[pt] Atualmente, podemos observar uma clara tendência na direção de sistemas cada vez maiores e mais complexos quanto às suas partes e formas de interconexão. Num cenário como este, torna-se imperativa a preocupação com a modelagem da estrutura, organização geral e formas de interação presentes nesses sistemas, assim como com as garantias de que certos requisitos críticos sejam atendidos. O contexto de nosso trabalho engloba disciplinas de Engenharia de Software, como Arquitetura de Software e Técnicas de Modelagem, e disciplinas mais formais como Verificação de Modelos, Lógicas Modais e Álgebras de Processos. Nosso trabalho tem inspirações nestas disciplinas mas apresenta, de fato, um cunho metodológico, localizando-se nas fronteiras da ES com Métodos Formais, onde buscamos investigar e estabelecer uma forma sistemática para utilização efetiva de métodos formais logo nas etapas iniciais do desenvo lvimento. Mais especificamente, mostramos como é possível, a partir de modelos baseados em abstrações arquiteturais, obter-se sistematicamente um modelo formal sobre o qual possamos realizar certos tipos de análise comportamental. Nossa proposta inclui um sistema notacional básico para expressar modelos arquiteturais, junto com sua semântica formal, e um protótipo construído para dar suporte a tarefas de especificação e análise formal orientadas por abstrações arquiteturais. Com isto, pretendemos abordar alguns dos aspectos essenciais de uma metodologia de desenvolvimento que integre ferramentas e técnicas formais na etapa de modelagem arquitetural. / [en] There is a trend nowadays towards bigger and more complex systems concerning their parts and interconnectivity. In such scenario, modeling structure, overall organization and interaction have become a main concern, as well as fulfillment of mission critical requirements. The scope of our work encompasses Software Engineering related subjects such as Software Architecture, Modeling Techniques and more formal disciplines like Model Checking, Modal Logics and Process Algebra. Although inspired by such techniques, there is, indeed a methodological orientation in our work, traversing the boundaries of Software Engineering with Formal Methods, through which we seek to investigate and establish a systematic way for the effective utilization of formal methods in the first steps of software development. Still, more specifically, we show how it is possible, starting from models based on architectural abstractions, to systematically produce a formal model upon which we can execute certain forms of behavior analysis. Our proposal includes a basic notational system to express architectural models along with their formal semantics and a prototype built to support specification and formal analysis tasks oriented by architectural abstractions. With this, we intend to stress some essential aspects of a development methodology which aims to integrate tools and formal techniques to software modeling.

[pt] Estudos recentes mostram que os sistemas são desenvolvidos por pelo menos quatro linguagens. Ao utilizar estas linguagens, boas práticas de desenvolvimento também são diferentes. Estes aspectos de heterogeneidade dificultam a concepção de soluções que apoiem desenvolvedores na construção de sistema multilinguagem com qualidade. Em particular, diversas abordagens têm surgido nos últimos anos com o objetivo de auxiliar os analistas nas tarefas de compreensão e manutenção desses sistemas. Porém, ainda existe uma carência de abordagens com foco na detecção de anomalias de código em sistemas multilinguagem. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é oferecer suporte a identificação de sintomas de degradação arquitetural através do uso de estratégias baseadas em métricas em sistemas multilinguagem. / [en] Recent studies show that the systems are designed with at least four languages. Using these languages, best practices to development are also different. These aspects of heterogeneity make it difficult to design solutions that support developers activities on developing of multi-language system with quality. In particular, several approaches have emerged with the aim to assist analysts in comprehension and maintaining systems. However, there is still a lack of approaches focused on detection of code anomaly on multi-language systems. Thus, the aim of this work is to support the identification of symptoms of architectural degradation through the use of metrics-based strategies on multi-language systems.

