfolgica de una aplicacin. Mientras se considera que la ingeniera de software se fund en 1968, cuando F.L. Bauer us ese sintagma por primera vez en la conferencia de la OTAN de Garmisch, Alemania, la AS, como disciplina bien delimitada, es mucho ms nueva de lo que generalmente se sospecha. El primer texto que vuelve a reivindicar las abstracciones de alto nivel, 8
reclamando un espacio para esa reflexin y augurando que el uso de esas abstracciones en el proceso de desarrollo pueden resultar en un nivel de arquitectura de software en el diseo es uno de Mary Shaw [Shaw84] seguido por otro lllamado Larger scale systems require higher level abstractions [Shaw89]. Se hablaba entonces de un nivel de abstraccin en el conjunto; todava no estaban en su lugar los elementos de juicio que permitieran reclamar la necesidad de una disciplina y una profesin particulares. El primer estudio en que aparece la expresin arquitectura de software en el sentido en que hoy lo conocemos es sin duda el de Perry y Wolf [PW92]; ocurri tan tarde como en 1992, aunque el trabajo se fue gestando desde 1989. En l, los autores proponen concebir la AS por analoga con la arquitectura de edificios, una analoga de la que luego algunos abusaron [WWI99], otros encontraron til y para unos pocos ha devenido inaceptable [BR01]. El artculo comienza diciendo exactamente: El propsito de este paper es construir el fundamento para la arquitectura de software. Primero desarrollaremos una intuicin para la arquitectura de software recurriendo a diversas disciplinas arquitectnicas bien definidas. Sobre la base de esa intuicin, presentamos un modelo para la arquitectura de software que consiste en tres componentes: elementos, forma y razn (rationale). Los elementos son elementos ya sea de procesamiento, datos o conexin. La forma se define en trminos de las propiedades de, y las relaciones entre, los elementos, es decir, restricciones operadas sobre ellos. La razn proporciona una base subyacente para la arquitectura en trminos de las restricciones del sistema, que lo ms frecuente es que se deriven de los requerimientos del sistema. Discutimos los componentes del modelo en el contexto tanto de la arquitectura como de los estilos arquitectnicos . La declaracin, como puede verse, no tiene una palabra de desperdicio: cada idea cuenta, cada intuicin ha permanecido viva desde entonces. Los autores prosiguen reseando el progreso de las tcnicas de diseo en la dcada de 1970, en la que los investigadores pusieron en claro que el diseo es una actividad separada de la implementacin y que requiere notaciones, tcnicas y herramientas especiales. Los resultados de esta investigacin comienzan ahora (decan en 1992) a penetrar el mercado en la forma de herramientas de ingeniera asistida por computadoras, CASE. Pero uno de los resultados del uso de estas herramientas ha sido que se produjo la absorcin de las herramientas de diseo por los lenguajes de implementacin. Esta integracin ha tendido a esfumar, si es que no a confundir, la diferencia entre diseo e implementacin. En la dcada de 1980 se perfeccionaron las tcnicas descriptivas y las notaciones formales, permitindonos razonar mejor sobre los sistemas de software. Para la caracterizacin de lo que suceder en la dcada siguiente ellos formulan esta otra frase que ha quedado inscripta en la historia mayor de la especialidad: La dcada de 1990, creemos, ser la dcada de la arquitectura de software. Usamos el trmino arquitectura en contraste con diseo, para evocar nociones de codificacin, de abstraccin, de estndares, de entrenamiento formal (de los arquitectos de software) y de estilo. Es tiempo de re-examinar el papel de la arquitectura de software en el contexto ms amplio del proceso de software y de su administracin, as como sealar las nuevas tcnicas que han sido adoptadas.
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Considerada como disciplina por mrito propio, la AS ha de ser, para ellos, beneficiosa como marco de referencia para satisfacer requerimientos, una base esencial para la estimacin de costos y administracin del proceso y para el anlisis de las dependencias y la consistencia del sistema. Dando cumplimiento a las profecas de Perry y Wolf, la dcada de 1990 fue sin duda la de la consolidacin y diseminacin de la AS en una escala sin precedentes. Las contribuciones ms importantes surgieron en torno del instituto de ingeniera de la informacin de la Universidad Carnegie Mellon (CMU SEI), antes que de cualesquiera organismos de industria. En la misma dcada, demasiado prdiga en acontecimientos, surge tambin la programacin basada en componentes, que en su momento de mayor impacto impuls a algunos arquitectos mayores, como Paul Clements [Cle96b], a afirmar que la AS promova un modelo que deba ser ms de integracin de componentes preprogramados que de programacin. Un segundo gran tema de la poca fue el surgimiento de los patrones, cristalizada en dos textos fundamentales, el de la Banda de los Cuatro en 1995 [Gof95] y la serie POSA desde 1996 [BMR+96]. El primero de ellos promueve una expansin de la programacin orientada a objetos, mientras que el segundo desenvuelve un marco ligeramente ms ligado a la AS. Este movimiento no ha hecho ms que expandirse desde entonces. El originador de la idea de patrones fue Christopher Alexander, quien incidentalmente fue arquitecto de edificios; Alexander desarroll en diversos estudios de la dcada de 1970 temas de anlisis del sentido de los planos, las formas, la edificacin y la construccin, en procura de un modelo constructivo y humano de arquitectura, elaborada de forma que tenga en cuenta las necesidades de los habitantes [Ale77]. El arquitecto (y puede copiarse aqu lo que deca Fred Brooks) debe ser un agente del usuario. A lo largo de una cadena de intermediarios y pensadores originales, las ideas llegaron por fin a la informtica diez aos ms tarde. Si bien la idea de arquitectura implcita en el trabajo actual con patrones est ms cerca de la implementacin y el cdigo, y aunque la reutilizacin de patrones guarda estrecha relacin con la tradicin del diseo concreto orientado a objetos [Lar03], algunos arquitectos emanados de la escuela de Carnegie Mellon formalizaron un acercamiento con esa estrategia [Shaw96] [MKM+96] [MKM+97]. Tanto en los patrones como en la arquitectura, la idea dominante es la de reutilizacin. A impulsos de otra idea mayor de la poca (la crisis del software), la bibliografa sobre el impacto econmico de la re-utilizacin alcanza hoy magnitudes de cuatro dgitos. Como quiera que sea, la AS de este perodo realiz su trabajo de homogeneizacin de la terminologa, desarroll la tipificacin de los estilos arquitectnicos y elabor lenguajes de descripcin de arquitectura (ADLs), temas que en este estudio se tratan en documentos separados. Tambin se consolid la concepcin de las vistas arquitectnicas, reconocidas en todos y cada uno de los frameworks generalizadores que se han propuesto (4+1, TOGAF, RM/ODP, IEEE), como luego se ver. Uno de los acontecimientos arquitectnicos ms importantes del ao 2000 fue la hoy clebre tesis de Roy Fielding que present el modelo REST, el cual establece definitivamente el tema de las tecnologas de Internet y los modelos orientados a servicios y recursos en el centro de las preocupaciones de la disciplina [Fie00]. En el mismo ao se publica la versin definitiva de la recomendacin IEEE Std 1471, que 10
procura homogeneizar y ordenar la nomenclatura de descripcin arquitectnica y homologa los estilos como un modelo fundamental de representacin conceptual. En el siglo XXI, la AS aparece dominada por estrategias orientadas a lneas de productos y por establecer modalidades de anlisis, diseo, verificacin, refinamiento, recuperacin, diseo basado en escenarios, estudios de casos y hasta justificacin econmica, redefiniendo todas las metodologas ligadas al ciclo de vida en trminos arquitectnicos. Todo lo que se ha hecho en ingeniera debe formularse de nuevo, integrando la AS en el conjunto. La produccin de estas nuevas metodologas ha sido masiva, y una vez ms tiene como epicentro el trabajo del Software Engineering Institute en Carnegie Mellon. La aparicin de las metodologas basadas en arquitectura, junto con la popularizacin de los mtodos giles en general y Extreme Programming en particular, han causado un reordenamiento del campo de los mtodos, hasta entonces dominados por las estrategias de diseo de peso pesado. Despus de la AS y de las tcticas radicales, las metodologas nunca volvern a ser las mismas. La semblanza que se ha trazado no es ms que una visin selectiva de las etapas recorridas por la AS. Los lineamientos de ese proceso podran dibujarse de maneras distintas, ya sea enfatizando los hallazgos formales, las intuiciones dominantes de cada perodo o las diferencias que median entre la abstraccin cualitativa de la arquitectura y las cuantificaciones que han sido la norma en ingeniera de software.
