Diseño de Software

TABLA DE CONTENIDOS

TABLA DE CONTENIDOS2

NOTA DEL AUTOR7

DEDICACIÓN8

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE SOFTWARE9

QUE ES EL DISEÑO DE SOFTWARE13

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE SOFTWARE15

ELEMENTOS DEL PROCESO DE DISEÑO DE SOFTWARE 19

OBJETIVOS21

RESTRICCIONES23

ALTERNATIVAS25

REPRESENTACIONES27

SOLUCIONES31

NIVELES DE DISEÑO DE SOFTWARE33

PRINCIPIOS Y TÉCNICAS DE DISEÑO DE SOFTWARE  34

DIVISIÓN Y CONQUISTA35

ABSTRACCIÓN37

ENCAPSULAMIENTO38

MODULARIZACIÓN39

SEPARACIÓN DE PREOCUPACIONES39

ACOPLAMIENTO Y COHESIÓN40

SEPARACIÓN DE DECISIONES DE EJECUCIÓN DE ALGORITMOS  42

SEPARACIÓN DE INTERFACES DE SUS IMPLEMENTACIONES  42

RESUMEN43

REFERENCIAS44

TEORÍA EN DISEÑO DE SOFTWARE44

PROCESO DE DISEÑO44

TÉCNICAS Y HERRAMIENTAS45

FUNDAMENTOS DE LA ARQUITECTURA DE SOFTWARE 46

MOTIVACIÓN PARA DESARROLLAR MEJORES SISTEMAS  47

LA ARQUITECTURA DE SOFTWARE49

LA DEFINICIÓN DE ARQUITECTURA DE SOFTWARE DE PERRY Y WOLF

49

ARQUITECTURA DE SOFTWARE POR GARLAN Y SHAW  53

ARQUITECTURA DE SOFTWARE POR BASS ET AL  55

DESCOMPONIENDO LA DEFINICIÓN DE ARQUITECTURA DE SOFTWARE   62

ELEMENTOS ARQUITECTURALES62

DECISIONES ARQUITECTURALES66

ATRIBUTOS DE CALIDAD75

VISIONES DE LA ARQUITECTURA82

EL DOCUMENTO DE ARQUITECTURA85

BENEFICIOS85

DIFICULTADES88

RESUMEN97

REFERENCIAS98

HISTÓRICO DEL ÁREA98

EVOLUCIÓN DEL SOFTWARE99

ELEMENTOS DE UNA ARQUITECTURA99

STAKEHOLDERS101

¿QUIENES SON LOS INTERESADOS EN UN SISTEMA DE SOFTWARE?