[pt] Muitos problemas de modularidade de design de software estão relacionados à modularização inadequada de interesses importantes e que têm impacto sistêmico no design, tais como tratamento de exceção, distribuição e persistência. No entanto, a maioria das abordagens atuais de avaliação quantitativas não levam em conta os interesses que guiam o design, o que acaba fazendo com que o processo de avaliação de modularidade se torne deficiente. Portanto, existe a necessidade de abordagens de medição que promovam uma identificação mais efetiva dos problemas de modularidade relacionados a interesses transversais. Além disso, essa necessidade se torna ainda mais evidente à medida que surgem novas formas de decomposição de design, tais como desenvolvimento de software orientado a aspectos. Nesse contexto, essa tese tem o objetivo de definir e investigar uma nova abordagem de avaliação quantitativa de modularidade de design de software que promove o conceito de interesse a uma abstração de medição. Esse trabalho define uma abordagem de medição dirigida por interesse que inclui um conjunto de mecanismos para avaliação de modularidade de software desde o design arquitetural até o design detalhado. A abordagem sensível a interesse proposta é composta por: (i) um conjunto de métricas arquiteturais, (ii) um conjunto de métricas de design detalhado, (iii) um conjunto de regras heurísticas de design que dão apoio a interpretação das métricas, e (iv) uma ferramenta, chamada de COMET, que dá apoio tanto à notação quanto à medição dirigida por interesses de design arquitetural. A utilidade da técnica de medição dirigida por interesses proposta foi avaliada em uma série de estudos empíricos, onde a modularidade de designs convencionais e orientados a aspectos foram comparados. / [en] Several modularity problems in software designs are related to the inadequate modularization of key broadly-scoped concerns, such as exception handling, distribution, and persistence. However, most of the current quantitative assessment aproaches are not sensitive to concerns that drive the design, thereby leading to a number of shortcomings in the modularity evaluation process. Therefore, there is a need for measurement approaches that support a more effective identification of modularity anomalies related to crosscutting concerns. Also, this necessity becomes more apparent in an age that a number of different fomrs of design decompositions, such as aspect-oriented software development, are emerging. In this context, this thesis aims at investigating a novel approach for quantittative modularity assessment of software design by promoting the concept of concern as a measurement abstraction. Our concern-driven measurement approach encompasses a set of mechanisms for assessing software modularity from architectural to detailed design. The prposed concern-sensitive approach includes:(i) a suite of architectural metrics, (ii) a suite of detailed design metrics, (iii) a suite of design heuristic rules for supporting the interpretation of metrics in meaningful ways, and (iv) a tool, called COMET, that supports bots concern-drive notation and measurement of architectual designs. We evaluated the usefulness of our concern-oriented measurement techinique in a series of emprical studies, comparing the modularity of conventional and aspect-oriented software design.

[pt] Arquitetos de software utilizam cada vez mais mecanismos de auto- organização para projetar sistemas distribuídos em um ambiente dinâmico, com ruído e imprevisível. Neste cenário, além de não existir uma entidade centralizadora que possua o conhecimento completo do estado do ambi- ente como um todo, mecanismos de auto-organização são principalmente inspirados pela natureza e permitem o comportamento com controle de- scentralizado. Existem duas linhas de pesquisa que direcionam esta tese: a primeira, como é o caso de qualquer paradigma de engenharia de soft- ware, o sucesso e abrangência de uso de sistemas auto-organizáveis requerem notações que exploram o uso de abstrações relacionadas a auto-organização e promovam a rastreabilidade a partir de modelos de projeto à código, e re- querem métodos de engenharia para prover know-how e guiar um engenheiro durante o projeto da aplicação. A segunda linha de pesquisa foca no incen- tivo do reuso de software em sistemas auto-organizáveis. Os objetivos desta tese são: prover um método de engenharia baseado em simulação para apoiar o projeto, desenvolvimento, simulação, validação e refinamento de sistemas multi-agentes auto-organizáveis; e prover uma arquitetura baseada em sim- ulação. Um projeto arquitetural ajuda no desenvolvimento de uma estrutura de programa modular e na representação dos relacionamentos de controle entre módulos e encoraja o engenheiro de software a se concentrar no pro- jeto arquitetural antes de se preocupar com otimizações e código. Esta tese apresenta: um ciclo de vida de desenvolvimento iterativo baseado no Pro- cesso Unificado, SSOA - uma arquitetura de auto-organização baseada em simulação, e o framework que implementa a arquitetura. O método de pro- jeto e a arquitetura foram avaliados através de três domínios de aplicação diferentes: veículos guiados automatizados, contratos que governam sistemas multi-agentes emergentes, e modelagem computacional do comportamento de células-tronco. / [en] Software architects are increasingly relying on self-organizing mechanisms to design distributed systems within a dynamic, noisy and unpredictable envi- ronment. At any point in time, no centralized entity has complete knowledge of the state of the environment as a whole and self-organizing mechanisms are mainly naturally-inspired which enables the decentralized control. There are two tracks that drive the research in this thesis: first, as it is the case with any new software engineering paradigm, the successful and widespread deployment of self-organizing systems require notations that explore the use of self-organizing related abstractions and promote the traceability from the design models to code, and engineering methods that provides know-how and guides an engineer during an application design. The second research track is to promote software reuse of self-organizing systems. This thesis’s goals are: to provide a simulation-based engineering method to support the design, development, simulation, validation and refinement of self-organizing multi-agent systems; and to provide a simulation-based architecture. An ar- chitectural design helps on the development of a modular program structure and on the representation of the control relationships between modules and encourages the software engineer to concentrate on architectural design be- fore worrying about optimizations or code. We present: an iterative develop- ment life-cycle based on a customization of the Unified Process, the SSOA – Simulation-based Self-Organizing Architecture –, and the framework that implements the architecture. We have evaluated the design method and ar- chitecture using three different application domains: the automated guided vehicles, the contracts that govern emergent multi-agent systems, and the stem cell behavior computational modeling.