DefinicionesNo es novedad que ninguna definicin de la AS es respaldada unnimemente por la totalidad de los arquitectos. El nmero de definiciones circulantes alcanza un orden de tres dgitos, amenazando llegar a cuatro. De hecho, existen grandes compilaciones de definiciones alternativas o contrapuestas, como la coleccin que se encuentra en el SEI (http://www.sei.cmu.edu/architecture/definitions.html), a la que cada quien puede agregar la suya. En general, las definiciones entremezclan despreocupadamente (1) el trabajo dinmico de estipulacin de la arquitectura dentro del proceso de ingeniera o el diseo (su lugar en el ciclo de vida), (2) la configuracin o topologa esttica de sistemas de software contemplada desde un elevado nivel de abstraccin y (3) la caracterizacin de la disciplina que se ocupa de uno de esos dos asuntos, o de ambos. Una definicin reconocida es la de Clements [Cle96a]: La AS es, a grandes rasgos, una vista del sistema que incluye los componentes principales del mismo, la conducta de esos componentes segn se la percibe desde el resto del sistema y las formas en que los componentes interactan y se coordinan para alcanzar la misin del sistema. La vista arquitectnica es una vista abstracta, aportando el ms alto nivel de comprensin y la supresin o diferimiento del detalle inherente a la mayor parte de las abstracciones. En una definicin semejante, hay que aclararlo, la idea de componente no es la de la correspondiente tecnologa de desarrollo (COM, CORBA Component Model, EJB), sino la de elemento propio de un estilo. Un componente es una cosa, una entidad, a la que los arquitectos prefieren llamar componente antes que objeto, por razones que se vern en otros documentos de esta serie pero que ya es obvio imaginar cules han de ser. A despecho de la abundancia de definiciones del campo de la AS, existe en general acuerdo de que ella se refiere a la estructura a grandes rasgos del sistema, estructura 11
consistente en componentes y relaciones entre ellos [BCK98]. Estas cuestiones estructurales se vinculan con el diseo, pues la AS es despus de todo una forma de diseo de software que se manifiesta tempranamente en el proceso de creacin de un sistema; pero este diseo ocurre a un nivel ms abstracto que el de los algoritmos y las estructuras de datos. En el que muchos consideran un ensayo seminal de la disciplina, Mary Shaw y David Garlan sugieren que dichas cuestiones estructurales incluyen organizacin a grandes rasgos y estructura global de control; protocolos para la comunicacin, la sincronizacin y el acceso a datos; la asignacin de funcionalidad a elementos del diseo; la distribucin fsica; la composicin de los elementos de diseo; escalabilidad y performance; y seleccin entre alternativas de diseo [GS94]. En una definicin tal vez demasiado amplia, David Garlan [Gar00] establece que la AS constituye un puente entre el requerimiento y el cdigo, ocupando el lugar que en los grficos antiguos se reservaba para el diseo. La definicin oficial de AS se ha acordado que sea la que brinda el documento de IEEE Std 1471-2000, adoptada tambin por Microsoft, que reza as: La Arquitectura de Software es la organizacin fundamental de un sistema encarnada en sus componentes, las relaciones entre ellos y el ambiente y los principios que orientan su diseo y evolucin. Aunque las literaturas de ambos campos rara vez convergen, entendemos que es productivo contrastar esa definicin con la de ingeniera de software, conforme al estndar IEEE 610.12.1990: La aplicacin de una estrategia sistemtica, disciplinada y cuantificable al desarrollo, aplicacin y mantenimiento del software; esto es, la aplicacin de la ingeniera al software. Obsrvese entonces que la nocin clave de la arquitectura es la organizacin (un concepto cualitativo o estructural), mientras que la ingeniera tiene fundamentalmente que ver con una sistematicidad susceptible de cuantificarse. Antes el nmero y variedad de definiciones existentes de AS, Mary Shaw y David Garlan [SG95] proporcionaron una sistematizacin iluminadora, explicando las diferencias entre definiciones en funcin de distintas clases de modelos. Destilando las definiciones y los puntos de vista implcitos o explcitos, los autores clasifican los modelos de esta forma: 1) Modelos estructurales: Sostienen que la AS est compuesta por componentes, conexiones entre ellos y (usualmente) otros aspectos tales como configuracin, estilo, restricciones, semntica, anlisis, propiedades, racionalizaciones, requerimientos, necesidades de los participantes. El trabajo en esta rea est caracterizada por el desarrollo de lenguajes de descripcin arquitectnica (ADLs). 2) Modelos de framework: Son similares a la vista estructural, pero su nfasis primario radica en la (usualmente una sola) estructura coherente del sistema completo, en vez de concentrarse en su composicin. Los modelos de framework a menudo se refieren a dominios o clases de problemas especficos. El trabajo que ejemplifica esta variante incluye arquitecturas de software especficas de dominios, como CORBA, o modelos basados en CORBA, o repositorios de componentes especficos, como PRISM.
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3) Modelos dinmicos: Enfatizan la cualidad conductual de los sistemas. Dinmico puede referirse a los cambios en la configuracin del sistema, o a la dinmica involucrada en el progreso de la computacin, tales como valores cambiantes de datos. 4) Modelos de proceso: Se concentran en la construccin de la arquitectura, y en los pasos o procesos involucrados en esa construccin. En esta perspectiva, la arquitectura es el resultado de seguir un argumento (script) de proceso. Esta vista se ejemplifica con el actual trabajo sobre programacin de procesos para derivar arquitecturas. 5) Modelos funcionales: Una minora considera la arquitectura como un conjunto de componentes funcionales, organizados en capas que proporcionan servicios hacia arriba. Es tal vez til pensar en esta visin como un framework particular. Ninguna de estas vistas excluye a las otras, ni representa un conflicto fundamental sobre lo que es o debe ser la AS. Por el contrario, representan un espectro en la comunidad de investigacin sobre distintos nfasis que pueden aplicarse a la arquitectura: sobre sus partes constituyentes, su totalidad, la forma en que se comporta una vez construida, o el proceso de su construccin. Tomadas en su conjunto, destacan ms bien un consenso. Independientemente de las discrepancias entre las diversas definiciones, es comn entre todos los autores el concepto de la arquitectura como un punto de vista que concierne a un alto nivel de abstraccin. Revisamos las diversas definiciones del concepto de abstraccin en un apartado especfico ms adelante en este estudio. Es casi seguro que la percepcin de la AS que prevalece entre quienes no han tenido contacto con ella, as como los estereotipos dominantes sobre su naturaleza, o los nombres que se escogeran como sus personalidades ms importantes, difieren sustancialmente de lo que es el caso en el interior de la especialidad. Este sera acaso un ejercicio digno de llevarse a cabo alguna vez.
