Na última década muitos esforços têm sido feitos em verificação formal de propriedades de agentes do cálculo-π. Uma dessas propriedades é a equivalência observacional, que serve para determinar se um processo é equivalente a sua especificação. Contudo, a verificação de equivalência observacional não é um problema trivial. A maioria dos algoritmos destinados a verificação de equivalência são baseados na construção de sistemas de transições rotuladas (π-autômatos). O principal problema com essa abordagem é o grande número de estados envolvidos podendo chegar a um número infinito. Montanari e Pistore mostram que é possível gerar π-autômatos finitos para agentes-π e é possível reduzir a quantidade de estados desses π-autômatos, através da identificação dos nomes ativos. Um nome é semanticamente ativo em um agente se ele pode ser executado de forma observável por ele. Este é um trabalho de análise estática, que tem por objetivo coletar os possíveis nomes ativos contidos em expressões-π, utilizando para isso um sistema de tipos. A vantagem da utilização de sistemas de tipos em relação a outras formas de análise estática é que sistemas de tipos são sistemas lógicos, logo as técnicas de prova da lógica podem ser aproveitadas no estudo de propriedades de sistemas de tipos. Além disso sistemas de tipos são definidos através da estrutura sintática de expressões, facilitando assim as provas por indução estrutural. Assim a principal contribuição deste trabalho é a elaboração do Active-Base-π, um sistema de tipos para a coleta de nomes ativos de expressões-π.

Na última década muitos esforços têm sido feitos em verificação formal de propriedades de agentes do cálculo-π. Uma dessas propriedades é a equivalência observacional, que serve para determinar se um processo é equivalente a sua especificação. Contudo, a verificação de equivalência observacional não é um problema trivial. A maioria dos algoritmos destinados a verificação de equivalência são baseados na construção de sistemas de transições rotuladas (π-autômatos). O principal problema com essa abordagem é o grande número de estados envolvidos podendo chegar a um número infinito. Montanari e Pistore mostram que é possível gerar π-autômatos finitos para agentes-π e é possível reduzir a quantidade de estados desses π-autômatos, através da identificação dos nomes ativos. Um nome é semanticamente ativo em um agente se ele pode ser executado de forma observável por ele. Este é um trabalho de análise estática, que tem por objetivo coletar os possíveis nomes ativos contidos em expressões-π, utilizando para isso um sistema de tipos. A vantagem da utilização de sistemas de tipos em relação a outras formas de análise estática é que sistemas de tipos são sistemas lógicos, logo as técnicas de prova da lógica podem ser aproveitadas no estudo de propriedades de sistemas de tipos. Além disso sistemas de tipos são definidos através da estrutura sintática de expressões, facilitando assim as provas por indução estrutural. Assim a principal contribuição deste trabalho é a elaboração do Active-Base-π, um sistema de tipos para a coleta de nomes ativos de expressões-π.

Na última década muitos esforços têm sido feitos em verificação formal de propriedades de agentes do cálculo-π. Uma dessas propriedades é a equivalência observacional, que serve para determinar se um processo é equivalente a sua especificação. Contudo, a verificação de equivalência observacional não é um problema trivial. A maioria dos algoritmos destinados a verificação de equivalência são baseados na construção de sistemas de transições rotuladas (π-autômatos). O principal problema com essa abordagem é o grande número de estados envolvidos podendo chegar a um número infinito. Montanari e Pistore mostram que é possível gerar π-autômatos finitos para agentes-π e é possível reduzir a quantidade de estados desses π-autômatos, através da identificação dos nomes ativos. Um nome é semanticamente ativo em um agente se ele pode ser executado de forma observável por ele. Este é um trabalho de análise estática, que tem por objetivo coletar os possíveis nomes ativos contidos em expressões-π, utilizando para isso um sistema de tipos. A vantagem da utilização de sistemas de tipos em relação a outras formas de análise estática é que sistemas de tipos são sistemas lógicos, logo as técnicas de prova da lógica podem ser aproveitadas no estudo de propriedades de sistemas de tipos. Além disso sistemas de tipos são definidos através da estrutura sintática de expressões, facilitando assim as provas por indução estrutural. Assim a principal contribuição deste trabalho é a elaboração do Active-Base-π, um sistema de tipos para a coleta de nomes ativos de expressões-π.