102

IMPORTANCIA DE LOS INTERESADOS107

TIPOS DE STAKEHOLDERS Y SU RELACIÓN CON LOS ATRIBUTOS DE CALIDAD  109

ATENCIÓN A LOS REQUISITOS COMO MEDIDA DE ÉXITO  111

CONFLICTOS ENTRE REQUISITOS Y ATRIBUTOS DE CALIDAD  113

RESPONSABILIDADES DE LOS STAKEHOLDERS115

RESUMEN120

ATRIBUTOS DE CALIDAD122

REQUISITOS FUNCIONALES Y NO-FUNCIONALES  123

DIFERENCIAS ENTRE REQUISITOS FUNCIONALES Y NO- FUNCIONALES  130

CONFLICTOS ENTRE REQUISITOS132

EXPRESANDO REQUISITOS NO-FUNCIONALES134

ATRIBUTOS DE CALIDAD135

LÍMITES A LAS FUNCIONALIDADES140

RELACIONES ENTRE ATRIBUTOS DE CALIDAD141

A QUIEN INTERESA LOS ATRIBUTOS DE CALIDAD142

MODELO DE CALIDAD143

ESTÁNDAR ISO/IEC 9126-1:2001143

CONFLICTOS ENTRE ATRIBUTOS DE CALIDAD160

ATRIBUTOS DE NEGOCIO161

MERCADO-BLANCO161

TIME-TO-MARKET162

COSTE Y BENEFICIO162

VIDA ÚTIL162

AGENDA DE LANZAMIENTO163

DISEÑO ARQUITECTURAL PARA CALIDAD DE SOFTWARE  164

REFERENCIAS165

REQUISITOS FUNCIONALES Y NO-FUNCIONALES165

DIFERENCIAS ENTRE REQUISITOS FUNCIONALES Y NO- FUNCIONALES  165

ATRIBUTOS DE NEGOCIO166

TÉCNICAS DE DISEÑO ARQUITECTURAL168

PRINCIPIOS Y TÉCNICAS DE DISEÑO ARQUITECTURAL  169

ABSTRACCIÓN170

SEPARACIÓN DE PREOCUPACIONES172

ESTÁNDARES Y ESTILOS ARQUITECTURALES174

TÁCTICAS DE DISEÑO178

RENDIMIENTO Y ESCALABILIDAD180

SEGURIDAD187

TOLERANCIA A FALLOS189

COMPRENSIBILIDAD Y MODIFICABILIDAD192

OPERABILIDAD193

RESUMEN195

REFERENCIAS196

ABSTRACCIÓN Y SEPARACIÓN DE PREOCUPACIONES196

ESTÁNDARES Y ESTILOS ARQUITECTURALES197

TÉCNICAS ARQUITECTURALES197

DOCUMENTACIÓN DE LA ARQUITECTURA199

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA201

ACERCA DEL AUTOR202

NOTA DEL AUTOR

Esta publicación está destinada a proporcionar el material útil e informativo. Esta publicación no tiene la intención de conseguir que usted sea un maestro de las bases de datos, sino que consiga obtener un amplio conocimiento general de las bases de datos para que cuando tenga que tratar con estas, usted ya pueda conocer los conceptos y el funcionamiento de las mismas. No me hago responsable de los daños que puedan ocasionar el mal uso del código fuente y de la información que se muestra en este libro, siendo el único objetivo de este, la información y el estudio de las bases de datos en el ámbito informático. Antes  de realizar ninguna prueba en un entorno real o de producción, realice las pertinentes pruebas en un entorno Beta o de prueba.

El autor y editor niegan específicamente toda responsabilidad por cualquier responsabilidad, pérdida, o riesgo, personal o de otra manera, en que se incurre como consecuencia, directa o indirectamente, del uso o aplicación de cualesquiera  contenidos de este libro.

Todas y todos los nombres de productos mencionados en  este libro son marcas comerciales de sus respectivos propietarios. Ninguno de estos propietarios ha patrocinado el presente libro.

Procure leer siempre toda la documentación proporcionada por los fabricantes de software usar sus propios códigos fuente. El autor y el editor no se hacen responsables de las reclamaciones realizadas por los fabricantes.

DEDICACIÓN

Este libro se lo dedico a mi familia y a mis compañeros por ayudarme y ser el empujón que me hace en esos días en los que uno piensa que ya no puedes más.

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE SOFTWARE

Antes de comenzar el estudio y la práctica en la disciplina de la Arquitectura de Software, es apropiado que sepamos donde encaja a lo largo del Cuerpo de Conocimiento en Ingeniería de Software (Software Engineering Body of Knowledge). El diseño arquitectural, o proyecto de la arquitectura, es la primera de las dos actividades que componen el área de conocimiento de Diseño de Software (Software Design Knowledge Area). La actividad siguiente es el diseño detallado. Por ser una actividad de Diseño, el diseño arquitectural se hace con una mezcla de conocimiento y creatividad. Como la creatividad es algo que se obtiene a través de la experiencia, no es nuestro objetivo enseñarla. Sin embargo, buscamos a lo largo de ese libro transmitir el conocimiento necesario para la creación de arquitecturas de sistemas de software.

Ciertamente, una base conceptual en Diseño de Software es necesaria para una mejor comprensión de ese libro. De esa manera, este capítulo busca fundamentar el conocimiento del lector en esa área, de forma que su importancia y sus  beneficios proporcionados sean reconocidos. En otras palabras, ese capítulo hará que el lector sea capaz de:

•  Reconocer  los  conceptos  básicos  de  diseño  de  software

•  Describir problemas de diseño a través de sus elementos fundamentales

•  Identificar principios de diseño de software y explicar sus beneficios

• Diferenciar diseño de bajo-nivel (detallado) de diseño de alto- nivel (arquitectural) y saber cuando aplicar cada uno.

DISEÑO DE SOFTWARE

La relevancia de proyectarse – o hacer diseño de software – puede ser explicada por la complejidad creciente de los sistemas de software. Debido a esa complejidad, el riesgo de construirse un sistema que no alcance sus objetivos es eminente.

Para evitar tal riesgo, la práctica común de cualquier ingeniería para construir un artefacto complejo, un sistema de software complejo en nuestro caso, es construirlo de acuerdo con un plan. En otras palabras, proyectar el sistema antes de construirlo. El resultado de esa actividad, también conocida como actividad de diseño, es también llamado diseño. El diseño facilita dos actividades que son esenciales en el ciclo de vida de un sistema de software. Primero, él posibilita la evaluación del sistema contra sus objetivos antes aún de ser construido. De esa manera, aumenta la confianza de que el sistema  construido, de acuerdo con el diseño, alcanzará sus objetivos. Obviamente, una vez que en ese punto está sólo el modelo del sistema – el diseño –, la evaluación no será completa, pero eso tampoco quiere decir que ella no ofrezca resultados importantes que lleven al éxito del sistema. De esta forma, otra actividad beneficiada por el diseño es la propia construcción del sistema, dado que también sirve como guía para la implementación del software.