Conceptos fundamentalesMs all de que hoy existan numerosos conceptos en el plano detallado de las tcnicas y metodologas, la AS se articula alrededor de unos pocos conceptos y principios esenciales y unas pocas herramientas caractersticas. Estilos En el texto fundacional de la AS, Perry y Wolf establecen el razonamiento sobre estilos de arquitectura como uno de los aspectos fundamentales de la disciplina. Un estilo es un concepto descriptivo que define una forma de articulacin u organizacin arquitectnica. El conjunto de los estilos cataloga las formas bsicas posibles de estructuras de software, mientras que las formas complejas se articulan mediante composicin de los estilos fundamentales. Sucintamente descriptos, los estilos conjugan elementos (o componentes, como se los llama aqu), conectores, configuraciones y restricciones. Al estipular los conectores como elemento de juicio de primera clase, el concepto de estilo, incidentalmente, se sita en un orden de discurso y de mtodo que el modelado orientado a objetos en general y UML en 13
particular no cubren satisfactoriamente. La descripcin de un estilo se puede formular en lenguaje natural o en diagramas, pero lo mejor es hacerlo en un lenguaje de descripcin arquitectnica o en lenguajes formales de especificacin. A diferencia de los patrones de diseos, que son centenares, los estilos se ordenan en seis o siete clases fundamentales y unos veinte ejemplares, como mximo. Es digno de sealarse el empeo por subsumir todas las formas existentes de aplicaciones en un conjunto de dimensiones tan modestas. Las arquitecturas complejas o compuestas resultan del agregado o la composicin de estilos ms bsicos. Algunos estilos tpicos son las arquitecturas basadas en flujo de datos, las peer-to-peer, las de invocacin implcita, las jerrquicas, las centradas en datos o las de intrprete-mquina virtual. Hemos tratado el tema de las definiciones, los catlogos de estilos, las propiedades de cada uno, el lugar de los estilos en la AS y su relacin con los patrones de diseo y con la estrategia arquitectnica de Microsoft en un documento separado, en torno del cual se podrn discutir las cuestiones relacionadas con ellos. Lenguajes de descripcin arquitectnica Los lenguajes de descripcin de arquitecturas, o ADLs, ocupan una parte importante del trabajo arquitectnico desde la fundacin de la disciplina. Se trata de un conjunto de propuestas de variado nivel de rigurosidad, casi todas ellas de extraccin acadmica, que fueron surgiendo desde comienzos de la dcada de 1990 hasta la actualidad, ms o menos en contemporaneidad con el proyecto de unificacin de los lenguajes de modelado bajo la forma de UML. Los ADL difiere sustancialmente de UML, que al menos en su versin 1.x se estima inadecuado en su capacidad para expresar conectores en particular y en su modelo semntico en general para las clases de descripcin y anlisis que se requieren. Los ADLs permiten modelar una arquitectura mucho antes que se lleve a cabo la programacin de las aplicaciones que la componen, analizar su adecuacin, determinar sus puntos crticos y eventualmente simular su comportamiento. Los ADLs son bien conocidos en los estudios universitarios de AS, pero muy pocos arquitectos de industria parecen conocerlos y son menos an quienes los utilizan como instrumento en el diseo arquitectnico de sus proyectos. Hay unos veinte ADLs de primera magnitud y tal vez unos cuarenta o cincuenta propuestos en ponencias que no han resistido el paso del tiempo o que no han encontrado su camino en el mercado. Se han analizado esos lenguajes descriptivos en un documento aparte, en el cual se invita asimismo a su discusin. Frameworks y Vistas En esta seccin se examinarn primero las propuestas sobre organizacin de vistas desarrolladas en el contexto de los frameworks ms influyentes. En segundo lugar, se analizar algo ms formalmente la historia y el significado del concepto de vistas en s, ya que en la mayor parte de la literatura no acadmica la significacin precisa del concepto y su funcin tcnica se suelen dar por sentadas o se definen a la ligera y de formas cambiantes. Existen unos cuantos organismos de estndares (ISO, CEN, IEEE, OMG) que han codificado diferentes aspectos de la AS, cuando no la AS en su totalidad, con el objetivo 14
de homogeneizar la terminologa, los modelos y los procedimientos. Los emergentes del trabajo de sus comits son especificaciones y recomendaciones de variada naturaleza, como RM-ODP, RUP, RDS, MDA, MOF, MEMO, XMI o IEEE 1471-2000. Casi cualquier combinacin de tres o cuatro letras del alfabeto corresponde al acrnimo de algn estndar a tener en cuenta. La AS hace mencin eventual de esas doctrinas y los acadmicos ocupan sillas preferenciales en los organismos, pero su tratamiento exhaustivo en la literatura de investigacin decididamente no califica como uno de los grandes temas prioritarios. Las recomendaciones de los marcos se tratan con sumo respeto pero tambin con alguna reticencia, tal vez porque se estima que los organismos privilegiaran ms un acuerdo regido por una necesidad de equidistancia que una adecuada fundamentacin formal, porque cualquier versin del estndar que se mencione en un paper habr caducado cuando se lo publique, o por alguna otra razn que dejamos abierta para que se discuta. Hay una excepcin, sin embargo. Tanto los marcos arquitectnicos como las metodologas de modelado de los organismos acostumbran ordenar las diferentes perspectivas de una arquitectura en trminos de vistas (views). La mayora de los frameworks y estrategias reconoce entre tres y seis vistas, que son las que se incluyen en el cuadro. Una vista es, para definirla sucintamente, un subconjunto resultante de practicar una seleccin o abstraccin sobre una realidad, desde un punto de vista determinado [Hil99].Zachman (Niveles) Scope Empresa Sistema lgico Tecnologa Representacin Funcionamiento TOGAF (Arquitecturas) Negocios Datos Aplicacin Tecnologa 4+1 (Vistas) Lgica Proceso Fsica Desarrollo Casos de uso [BRJ99] (Vistas) Diseo Proceso Implementacin Despliegue Casos de uso POSA (Vistas) Lgica Proceso Fsica Desarrollo Microsoft (Vistas) Lgica Conceptual Fsica
Tabla 1 - Vistas en los marcos de referencia
El marco de referencia para la arquitectura empresarial de John Zachman [Zac87] identifica 36 vistas en la arquitectura (celdas) basadas en seis niveles (scope, empresa, sistema lgico, tecnologa, representacin detallada y funcionamiento empresarial) y seis aspectos (datos, funcin, red, gente, tiempo, motivacin). En el uso corriente de AS se ha estimado que este modelo es excesivamente rgido y sobrearticulado. Parecera existir cierto consenso sobre su excesiva ambicin y su posible obsolescencia. Los manuales recientes de ingeniera de software (por ejemplo [Pre02] [Pfl02]) suelen omitir toda referencia a este marco, que se estima perteneciente a una esfera de Information Management y estrategia empresarial, antes que inscripto en el campo de la arquitectura. El framework ha estado tambin bajo nutrido fuego crtico [Cib98] [Keen91]. No obstante, hay que reconocer que tres de las vistas propuestas por Zachman tan tempranamente como en 1982 (conceptual, lgica y fsica) se corresponden con el modelo de vistas de los marcos de referencia posteriores. El Modelo de Referencia para Procesamiento Distribuido Abierto (RM-ODP) es un estndar de ISO y de ITU (ex-CCITT) que define un marco para la especificacin arquitectnica de grandes sistemas distribuidos. Define, entre otras cosas, cinco 15
puntos de vista (viewpoints) para un sistema y su entorno: empresa, informacin, computacin, ingeniera y tecnologa. Los cinco puntos de vista no corresponden a etapas de proceso de desarrollo o refinamiento. De los cuatro estndares bsicos que componen el modelo, los dos primeros se refieren a la motivacin general del mismo y a sus fundamentos conceptuales y analticos; el tercero (ISO/IEC 10746-3; UTI-T X.903) a la arquitectura, definiendo los puntos de vistas referidos; y el cuarto (ISO/IEC 10746-4; UTI-T X.904) a la formalizacin de la semntica arquitectnica. RM-ODP se supone neutral en relacin con la metodologa, las formas de modelado y la tecnologa a implementarse, pero recomienda el uso de lenguajes formales de especificacin como LOTOS, ESTELLE, SDL o Z. Se supone que un modelo pensado con similares propsitos, como CORBA, debera ser 100% conforme con la referencia, pero en verdad no es as; CORBA, por ejemplo, no proporciona soporte para el viewpoint empresarial, su modelo computacional revela desviaciones significativas del ISO/IEC o el UTI-T correspondiente, su modelo de binding es ms restringido (carece de multicast o plug and play) y aunque hay RFPs que documentan estas divergencias, hasta donde puede saberse permanecen an sin resolver; en los viewpoints de ingeniera y tecnologa las discrepancias son menores, pero son muchsimas, y en ninguno hay concordancia en la nomenclatura [DIR99]. Los modelos mayores de industria como COM o J2EE son todava ms divergentes y las verificaciones de conformidad son un trmite extremadamente complejo. RM-ODP, adems, no especifica nada acerca de conectores entre sistemas, integracin de tecnologas legacy o soporte de sistemas multi-paradigmas [Bez98]. Hoy en da la interoperabilidad se garantiza ms a travs de tecnologas comunes de formato y protocolo ligadas a XML, SOAP, BPEL4WS o WS-I (o mediante MDA, o programando un wrapper) que por conformidad con esta clase de recomendaciones en todos los puntos de un proceso distribuido.