O crescimento da complexidade e do tamanho dos sistemas computacionais atuais suscitou um aumento na dificuldade de extração e especificação de modelos formais desses sistemas, tornando essa atividade cada vez mais dispendiosa, tanto em tempo quanto em custo. Modelos são utilizados em diversas técnicas da Engenharia de Software, com o intuito de auxiliar em processos que compreendem desde o desenvolvimento de novos softwares, até reconstrução de um sistema a partir de software legado, passando pela realização de manutenção de um software em operação. Portanto, é necessário que essas abstrações sejam confiáveis e representem fielmente o software real. Nesse sentido, a adoção de métodos formais para a construção e análise de modelos computacionais é crescente e motivada, principalmente, pela confiabilidade que os formalismos matemáticos agregam aos modelos. No entanto, a utilização de métodos formais geralmente demanda um alto investimento de recursos humanos e, consequentemente, financeiros, uma vez que a utilização de tais formalismos é condicionada ao estudo profundo de sua fundamentação matemática. Considerando-se a extensa aplicabilidade de modelos em diversas subáreas da Ciência da Computação e as vantagens advindas da utilização de métodos formais para especificar sistemas, é interessante identificar métodos e ferramentas existentes para automatizar os processos de extração e análises de modelos, em conjunto com a adoção de formalismos que possam ser utilizados por profissionais da computação que atuam na indústria de software. Dessa forma, é estimulada nesse trabalho a utilização do formalismo de Gramática de Grafos, um método formal que diferencia-se dos demais por ser intuitivo e possuir uma representação visual gráfica, o que facilita a sua compreensão e não exige um conhecimento avançado sobre o formalismo. Primeiramente, é proposta uma abordagem para a extração de modelos em Gramática de Grafos a partir de código-fonte, extraindo informações de execuções de código Java anotado. Em seguida, é apresentada uma metodologia existente para extração e análise de Gramática de Grafos a partir de Casos de Uso, juntamente com um estudo empírico realizado a fim de validar a metodologia. Por fim, são propostas possíveis verificações adicionais, a fim de extender as análises dessa metodologia. Com isso, busca-se a obtenção de modelos, descritos através do formalismo de grafos, a partir de artefatos criados nos dois pólos do processo de desenvolvimento de software, antes e depois da implementação, no sentido de viabilizar futuras comparações, no contexto de verificação de software. / The growing size and complexity of current computer systems leading to an increase in the difficulty of extraction and specification of formal models of such systems, making it increasingly expensive activity, both in time and in cost. Models are used in various techniques of software engineering in order to assist in processes that range from the development of new software, to rebuild a system from legacy software, passing for performing maintenance of software in operation. Therefore, it is necessary that these abstractions are reliable and faithfully represent the actual software. In this sense, the adoption of formal methods for the construction and analysis of models is growing and motivated mainly by the reliability that the mathematical formalism add to models. However, the use of formal methods generally demands a high investment in human resources and hence financial, since the use of such formalism is conditioned to the deep study of its mathematical foundation. Considering the extensive applicability of models in various subfields of computer science and the benefits arising from the use of formal methods for specifying systems, it is interesting to identify existing methods and tools to automate the process of extracting models, in addition to the adoption of formalism that can be used by computer professionals working in the software industry. Thus, we encourage the use of the Graph Grammar formalism, a formal method that differs from others because it is intuitive and has a graphical visual representation, making it easy to understand and does not require an advanced knowledge of the formalism. First, we propose an approach for extracting models from source code in Graph Grammar, getting information of executions of annotated Java code. Then an existing methodology for extraction and analysis of Graph Grammar from Use Cases is presented, along with an empirical study to validate the methodology. Finally, we propose possible additional checks in order to extend the analysis of this methodology. Thus, this work aims to extract models, described by the formalism of graphs, from artifacts created in the two poles of the software development process, before and after implementation, in order to allow future comparisons, in the context of software verification.