[pt] Como um novo e poderoso paradigma para modelagem e implementação de sistemas de software, os sistemas multiagentes necessitam de metodologias, linguagens de modelagem, plataformas de desenvolvimento e linguagens de programação que explorem seus benefícios e características particulares. Contudo, diferentes metodologias, linguagens e plataformas para sistemas multiagentes propõem abstrações variadas e com definições muito diferentes. Nesse contexto, é necessário criar frameworks conceituais que definam as abstrações, seus relacionamentos e seus comportamentos. Como em qualquer novo paradigma para engenharia de software, o sucesso e a difusão de sistemas multiagentes requerem, entre outras tecnologias de software baseadas em agentes, linguagens de modelagem que explorem o uso de abstrações relacionadas a agentes e promovam o refinamento dos modelos de design para código. Esta tese contempla a definição de um framework conceitual para sistemas multiagentes chamado TAO e uma linguagem de modelagem para sistemas multiagentes chamada MAS-ML. Os objetivos desta tese são descrever os aspectos estáticos e dinâmicos das abstrações freqüentemente utilizadas em sistemas multiagentes definindo um framework conceitual, propor uma linguagem de modelagem que descreva diagramas estáticos e dinâmicos para modelar esses aspectos e descrever o refinamento dos modelos estáticos para código. / [en] As a powerful and new paradigm for designing and implementing software systems, multi-agent systems require methodologies, modeling languages, development platforms and programming languages that explore their benefits and their peculiar characteristics. However, different methodologies, languages and platforms for multi-agent systems propose very distinct and varied sets of abstraction. In this context, there is a need for creating a conceptual framework that defines the frequently used multi-agent system abstractions, their relationships and their behavior. As it is the case with any new software engineering paradigm, the successful and widespread deployment of multi-agent systems require modeling languages, among other agent-based software technologies, that explore the use of agentrelated abstractions and promote the traceability from the design models to code. This thesis contemplates the definition of a multi-agent system conceptual framework called TAO and of a multi-agent system modeling language called MAS-ML. Our goals are to describe the structural and dynamic aspects of the abstractions commonly used in multi-agent systems by defining a conceptual framework, to propose a modeling language that describes structural and dynamic diagrams to model such aspects and to present the traceability from the structural models into code.

[pt] O advento da Internet coloca grandes desafios para o projeto de sistemas de submissão abertos, uma vez que elimina barreiras físicas e geográficas. A redução de custos, associada a passagem de mídias analógicas para digitais, dificultou a projeção de capacidades e recursos necessários para a construção de tais sistemas. Neste trabalho propomos uma arquitetura de software, baseada em computação na nuvem, que provê a escalabilidade necessária para a construção de sistemas de submissão abertos. Estes sistemas são caracterizados pela geração de grandes volumes de dados. Um caso real de uso é analisado utilizando o processamento de vídeos. / [en] The advent of the Internet poses great challenges to the design of public submission systems as it eliminates traditional barriers, such as geographical location and cost. With open global access, it is very hard to estimate storage space and processing power required by this class of applications. In this thesis we explore cloud computing technology as an alternative solution. The main contribution of this work is a general architecture in which to built open access, data intensive, public submission systems. A real world scenario is analyzed using this architecture for video processing.