C4ISR Architecture Framework es el marco de referencia arquitectnico promovido por el Departamento de Defensa de Estados Unidos (DoD). Algunos de los otros marcos listados en esta seccin se inspiran en l, como es el caso de TOGAF. En la versin 2 de C4I, completada en diciembre de 1997, la definicin de arquitectura reconocida es exactamente la misma que despus se promulgara como cannica en IEEE 1471. Las vistas arquitectnicas homologadas son la Operacional (que identifica relaciones y necesidades de informacin), la de Sistemas (que vincula capacidades y caractersticas a requerimientos operacionales) y la Tcnica (que prescribe estndares y convenciones). El marco de referencia arquitectnico de The Open Group (TOGAF) reconoce cuatro componentes principales, uno de los cuales es un framework de alto nivel que a su vez define cuatro vistas: Arquitectura de Negocios, Arquitectura de Datos/Informacin, Arquitectura de Aplicacin y Arquitectura Tecnolgica. The Open Group propone un modelo de descripcin arquitectnica, Architecture Description Method (ADM) que se supone independiente de las tcnicas de modelado, aunque en la versin 7 se propone Metis como herramienta. En 1995 Philippe Kruchten propuso su clebre modelo 4+1, vinculado al Rational Unified Process (RUP), que define cuatro vistas diferentes de la arquitectura de software: (1) La vista lgica, que comprende las abstracciones fundamentales del 16
sistema a partir del dominio de problemas. (2) La vista de proceso: el conjunto de procesos de ejecucin independiente a partir de las abstracciones anteriores. (3) La vista fsica: un mapeado del software sobre el hardware. (4) La vista de desarrollo: la organizacin esttica de mdulos en el entorno de desarrollo. El quinto elemento considera todos los anteriores en el contexto de casos de uso [Kru95]. Lo que acadmicamente se define como AS concierne a las dos primeras vistas. El modelo 4+1 se percibe hoy como un intento se reformular una arquitectura estructural y descriptiva en trminos de objeto y de UML. Con todo, las cuatro vistas de Kruchten forman parte del repertorio estndar de los practicantes de la disciplina.
En su introduccin a UML (1.3), Grady Booch, James Rumbaugh e Ivar Jacobson han formulado un esquema de cinco vistas interrelacionadas que conforman la arquitectura de software, caracterizada en trminos parecidos a los que uno esperara encontrar en el discurso de la vertiente estructuralista. En esta perpectiva, la arquitectura de software (a la que se dedican muy pocas pginas) es un conjunto de decisiones significativas sobre (1) la organizacin de un sistema de software; (2) la seleccin de elementos estructurales y sus interfaces a travs de los cuales se constituye el sistema; (3) su comportamiento, segn resulta de las colaboraciones entre esos elementos; (4) la composicin de esos elementos estructurales y de comportamiento en subsistemas progresivamente mayores; (5) el estilo arquitectnico que gua esta organizacin: los elementos estticos y dinmicos y sus interfaces, sus colaboraciones y su composicin. Los autores proporcionan luego un esquema de cinco vistas posibles de la arquitectura de un sistema: (1) La vista de casos de uso, como la perciben los usuarios, analistas y encargados de las pruebas; (2) la vista de diseo que comprende las clases, interfaces y colaboraciones que forman el vocabulario del problema y su solucin; (3) la vista de procesos que conforman los hilos y procesos que forman los mecanismos de sincronizacin y concurrencia; (4) la vista de implementacin que incluye los componentes y archivos sobre el sistema fsico; (5) la vista de despliegue que comprende los nodos que forma la topologa de hardware sobre la que se ejecuta el sistema [BRJ99: 26-27]. Aunque las vistas no estn expresadas en los mismos trminos estructuralistas que campean en su caracterizacin de la arquitectura, y aunque la relacin entre vistas y decisiones arquitectnicas es de simple yuxtaposicin informal de ideas antes que de integracin rigurosa, es natural inferir que las vistas que ms claramente se vinculan con la semntica arquitectnica son la de diseo y la de proceso. En los albores de la moderna prctica de los patrones, Buschmann y otros presentan listas discrepantes de vistas en su texto popularmente conocido como POSA [BMR+96]. En la primera se las llama arquitecturas, y son: (1) Arquitectura conceptual: componentes, conectores; (2) Arquitectura de mdulos: subsistemas, mdulos, exportaciones, importaciones; (3) Arquitectura de cdigo: archivos, directorios, bibliotecas, inclusiones; (4) Arquitectura de ejecucin: tareas, hilos, procesos. La segunda lista de vistas, por su parte, incluye: (1) Vista lgica: el modelo de objetos del diseo, o un modelo correspondiente tal como un diagrama de relacin; (2) Vista de proceso: aspectos de concurrencia y sincronizacin; (3) Vista fsica: el mapeo del software en el hardware y sus aspectos distribuidos; (4) Vista de desarrollo: la organizacin esttica del software en su entorno de desarrollo. Esta
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segunda lista coincide con el modelo 4+1 de Kruchten, pero sin tanto nfasis en el quinto elemento.