A integração estruturada e consistente de diversas especificações (ou visões) de um sistema é hoje uma questão essencial na moderna abordagem para especificação e desenvolvimento de software. Neste contexto, precisamos de uma teoria que fale sobre formalismos de especificação e que ao mesmo tempo nos ofereça conceitos e construções para estabelecer-mos relações entre eles. Com este trabalho temos o objetivo de discutir noções rigorosas para idéia de lógica, técnicas fundamentais para relacioná-Ias e mostrar a utilização destes concei¬tos para abordar a questão da interoperabilidade formal, especialmente de provas. Como formalização para idéia de lógica utilizaremos as Instituições de Goguen & Burstall e a extensão de Meseguer para General Logics. Como técnica para rela¬cionar lógicas trabalharemos com os mapeamentos Plain e Simples de Meseguer. Atenção especial é dada à discussão das propriedades destes mapeamentos com vis¬ta à reutilização de componentes lógicos, especialmente da relação de consequência entre fórmulas. Contribuições desta dissertação incluem um tratamento acessível para os con¬ceitos fundamentais necessários para estudar lógicas e sua integração, uma expo¬sição uniforme e detalhada de uma família de sistemas lógicos e uma apresentação categórica desta integração via mapeamentos. / The integration in a sound and structured way of several specifications (or views) of a system is a key research area in (modern) software specification and development. In this context, we need a theory to speak not only about specification logics, but also one that can offer us concepts and constructions to establish relations between these formalisms. In this work we have the purpose of discussing rigorous notions for the idea of logic, presenting fundamental techniques to relate them, and introducing important constructions to approach the problem of formal interoperability, most notably of proofs. As a formalization of the informal idea of a logical system, we use Goguen & Burstall's concept of Institutions and Meseguer's further extension to General Logics. Meseguer's Plain and Simple Maps of Institutions are the tools we use to relate and map logics. Besides, special attention is given for the discussion of the essential properties of these maps concerning the borrowing of logical components, specially of consequence relations. Contributions of this thesis include a smooth presentation of fundamental techniques to study and relate logics, an uniform and detailed exposition of a num¬ber of logical systems, and a categorical formalization of relations between these formalisms by way of maps between institutions.

O crescimento da complexidade e do tamanho dos sistemas computacionais atuais suscitou um aumento na dificuldade de extração e especificação de modelos formais desses sistemas, tornando essa atividade cada vez mais dispendiosa, tanto em tempo quanto em custo. Modelos são utilizados em diversas técnicas da Engenharia de Software, com o intuito de auxiliar em processos que compreendem desde o desenvolvimento de novos softwares, até reconstrução de um sistema a partir de software legado, passando pela realização de manutenção de um software em operação. Portanto, é necessário que essas abstrações sejam confiáveis e representem fielmente o software real. Nesse sentido, a adoção de métodos formais para a construção e análise de modelos computacionais é crescente e motivada, principalmente, pela confiabilidade que os formalismos matemáticos agregam aos modelos. No entanto, a utilização de métodos formais geralmente demanda um alto investimento de recursos humanos e, consequentemente, financeiros, uma vez que a utilização de tais formalismos é condicionada ao estudo profundo de sua fundamentação matemática. Considerando-se a extensa aplicabilidade de modelos em diversas subáreas da Ciência da Computação e as vantagens advindas da utilização de métodos formais para especificar sistemas, é interessante identificar métodos e ferramentas existentes para automatizar os processos de extração e análises de modelos, em conjunto com a adoção de formalismos que possam ser utilizados por profissionais da computação que atuam na indústria de software. Dessa forma, é estimulada nesse trabalho a utilização do formalismo de Gramática de Grafos, um método formal que diferencia-se dos demais por ser intuitivo e possuir uma representação visual gráfica, o que facilita a sua compreensão e não exige um conhecimento avançado sobre o formalismo. Primeiramente, é proposta uma abordagem para a extração de modelos em Gramática de Grafos a partir de código-fonte, extraindo informações de execuções de código Java anotado. Em seguida, é apresentada uma metodologia existente para extração e análise de Gramática de Grafos a partir de Casos de Uso, juntamente com um estudo empírico realizado a fim de validar a metodologia. Por fim, são propostas possíveis verificações adicionais, a fim de extender as análises dessa metodologia. Com isso, busca-se a obtenção de modelos, descritos através do formalismo de grafos, a partir de artefatos criados nos dois pólos do processo de desenvolvimento de software, antes e depois da implementação, no sentido de viabilizar futuras comparações, no contexto de verificação de software. / The growing size and complexity of current computer systems leading to an increase in the difficulty of extraction and specification of formal models of such systems, making it increasingly expensive activity, both in time and in cost. Models are used in various techniques of software engineering in order to assist in processes that range from the development of new software, to rebuild a system from legacy software, passing for performing maintenance of software in operation. Therefore, it is necessary that these abstractions are reliable and faithfully represent the actual software. In this sense, the adoption of formal methods for the construction and analysis of models is growing and motivated mainly by the reliability that the mathematical formalism add to models. However, the use of formal methods generally demands a high investment in human resources and hence financial, since the use of such formalism is conditioned to the deep study of its mathematical foundation. Considering the extensive applicability of models in various subfields of computer science and the benefits arising from the use of formal methods for specifying systems, it is interesting to identify existing methods and tools to automate the process of extracting models, in addition to the adoption of formalism that can be used by computer professionals working in the software industry. Thus, we encourage the use of the Graph Grammar formalism, a formal method that differs from others because it is intuitive and has a graphical visual representation, making it easy to understand and does not require an advanced knowledge of the formalism. First, we propose an approach for extracting models from source code in Graph Grammar, getting information of executions of annotated Java code. Then an existing methodology for extraction and analysis of Graph Grammar from Use Cases is presented, along with an empirical study to validate the methodology. Finally, we propose possible additional checks in order to extend the analysis of this methodology. Thus, this work aims to extract models, described by the formalism of graphs, from artifacts created in the two poles of the software development process, before and after implementation, in order to allow future comparisons, in the context of software verification.