[pt] Microsserviços é uma técnica industrial para promover melhor escalabilidade e manutenibilidade de pequenos e autônomos serviços. Estudos prévios sugerem que a arquitetura de microsserviços vem sendo amplamente usada para reduzir limitações encontradas em sistemas monolíticos legados tais como melhoria de inovação, uso de diferentes tecnologias, entre outras. O processo de migração para a arquitetura de microsserviços não é trivial. Este é particularmente o caso da tarefa de identificar candidatos a microsserviço e o código fonte associado com cada candidato que é dispendiosa e propensa a erro. Consequentemente, abordagens automatizadas têm sido propostas para reduzir o esforço relacionado a essa atividade. Essas abordagens comumente adotam um ou dois critérios para suportar a identificação de microsserviços com base no sistema monolítico legado. Contudo, existe uma falta de compreensão da utilidade desses critérios adotados na prática. Além disso, há limitado conhecimento em quais são os critérios que profissionais consideram relevantes. Levando em consideração esses limitantes existentes, nós conduzimos um survey e entrevista para melhor compreender a utilidade de critérios relatados em estudos empíricos (e.g, estudos de caso e relatos) do ponto de vista dos profissionais. Os resultados do survey e da entrevista mostram que as abordagens automatizadas e ferramentas existentes não são totalmente alinhadas com necessidades práticas. Para atender às necessidades deles, este trabalho define uma abordagem automatizada chamada toMicroservices. A abordagem baseia-se em uma combinação de análise estática e dinâmica do código legado. A abordagem visa indicar os candidatos a microsserviço e a fonte correspondente extraído do sistema legado. toMicroservices faz uso da engenharia de software baseada em busca para otimizar e balancear os cinco critérios comumente adotados por profisionais, nomeados de modularização de funcionalidade, redução de sobrecarga de rede, reúso, acoplamento e coesão. Além disso, um estudo de caso e grupo focal foram conduzidos a posteriori para avaliar e melhorar toMicroservices. / [en] Microservices is an industrial technique to promote better scalability and maintainability of small and autonomous services. Previous studies suggested that microservice architectures have been widely used to reduce limitations found in legacy monolithic systems such as the inclusion of innovation, use of a different stack of technologies, among others. The process of migrating to a microservices architecture is far from trivial. This is particularly the case for the task of identifying candidate microservices and the source code associated with each candidate, which is recognizably time-consuming and error-prone. Thus, automated approaches have been proposed to reduce the effort related to that task. These approaches commonly adopt one or two criteria to support the identification of microservices from a legacy monolithic system. However, there is a lack of understanding on the usefulness of these criteria in practical settings. Moreover, there is limited knowledge on what are the criteria that practitioners consider relevant. Taking into account these existing limitations, we conducted a survey and interviews to better understand the usefulness of criteria reported in empirical studies (e.g, case studies and reports) from the point of view of practitioners. The results of the survey and interviews revealed that existing automated approaches and tools are far from being aligned with practical needs. To fulfill these needs, this work defines a automated approach named toMicroservices. The approach relies on a combination of static and dynamic analysis of the legacy code. The approach aims at indicating the microservice candidates and the corresponding source extracted from the legacy system. toMicroservices makes use of search-based software engineering (SBSE) to optimize and balance the five criteria commonly adopted by practitioners, namely feature modularization, network overhead reduction, reuse, coupling and cohesion. Additionally, an industrial case study and a focus group were conducted a posteriori to support the evaluation and improvements of toMicroservices.

[pt] O objetivo deste trabalho é avaliar um sistema de componentes de software que oferece em seu modelo uma abstração de componentes compostos. O sistema de componentes estudado é o SCS, que define um conjunto de regras de aninhamento, encapsulamento e compartilhamento para reger o comportamento de seus componentes compostos. O foco deste estudo está na avaliação da eficácia dessas regras de composição para auxiliar o desenvolvedor de aplicações. Para realizar esta avaliação, adaptamos o sistema de Captura e Acesso CAS, construído com o middleware SCS, para utilizar componentes compostos, e criamos um cenário para analisar o modelo e a implementação do middleware. / [en] The aim of this work is to evaluate a software component system that provides in its model an abstraction of composite components. We chose for this study SCS as the components system, which defines a set of rules for nesting, encapsulation and sharing to manage the behavior of its composite components. The main focus of this study is to evaluate the effectiveness of these composition rules to assist application developers. To conduct this evaluation, we adapted the Capture and Access system CAS, developed via the middleware SCS in order to employ the composite components, and created a scenario to analyze the model and implementation of the middleware.