Bass, Clements y Kazman presentan en 1998 una taxonoma de nueve vistas, decididamente sesgadas hacia el diseo concreto y la implementacin: (1) Estructura de mdulo; las unidades son asignaciones de tareas. (2) Estructura lgica o conceptual. Las unidades son abstracciones de los requerimientos funcionales del sistema. (3) Estructura de procesos o de coordinacin. Las unidades son procesos o threads. (4) Estructura fsica. (5) Estructura de uso. Las unidades son procedimientos o mdulos, vinculados por relaciones de presuncin-de-presencia-correcta. (6) Estructura de llamados. Las unidades son usualmente (sub)procedimientos, vinculados por invocaciones o llamados. (7) Flujo de datos. Las unidades son programas o mdulos, la relacin es de envo de datos. (8) Flujo de control; las unidades son programas, mdulos o estados del sistema. (9) Estructura de clases. Las unidades son objetos [BCK98]. Esta taxonoma de vista no coincide con ninguna otra. La recomendacin IEEE Std 1471-2000 procura establecer una base comn para la descripcin de arquitecturas de software, e implementa para ello tres trminos bsicos, que son arquitectura, vista y punto de vista. La arquitectura se define como la organizacin fundamental de un sistema, encarnada en sus componentes, las relaciones entre ellos y con su entorno, y los principios que gobiernan su diseo y evolucin. Los elementos que resultan definitorios en la utilidad, costo y riego de un sistema son en ocasiones fsicos y otras veces lgicos. En otros casos ms, son principios permanentes o patrones que generan estructuras organizacionales duraderas. Trminos como vista o punto de vista son tambin centrales. En la recomendacin se los utiliza en un sentido ligeramente distinto al del uso comn. Aunque reflejan el uso establecido en los estndares y en la investigacin de ingeniera, el propsito del estndar es introducir un grado de formalizacin homogeneizando informalmente la nomenclatura. En dicha nomenclatura, un punto de vista (viewpoint) define un patrn o plantilla (template) para representar un conjunto de incumbencias (concerns) relativo a una arquitectura, mientras que una vista (view) es la representacin concreta de un sistema en particular desde una perspectiva unitaria. Un punto de vista permite la formalizacin de grupos de modelos. Una vista tambin se compone de modelos, aunque posee tambin atributos adicionales. Los modelos proporcionan la descripcin especfica, o contenido, de una arquitectura. Por ejemplo, una vista estructural consistira de un conjunto de modelos de la estructura del sistema. Los elementos de tales modelos incluiran componentes identificables y sus interfaces, as como interconexiones entre los componentes. La concordancia entre la recomendacin de IEEE y el concepto de estilo se establece con claridad en trminos del llamado punto de vista estructural. Otros puntos de vista reconocidos en la recomendacin son el conductual y el de interconexin fsica. El punto de vista estructural ha sido motivado (afirman los redactores del estndar) por el trabajo en lenguajes de descripcin arquitectnica (ADLs). El punto de vista estructural, dicen, se ha desarrollado en el campo de la AS desde 1994 y es hoy de amplio uso. La estrategia de arquitectura de Microsoft define, en consonancia con las conceptualizaciones ms generalizadas, cuatro vistas, ocasionalmente llamadas tambin 18
arquitecturas: Negocios, Aplicacin, Informacin y Tecnologa [Platt02]. La vista que aqu interesa es la de la aplicacin, que incluye, entre otras cosas: (1) Descripciones de servicios automatizados que dan soporte a los procesos de negocios; (2) descripciones de las interacciones e interdependencias (interfaces) de los sistemas aplicativos de la organizacin, y (3) planes para el desarrollo de nuevas aplicaciones y la revisin de las antiguas, basados en los objetivos de la empresa y la evolucin de las plataformas tecnolgicas. Cada arquitectura, a su vez, se articula en vistas tambin familiares desde los das de OMT que son (1) la Vista Conceptual, cercana a la semntica de negocios y a la percepcin de los usuarios no tcnicos; (2) la Vista Lgica, que define los componentes funcionales y su relacin en el interior de un sistema, en base a la cual los arquitectos construyen modelos de aplicacin que representan la perspectiva lgica de la arquitectura de una aplicacin; (3) la Vista Fsica, que es la menos abstracta y que ilustra los componentes especficos de una implementacin y sus relaciones. Ahora que se han examinado cules son las vistas que proponen los diferentes frameworks, habra que precisar mejor el significado especficamente arquitectnico de las vistas. Como expresa Rich Hilliard [Hil99], a quien seguimos en este tratamiento, aunque expresiones tales como mltiples vistas son algo as como el Santo Grial de la ingeniera de software, de requerimientos y de sistemas, su estatus en la AS es bastante ms oscuro. Las razones para ello son mltiples. En primer lugar, no existe una fundamentacin coherente para su uso en la disciplina. En segundo trmino, muchos estudiosos las consideran problemticas, porque la existencia de mltiples vistas introduce problemas de integracin y consistencia entre las diferentes vistas. Sin embargo, los arquitectos practicantes las usan de todas maneras, porque simplifican la visualizacin de sistemas complejos. La idea de contemplar un sistema complejo desde mltiples puntos de vista no es nativa de la AS contempornea, ni es una invencin de Kruchten, sino que se origina por lo menos en la dcada de 1970, en el trabajo de Douglas Ross sobre anlisis estructurado [Ross77]. La motivacin para introducir mltiples vistas radica en la separacin de incumbencias (separations of concerns). Las vistas se introdujeron como una herramienta conceptual para poder manejar la complejidad de lo que ya por aquel entonces se llamaban artefactos, tales como especificaciones de requerimientos o modelos de diseo. En las contribuciones ms tempranas, las mltiples vistas de un modelo se basaban en perspectivas fijas, puntos de vistas o viewpoints; casi siempre los puntos de vista eran dos, el funcional y el de datos, ninguno de los cuales aparece en arquitectura. En la dcada de 1980, sin embargo, las vistas comenzaron a multiplicarse, al punto que se realizaron surveys interdisciplinarios y se organizaron conferencias especficas sobre la cuestin, como Viewpoints96. No hay un lmite necesario para el nmero de vistas posibles, ni un procedimiento formal para establecer lo que una vista debe o no abstraer. El estndar IEEE 1471 no delimita el nmero posible de vistas, ya que se estima que no puede haber acuerdo en ello, pero seala lineamientos para su constitucin y considera que un viewpoint es a una vista como una clase es a un objeto. Hay una lista corta de vistas que se usa en los textos generales de AS y una lista larga que gira en torno de UML, el cual especifica nueve clases de diagramas correspondientes a ocho vistas, como se indica en el cuadro. Diferentes textos de los mismos autores, por 19
ejemplo [BRJ99] y [RJB00], utilizan distintas terminologas no conciliadas; vistas y puntos de vista no siempre se caracterizan como conceptos distintos y el uso de la terminologa, an en el interior de cada texto, es informal e inconsistente. Es difcil creer que esto se encuentra unificado de alguna manera. Cuando los promotores de UML hablan de arquitectura, a instancias de Kruchten, cambian su modelo de vistas por uno que se refiere no a puntos de perspectiva o a incumbencias de los participantes, sino a niveles de abstraccin; pero an as, como se ha visto, su definicin de arquitectura difiere de la definicin estndar.rea Estructural Vista Vista esttica Vista de casos de uso Vista de implementacin Vista de despliegue Dinmica Vista de mquinas de estados Vista de actividad Vista de interaccin Gestin del modelo Diagramas Diagrama de clases Diagramas de casos de uso Diagrama de componentes Diagrama de despliegue Diagrama de estados Diagrama de actividad Diagrama de secuencia Diagrama de colaboracin Diagrama de clases Conceptos principales Clase, asociacin, generalizacin, dependencia, realizacin, interfaz Caso de uso, actor, asociacin, extensin, inclusin, generalizacin de casos de uso Componente, interfaz, dependencia, realizacin Nodo, componente, dependencia, localizacin Estado, evento, transicin, accin Estado, actividad, transicin de terminacin, divisin, unin Interaccin, objeto, mensaje, activacin Colaboracin, interaccin, rol de colaboracin, mensaje Paquete, subsistema, modelo