A continuación, mostramos un ejemplo de como el diseño permite la evaluación del software. Se muestra parte de la primera  versión  del  diseño  de  un  sistema  distribuido de

almacenamiento, el HBase y, a través de una breve evaluación de ese diseño, observamos una grave limitación del software.

EJEMPLO: El HBase es un sistema de almacenamiento distribuido. Eso quiere decir que los datos sometidos a él no serán guardados en un único servidor, sino en varios. De forma simplificada, el diseño del HBase define dos tipos de entidades en el sistema: el data nodo, que es el subsistema que almacena los datos, y el master nodo, que es el subsistema que sabe en que data nodos los datos fueron escritos y pueden ser recuperados. En la primera versión del HBase, sólo existía un master nodo que coordinaba todos los data nodos. Así, para recuperar o escribir datos en el HBase, un cliente realizaba los siguientes pasos: primero, el cliente se comunicaba con el master nodo a fin de conseguir, de acuerdo con una clave, la dirección del data nodo en que él puede realizar la operación deseada (lectura o escritura). Enseguida, el master nodo, que coordina donde los datos deben quedar, devuelve la dirección del data nodo que debería poseer los datos para la referida clave. A partir de ahí, el cliente, ya con la dirección, se comunicaba directamente con el data nodo y realizaba la operación deseada (escritura o lectura).

Si evaluáramos este diseño, podemos percibir dos características del HBase. La primera, es que no adopta el uso de un cliente flaco (thin client). Con eso, la implementación y configuración del cliente se hace más compleja, una vez que el cliente necesita conocer el protocolo de escritura y lectura del HBase, además de necesitar acceder tanto al master nodo  como a los data nodos. Esto dificulta el desarrollo, la operabilidad y la eventual evolución del software, una vez  que

los cambios en el protocolo afectan a clientes y a servidores. Además de eso, por poseer sólo un master nodo, la funcionalidad del HBase queda condicionada a su disponibilidad. Finalmente, si el master nodo no es accesible, ningún cliente podrá leer o escribir en el sistema, lo que lo hace un punto único de fallos.

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QUE ES EL DISEÑO DE SOFTWARE

Para definir el diseño de software, algunos autores lo hacen en dos sentidos distintos: cuando el diseño de software es usado como producto y cuando es usado como proceso. Cuando es usado en el primer sentido, el término diseño de software indica el producto que emerge del acto (o proceso)  de proyectar un sistema de software y siendo así algún documento u otro tipo de representación del deseo del director de proyecto (o diseñador). Ese producto es el resultado de las decisiones del diseñador para formar una abstracción del sistema que es deseado en el mundo real. Existen diversas formas de representar esa abstracción del sistema. Podemos citar, por ejemplo, dibujos usando cajas y flechas, textos descriptivos, o incluso el uso de lenguajes o herramientas creadas para este propósito, como lenguajes de modelado de software, redes, pseudocódigo, etc.

Por otro lado, cuando el término es usado en el segundo sentido, hacer diseño indica el proceso seguido para obtenerse un proyecto. Ese es un proceso que forma parte del proceso de las  diversas  partes  interesadas  en  el  desarrollo  y  que  es

orientado a los objetivos del software. Él debe ser realizado teniendo en mente el sistema y debe ser fundamentado en el conocimiento del diseñador sobre el dominio del problema.

A partir de la visión de diseño como artefacto, podemos observar que él debe describir diversos aspectos del software para que, así, posibilite su construcción. Entre estos aspectos, están:

• la estructura estática del sistema, incluyendo la jerarquía de sus módulos;

• la descripción de los datos a ser usados;

• los algoritmos a ser usados;

• el empaquetamiento del sistema, en términos de como los módulos están agrupados en unidades de compilación; y

•  las interacciones entre módulos, incluyendo las reglas de cómo ellas deben ocurrir y porque ocurren.

Podemos percibir que, a pesar de que los ejemplos anteriores describan sólo parte del diseño de dos sistemas, muestran buena parte de los aspectos que esperamos en el diseño de un software.

Por fin, citamos una definición de diseño que engloba todos estos aspectos:

Definición de diseño de software: es tanto el proceso de definición de la arquitectura, módulos, interfaces y otras características de un sistema como el resultado de ese proceso.

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE SOFTWARE

Proyectar los diversos aspectos de un sistema de software es  un proceso muy trabajoso. Sin embargo, puede proporcionar diversos beneficios.

El diseño de software permite la evaluación previa. Como desarrollar software cuesta tiempo y dinero, no parece