[pt] Sistemas tradicionais de karaokê geralmente utilizam vídeos pré-editados, o que limita a criação de experiências de videokê. Nesta dissertação, propomos um novo método para a geração de videokê em tempo real a partir de fontes de streaming de vídeo, chamado Gerador de Videokê. Este método combina técnicas de processamento de vídeo e áudio para gerar automaticamente videokê e é projetado para realizar o processamento em tempo real ou próximo a isso. Os principais objetivos deste estudo são formular uma metodologia para processar vídeos em fluxo contínuo e gerar videokê em tempo real, mantendo características essenciais como a supressão das vozes principais da música e a geração automática de legendas destacando palavras. Os resultados obtidos representam uma contribuição significativa para o campo da geração de multimídia em tempo real. O método foi implementado em uma arquitetura cliente/servidor para testes. Essas contribuições representam um avanço no campo dos sistemas de entretenimento e multimídia, pois introduzem uma nova metodologia para a criação de experiências de videokê. Até onde sabemos, este é o primeiro trabalho que aborda o desenvolvimento de um gerador de videokê em tempo real que realiza sincronização automática e destaque a nível de palavras, com base em uma revisão da literatura. / [en] Traditional karaoke systems typically use pre-edited videos, which limits the creation of videoke experiences. In this dissertation, we propose a new method for generating videoke in real-time from video streaming sources, called the videoke Generator. This method combines video and audio processing techniques to automatically generate videoke and is designed to perform processing in real-time or near real-time. The main objectives of this study are to formulate a methodology to process videos in continuous flow and to generate videoke in real-time while maintaining essential features such as the suppression of the main voices of the music and the automatic generation of subtitles highlighting words. The results obtained represent a significant contribution to the field of real-time multimedia generation. The method was implemented in a client/server architecture for testing. These contributions represent a step forward in the field of entertainment and multimedia systems as they introduce a new methodology for the creation of videoke experiences. To our knowledge, this is the first work that addresses the development of a real-time videoke generator that performs automatic synchronization and highlighting at the word level, based on a literature review.

[pt] A natureza de certos sistemas de software determina que estes tenham de executar de maneira ininterrupta. Por outro lado, diversos sistemas de software são constantemente sujeitos a mudanças, por questões que incluem, mas não se limitam a, infraestrutura, correções de falhas, adição de funcionalidades e mudanças na lógica de domínio. Evolução dinâmica de software consiste em alterar aplicações durante a sua execução sem interrompê-las, mantendo-as disponíveis mesmo durante a aplicação destas modificações. Sistemas distribuídos baseados em componentes permitem decompor o software em entidades claramente separadas. Nesses casos, a evolução pode ser resumida a remoção, adição e modificação de tais entidades, e se tais atividades podem ser exercidas enquanto a aplicação está em execução, tem-se evolução dinâmica de software. Através disso, neste trabalho foi criada uma abordagem em que é possível se manipular arquiteturas distribuídas desenvolvidas sobre o middleware SCS de maneira a se minimizar a interrupção de partes do sistema enquanto certas adaptações são implantadas. Aplicamos o mecanismo em um sistema distribuído já consolidado, o CAS, que consiste em uma infraestrutura de gravação extensível com suporte a captura e acesso automáticos de mídias distribuídas. / [en] The nature of some software systems determine that they run without interruption. Furthermore, many software systems are constantly subject to change for reasons that include, but are not limited to, infrastructure changes, bug fixes, addition of functionalities, and changes in the domain logic. Dynamic software evolution consists into changing application during execution without stopping them, keeping them available even when applying these modifications. Component-based distributed systems allows decomposing software into clearly separated entities. In such cases, evolution can be summarized to removal, addition and modification of such entities, and if such activities can be performed while the application is executing, dynamic adaptation is achieved. In this work, we ve investigated an approach that aims to allow manipulation of distributed software architectures developed over the SCS middleware, in order to minimize system disruption while certain adaptations are deployed. The mechanism was tested in an already consolidated distributed system, the CAS, which consists of an extensible recording infrastructure that supports automatic capture and access of distributed medias.