Vista de gestin del modelo Tabla 2 - Vistas y diagramas de UML, basado en [RJB00: 22]
Como lo subraya Hilliard, en sus textos iniciales la modalidad clsica de la AS, encarnada en Garlan y Shaw, no habla de vistas en absoluto; la AS clsica se funda en una vista singular e implcita, de carcter estructural. Muchos arquitectos de la corriente principal evitan hablar de vistas, porque cuando las ellas proliferan se hace necesario o bien elaborar lenguajes formales especficos para tratar cada una de ellas, o bien multiplicar salvajemente las extensiones del lenguaje unificado. Sin duda las vistas son una simplificacin conveniente, o ms bien un principio de orden; pero su abundancia y sus complicadas relaciones recprocas generan tambin nuevos rdenes de complejidad. Podra discutirse el concepto y la articulacin de las diferentes vistas un largo rato, y de hecho los muchos simposios que han habido sobre el particular fueron de inters pero inconcluyentes. Se acostumbra poner las vistas que denotan niveles de abstraccin en cuadros superpuestos, por ejemplo, como si fueran anlogas a las capas del modelo OSI, pero son ambas representaciones estrictamente homlogas? Constituye el conjunto de las vistas un sistema? Por qu cada vez que se enumeran los artefactos caractersticos de cada vista aparece la palabra etctera o la expresin elementos principales? Procesos y Metodologas En los diferentes marcos, las vistas estticas se corresponden con las perspectivas particulares de los diferentes participantes (stakeholders), mientras que las vistas 20
dinmicas tienen que ver con etapas del proceso, ciclo de vida o metodologa, caracterizadas como requerimiento, anlisis, diseo (o construccin, o modelado), implementacin, integracin (prueba de conformidad, testing, evaluacin). La terminologa, lo mismo que la articulacin temporal del proceso o el ciclo, depende de cada marco. Llegando al territorio de la metodologa, hay que decir que durante varios aos la AS discurri sin elaborarlas ms que circunstancialmente, como si se estimara compatible con las prcticas establecidas en ingeniera de software, cualesquiera fuesen: RUP, RAD, RDS, ARIS, PERA, CIMOSA, GRAI, GERAM, CMM. Hoy en da la metodologa dominante en la industria es tal vez el Modelo de Madurez de la Capacidad (CMM), aunque el SEI no la considera formalmente como tal. Desde 1998 y cada vez con mayor intensidad, sin embargo, el SEI y otros organismos comenzaron a elaborar mtodos especficos de procesos de ingeniera que sistematizan el rol de la arquitectura en la totalidad del proceso, desde la elicitacin de requerimientos hasta la terminacin. Algunos de esos mtodos son Architecture Based Design (ABD), Software Architecture Analysis Method (SAAM), Quality Attribute Workshops (QAW), Quality Attribute-Oriented Software Architecture Design Method (QASAR), AttributeDriven Design (ADD), Architecture Tradeoff Analysis Method (ATAM), Active Review for Intermediate Design (ARID), Cost-Benefits Analysis Method (CBAM), FamilyArchitecture Analysis Method (FAAM), Architecture Level Modifiability Analysis (ALMA), y Software Architecture Comparison Analysis Method (SACAM). Al lado de esos mtodos est surgiendo un nutrido conjunto de tcnicas de documentacin; mtodos, tcnicas y estudios de casos se analizarn en este estudio en documentos separados. Habiendo al menos una docena de mtodos complejamente engranados entre s, el lector puede perderse con facilidad en un laberinto bibliogrfico donde no siempre se discierne cules de estos mtodos incluyen a cules otros, cules son sus relaciones con tcnicas consagradas de ingeniera, cules se encuentran vigentes y cules obsoletos. Un documento actual que describe a grandes rasgos la mayora de esos mtodos es [KNK03]. En general, la AS de la corriente principal todava no se ha expedido en relacin con los llamados mtodos giles. No hay un solo mtodo, sino una multiplicidad de posturas ms o menos radicales y combativas: Extreme Programming, SCRUM, Crystal Methods Framework, Feature-Driven Development, DSDM, Lean Development, Adaptive Software Development, Agile Modeling, Pragmatic Programming [ASR+02] [CLC03]. De hecho, la comunidad de los metodlogos, que opera a una cierta distancia de las iniciativas formales de la AS, se encuentra dividida tras lo que ha sido y sigue siendo el gran debate metodolgico entre los mtodos pesados (o rigurosos) de tipo SEI/CMM por un lado y los mtodos giles por el otro [Hig01]. Los tericos de cada bando han sido, entre otros, Tom De Marco, Ed Yourdon y Tim Lister en la faccin rigurosa y Ken Orr, Jim Highsmith, Martin Fowler y Michael Jackson del lado gil-extremo, con Philippe Kruchten y RUP buscando establecerse en ambos terrenos. Ambos grupos operan en el contexto de la crisis del software, que se da por sentada, alegando que es la mentalidad del bando opuesto lo que la ha ocasionado. Los pesados, mirados por los giles como formalistas fracasados, enfatizan el modelado, el control y la documentacin escrupulosa; los giles, acusados por los pesados de hackers irresponsables que pretenden imponer sus juguetes en la empresa, no slo desprecian los modelos (formales o informales) sino que incluso ocasionalmente ponen en tela de juicio 21
hasta a los propios patrones de diseo [Fow01]. Ese tema tambin ser tratado en un estudio aparte. En lo que respecta a la estrategia arquitectnica de Microsoft, el marco general de Microsoft Solutions Framework, versin 3, no se expide sobre metodologas especficas y da cabida a una gran cantidad de alternativas, desde las densas a las ligeras. Abundan en MSF 3 referencias a mtodos rpidos y giles, a travs de citas y conceptos de una de las figuras cardinales de Cutter Consortium, Martin Fowler. La documentacin de MSF ratifica su adecuacin tanto para el CMM de SEI o UPM como para los mtodos giles en ambientes que requieren un alto grado de adaptabilidad [MS03]. Abstraccin El concepto de abstraccin (que a veces se usa en el sentido del proceso de abstraer, otra para designar una entidad) ha sufrido tambin diversas acepciones, con un ncleo de significados comn. Las diferencias en el uso del concepto de abstraccin ayudan tambin a identificar las diversas corrientes en el seno de la AS. La definicin que proporciona Grady Booch, por ejemplo, revela que el autor identifica la abstraccin arquitectnica con el encapsulamiento propio de la tecnologa de objetos: Una abstraccin escribe Booch denota las caractersticas esenciales de un objeto que lo distinguen de otras clases de objeto y provee de este modo delimitaciones conceptuales bien definidas, relativas a la perspectiva del observador [Boo91]. El concepto de abstraccin (que a veces se usa en el sentido del proceso de abstraer, otra para designar una entidad abstracta) ha sufrido tambin diversas formulaciones sintcticas, con un ncleo de significados comn. En ltimo anlisis, la abstraccin siempre conlleva una heurstica positiva al lado de una negacin. Tanto para la IEEE como para Rumbaugh, Shaw y otros autores, la abstraccin consiste en extraer las propiedades esenciales, o identificar los aspectos importantes, o examinar selectivamente ciertos aspectos de un problema, posponiendo o ignorando los detalles menos sustanciales, distractivos o irrelevantes. La idea de abstraccin forma parte de lo que acaso sea la pieza conceptual ms importante de la AS, el concepto de estilo; un estilo se identifica a grandes rasgos o, como se dice habitualmente, en un estilo menos es ms. La misma idea prevalece en todos los conceptos y procedimientos que se consideran arquitectnicos. Para Len Bass, Paul Clements y Rick Kazman [BCK98], si una decisin debe posponerse hasta el momento de tratar las cosas a un bajo nivel, no se trata de una decisin de arquitectura. Clements y Northrop [CN96] sostienen que el trabajo de Garlan y Shaw sobre los estilos arquitectnicos nos ensea que aunque los programas pueden combinarse de maneras prcticamente infinitas, hay mucho que ganar si nos restringimos a un conjunto relativamente pequeo de elecciones cuando se trata de cooperacin e interaccin. Las ventajas incluyen mejor reutilizacin, mejores anlisis, menor tiempo se seleccin y mayor interoperabilidad. Menos es ms figura, de hecho, en el ttulo y en los contenidos de numerosos papers de la profesin [MB02] [CN96]. Conceptos como el de estilo, o marcos como MSF, revelan su naturaleza arquitectnica en su abstraccin y en su generalidad.
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Escenarios Esta es una nocin arquitectnica importante y se encuentra en la base de muchos de los mtodos de diseo y desarrollo basados en arquitectura, como ALMA, SAAM y ATAM. Hay que ser precavidos y advertir desde el comienzo que lo que habitualmente se traduce como escenario no es estrictamente lo que en lengua castellana se designa como tal; la traduccin correcta debera ser ms bien guin o libreto. La traduccin literal del trmino no hace ms que aportar confusin. Desde Kruchten en adelante, se reconoce que los escenarios se dividen en dos categoras: casos de uso (secuencias de responsabilidades) y casos de cambio (modificaciones propuestas al sistema). Los escenarios han sido bsicamente tcnicas que se implementan en la elicitacin de los requerimientos, particularmente en relacin a los operadores de sistemas. Tpicamente, la tcnica comienza instrumentando sesiones de brainstorming. Tambin se han utilizado escenarios como mtodo para comparar alternativas de diseo. Los escenarios describen una utilizacin anticipada o deseada del sistema, y tpicamente se expresan en una frase; Kazman, Abowd, Bass y Clements proponen tambin llamarlos vietas [KAB+96]. Segn algunas definiciones, como la de Clements y Northrop [CN96], los escenarios son algo as como libretos (en el sentido teatral o cinematogrfico del trmino) correspondientes a las distintas piezas de funcionalidad de un sistema. Se los considera tiles para analizar una vista determinada [Cle95a] o para mostrar la forma en que los elementos de mltiples vistas se relacionan entre s [Kru95]. Pueden concebirse tambin como una abstraccin de los requerimientos ms importantes de un sistema. Los escenarios se describen mediante texto comn en prosa utilizando lo que se llama un script y a veces se describen mediante dibujos, como por ejemplo diagramas de interaccin de objeto. Se acostumbra utilizar UML (en el contexto de 4+1) no tanto como recurso de modelado que despus generar alguna clase de cdigo, sino como instrumento de dibujo ms o menos informal; pero los propios manuales de UML y los expertos mundiales en casos de uso (David Anderson, Martin Fowler, Alistair Cockburn) recomiendan desarrollar los escenarios de requerimiento en texto, no en diagramas. Algunos autores estiman que se trata de una herramienta importante para relacionar vistas arquitectnicas, porque recorriendo un escenario puede mostrar las formas en que fragmentos o escenas de esas vistas se corresponden entre s. Los mtodos propios de la arquitectura basada en escenarios se analizan tambin en un documento aparte.
Campos de la Arquitectura de SoftwareLa AS es hoy en da un conjunto inmenso y heterogneo de reas de investigacin terica y de formulacin prctica, por lo que conviene aunque ms no sea enumerar algunos de sus campos y sus focos. Una semblanza semejante (de la que aqu se proporciona slo un rudimento) dudosamente debera ser esttica. La AS comenz siendo una abstraccin descriptiva puntual que en los primeros aos no investig de manera sistemtica ni las relaciones que la vinculaban con los requerimientos previos, ni los pasos metodolgicos a dar luego para comenzar a componer el diseo. Pero esa sincronicidad estructuralista no pudo sostenerse. Por el contrario, dara la impresin que, a medida que pasa el tiempo, la AS tiende a redefinir todos y cada uno de los aspectos de la disciplina madre, la
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ingeniera de software, slo que a un mayor nivel de abstraccin y agregando una nueva dimensin reflexiva en lo que concierne a la fundamentacin formal del proceso. Hay unas pocas caracterizaciones (y mucha actividad de copiado y pegado) en torno de las reas que componen el territorio. David Garlan y Dewayne Perry, en su introduccin al volumen de abril de 1995 de IEEE Transactions on Software Engineering dedicado a la AS, en el cual se delinean las reas de investigacin ms promisorias, enumeran las siguientes:
Lenguajes de descripcin de arquitecturas Fundamentos formales de la AS (bases matemticas, caracterizaciones formales de propiedades extra-funcionales tales como mantenibilidad, teoras de la interconexin, etctera). Tcnicas de anlisis arquitectnicas Mtodos de desarrollo basados en arquitectura Recuperacin y reutilizacin de arquitectura Codificacin y gua arquitectnica Herramientas y ambientes de diseo arquitectnico Estudios de casos
Fundamental en la concepcin de Clements y Northrop [CN96] es el criterio de reusabilidad como uno de los aspectos que ms hacen por justificar la disciplina misma. Segn estos autores, el estudio actual de la AS puede ser visto como un esfuerzo ex post facto para proporcionar un almacn estructurado de este tipo de informacin reutilizable de diseo de alto nivel propio de una familia (en el sentido de Parnas). De tal manera, las decisiones de alto nivel inherentes a cada miembro de una familia de programas no necesitan ser re-inventadas, re-validadas y re-descriptas. Un razonamiento arquitectnico es adems un argumento sobre las cuestiones estructurales de un sistema. Se dira tambin que el concepto de estilo es la encarnacin principal del principio de reusabilidad en el plano arquitectnico. Paul Clements [Cle96b] define cinco temas fundamentales en torno de los cuales se agrupa la disciplina:
Diseo o seleccin de la arquitectura: Cmo crear o seleccionar una arquitectura en base de requerimientos funcionales, de performance o de calidad. Representacin de la arquitectura: Cmo comunicar una arquitectura. Este problema se ha manifestado como el problema de la representacin de arquitecturas utilizando recursos lingsticos, pero el problema tambin incluye la seleccin del conjunto de informacin a ser comunicada. Evaluacin y anlisis de la arquitectura: Cmo analizar una arquitectura para predecir cualidades del sistema en que se manifiesta. Un problema semejante es cmo comparar y escoger entre diversas arquitecturas en competencia. Desarrollo y evolucin basados en arquitectura: Cmo construir y mantener un sistema dada una representacin de la cual se cree que es la arquitectura que resolver el problema correspondiente.
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Recuperacin de la arquitectura: Cmo hacer que un sistema legacy evolucione cuando los cambios afectan su estructura; para los sistemas de los que se carezca de documentacin confiable, esto involucra primero una arqueologa arquitectnica que extraiga su arquitectura.
Mary Shaw [Shaw01] considera que en el 2001 los campos ms promisorios de la AS siguen teniendo que ver con el tratamiento sistemtico de los estilos, el desarrollo de lenguajes de descripcin arquitectnica, la formulacin de metodologas y (ahora) el trabajo con patrones de diseo. Se requieren todava modelos precisos que permitan razonar sobre las propiedades de una arquitectura y verificar su consistencia y completitud, as como la automatizacin del proceso de anlisis, diseo y sntesis. Sugiere que debe aprenderse una leccin a partir de la experiencia de la ingeniera de software, la cual no obstante haberse desenvuelto durante treinta aos no ha logrado plasmar un conjunto de paradigmas de investigacin comparable al de otras reas de las ciencias de la computacin. Estima que la AS se encuentra ya en su fase de desarrollo y extensin, pero que tanto las ideas como las herramientas distan de estar maduras. Un campo que no figura en estas listas pero sobre el cual se est trabajando intensamente es en el de la coordinacin de los ADLs que sobrevivan con UML 2.0 por un lado y con XML por el otro. Ningn lenguaje de descripcin arquitectnica en el futuro prximo (excepto los que tengan un nicho tcnico muy particular) ser viable si no satisface esos dos requisitos. Los ejercicios que pueden hacerse para precisar los campos de la AS son incontables. Ahora que la AS se ha abismado en el desarrollo de metodologas, hace falta, por ejemplo, establecer con ms claridad en qu difieren sus elaboraciones en torno del diseo, del anlisis de requerimientos o de justificacin econmica de las llevadas a cabo por la ingeniera de software. Asimismo, se est esperando todava una lista sistemtica y exhaustiva que describa los dominios de incumbencia de la disciplina, as como un examen del riesgo de duplicacin de esfuerzos entre campos disciplinarios mal comunicados, una situacin que a primera vista parecera contradictoria con el principio de reusabilidad.
Modalidades y tendenciasEn la dcada de 1990 se establece definitivamente la AS como un dominio todava hoy separado de manera confusa de ese marco global que es la ingeniera y de esa prctica puntual que es el diseo. Aunque no hay un discurso explcito y autoconsciente sobre escuelas de AS, ni se ha publicado un estudio reconocido y sistemtico que analice las particularidades de cada una, en la actualidad se pueden distinguir a grandes rasgos unas seis corrientes. Algunas distinciones estn implcitas por ejemplo en [MT00], pero la bibliografa sobre corrientes y alternativas prcticamente no existe y la que sigue habr de ser por un tiempo una de las pocas propuestas contemporneas sobre el particular. Ahora bien, articular una taxonoma de estrategias no admite una solucin simple y determinista. En distintos momentos de su trayectoria, algunos practicantes de la AS se mueven ocasionalmente de una tctica a otra, o evolucionan de un punto de vista ms genrico a otro ms particular, o realizan diferentes trabajos operando en marcos distintos. Adems, con la excepcin del gran debate metodolgico entre mtodos 25
pesados y ligeros [Hig01], las discusiones entre las distintas posturas rara vez se han manifestado como choques frontales entre ideologas irreconciliables, por lo que a menudo hay que leer entre lneas para darse cuenta que una afirmacin cualquiera es una crtica a otra manera de ver las cosas, o trasunta una toma definida de posicin. Fuera de la metodologa, el nico factor reconocible de discordia ha sido, hasta la fecha, la preminencia de UML y el diseo orientado a objetos. Todo lo dems parece ser ms o menos negociable. La divisin preliminar de escuelas de AS que proponemos es la siguiente: 1) Arquitectura como etapa de ingeniera y diseo orientada a objetos. Es el modelo de James Rumbaugh, Ivar Jacobson, Grady Booch, Craig Larman y otros, ligado estrechamente al mundo de UML y Rational. No cabe duda que se trata de una corriente especfica: Rumbaugh, Jacobson y Booch han sido llamados Los Tres Amigos; de lo que s puede dudarse es que se trate de una postura arquitectnica. En este postura, la arquitectura se restringe a las fases iniciales y preliminares del proceso y concierne a los niveles ms elevados de abstraccin, pero no est sistemticamente ligada al requerimiento que viene antes o a la composicin del diseo que viene despus. Lo que sigue al momento arquitectnico es business as usual, y a cualquier configuracin, topologa o morfologa de las piezas del sistema se la llama arquitectura. En esta escuela, si bien se reconoce el valor primordial de la abstraccin (nadie despus de Dijkstra osara oponerse a ello) y del ocultamiento de informacin promovido por Parnas, estos conceptos tienen que ver ms con el encapsulamiento en clases y objetos que con la visin de conjunto arquitectnica. Para este movimiento, la arquitectura se confunde tambin con el modelado y el diseo, los cuales constituyen los conceptos dominantes. En esta corriente se manifiesta predileccin por un modelado denso y una profusin de diagramas, tendiente al modelo metodolgico CMM o a UPM; no hay, empero, una precripcin formal. Importa ms la abundancia y el detalle de diagramas y tcnicas disponibles que la simplicidad de la visin de conjunto. Cuando aqu se habla de estilos, se los confunde con patrones arquitectnicos o de diseo [Lar03]. Jams se hace referencia a los lenguajes de descripcin arquitectnica, que representan uno de los assets reconocidos de la AS; sucede como si la disponibilidad de un lenguaje unificado de modelado los tornara superfluos. La definicin de arquitectura que se promueve en esta corriente tiene que ver con aspectos formales a la hora del desarrollo; esta arquitectura es isomorfa a la estructura de las piezas de cdigo. Una definicin tpica y demostrativa sera la de Grady Booch; para l, la AS es la estructura lgica y fsica de un sistema, forjada por todas las decisiones estratgicas y tcticas que se aplican durante el desarrollo [Boo91]. Otras definiciones revelan que la AS, en esta perspectiva, concierne a decisiones sobre organizacin, seleccin de elementos estructurales, comportamiento, composicin y estilo arquitectnico susceptibles de ser descriptas a travs de las cinco vistas clsicas del modelo 4+1 de Kruchten [Kru95] [BRJ99: 26-28]. 2) Arquitectura estructural, basada en un modelo esttico de estilos, ADLs y vistas. Constituye la corriente fundacional y clsica de la disciplina. Los representantes de esta corriente son todos acadmicos, mayormente de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh: Mary Shaw, Paul Clements, David Garlan, Robert Allen, Gregory 26
Abowd, John Ockerbloom. Se trata tambin de la visin de la AS dominante en la academia, y aunque es la que ha hecho el esfuerzo ms importante por el reconocimiento de la AS como disciplina, sus categoras y herramientas son todava mal conocidas en la prctica industrial. En el interior del movimiento se pueden observar distintas divisiones. Hay una variante informal de boxologa y una vertiente ms formalista, representada por el grupo de Mark Moriconi en el SRI de Menlo Park. En principio se pueden reconocer tres modalidades en cuanto a la formalizacin; los ms informales utilizan descripciones verbales o diagramas de cajas, los de talante intermedio se sirven de ADLs y los ms exigentes usan lenguajes formales de especificacin como CHAM y Z. En toda la corriente, el diseo arquitectnico no slo es el de ms alto nivel de abstraccin, sino que adems no tiene por qu coincidir con la configuracin explcita de las aplicaciones; rara vez se encontrarn referencias a lenguajes de programacin o piezas de cdigo, y en general nadie habla de clases o de objetos. Mientras algunos participantes excluyen el modelo de datos de las incumbencias de la AS (Shaw, Garlan, etc), otros insisten en su relevancia (Medvidovic, Taylor). Todo estructuralismo es esttico; hasta fines del siglo XX, no est muy claro el tema de la posicin del modelado arquitectnico en el ciclo de vida. 3) Estructuralismo arquitectnico radical. Se trata de un desprendimiento de la corriente anterior, mayoritariamente europeo, que asume una actitud ms confrontativa con el mundo UML. En el seno de este movimiento hay al menos dos tendencias, una que excluye de plano la relevancia del modelado orientado a objetos para la AS y otra que procura definir nuevos metamodelos y estereotipos de UML como correctivos de la situacin. Dado que pueden existir dudas sobre la materialidad de esta corriente como tal, proporcionamos referencias bibliogrficas masivas que corroboran su existencia [Abd00] [AW99] [DDT99] [Dou00] [GAD+02] [GarS/f] [Gli00] [HNS99] [KroS/f] [Sch00] [StS/f] [Tem99] [Tem01]. Pasaremos revista a los argumentos ms fuertes en contra de UML emanados de este movimiento en el captulo correspondiente del documento sobre lenguajes de descripcin arquitectnica. 4) Arquitectura basada en patrones.1 Si bien reconoce la importancia de un modelo emanado histricamente del diseo orientado a objetos, esta corriente surgida hacia 1996 no se encuentra tan rgidamente vinculada a UML en el modelado, ni a CMM en la metodologa. El texto sobre patrones que esta variante reconoce como referencia es la serie POSA de Buschmann y otros [BMR+96] y secundariamente el texto de la Banda de los Cuatro [Gof95]. La diferencia entre ambos textos sagrados de la comunidad de patrones no es menor; en el primero, la expresin Software Architecture figura en el mismo ttulo; el segundo se llama Design Patterns: Elements of reusable Object-Oriented software y su tratamiento de la arquitectura es mnimo. En esta manifestacin de la AS prevalece cierta tolerancia hacia modelos de proceso tcticos, no tan macroscpicos, y eventualmente se expresa cierta simpata por las ideas de Martin Fowler y las premisas de la programacin extrema. El diseo
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Se han definido los patrones arquitectnicos y de diseo en el documento sobre Estilos en Arquitectura de Software [*Ref].
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consiste en identificar y articular patrones preexistentes, que se definen en forma parecida a los estilos de arquitectura [Shaw96] [MKM+96] [MKM+97]. 5) Arquitectura procesual. Desde comienzos del siglo XXI, con centro en el SEI y con participacin de algunos (no todos) los arquitectos de Carnegie Mellon de la primera generacin y muchos nombres nuevos de la segunda: Rick Kazman, Len Bass, Paul Clements, Felix Bachmann, Fabio Peruzzi, Jeromy Carrire, Mario Barbacci, Charles Weinstock. Intenta establecer modelos de ciclo de vida y tcnicas de elicitacin de requerimient