A integração estruturada e consistente de diversas especificações (ou visões) de um sistema é hoje uma questão essencial na moderna abordagem para especificação e desenvolvimento de software. Neste contexto, precisamos de uma teoria que fale sobre formalismos de especificação e que ao mesmo tempo nos ofereça conceitos e construções para estabelecer-mos relações entre eles. Com este trabalho temos o objetivo de discutir noções rigorosas para idéia de lógica, técnicas fundamentais para relacioná-Ias e mostrar a utilização destes concei¬tos para abordar a questão da interoperabilidade formal, especialmente de provas. Como formalização para idéia de lógica utilizaremos as Instituições de Goguen & Burstall e a extensão de Meseguer para General Logics. Como técnica para rela¬cionar lógicas trabalharemos com os mapeamentos Plain e Simples de Meseguer. Atenção especial é dada à discussão das propriedades destes mapeamentos com vis¬ta à reutilização de componentes lógicos, especialmente da relação de consequência entre fórmulas. Contribuições desta dissertação incluem um tratamento acessível para os con¬ceitos fundamentais necessários para estudar lógicas e sua integração, uma expo¬sição uniforme e detalhada de uma família de sistemas lógicos e uma apresentação categórica desta integração via mapeamentos. / The integration in a sound and structured way of several specifications (or views) of a system is a key research area in (modern) software specification and development. In this context, we need a theory to speak not only about specification logics, but also one that can offer us concepts and constructions to establish relations between these formalisms. In this work we have the purpose of discussing rigorous notions for the idea of logic, presenting fundamental techniques to relate them, and introducing important constructions to approach the problem of formal interoperability, most notably of proofs. As a formalization of the informal idea of a logical system, we use Goguen & Burstall's concept of Institutions and Meseguer's further extension to General Logics. Meseguer's Plain and Simple Maps of Institutions are the tools we use to relate and map logics. Besides, special attention is given for the discussion of the essential properties of these maps concerning the borrowing of logical components, specially of consequence relations. Contributions of this thesis include a smooth presentation of fundamental techniques to study and relate logics, an uniform and detailed exposition of a num¬ber of logical systems, and a categorical formalization of relations between these formalisms by way of maps between institutions.

O crescimento da complexidade e do tamanho dos sistemas computacionais atuais suscitou um aumento na dificuldade de extração e especificação de modelos formais desses sistemas, tornando essa atividade cada vez mais dispendiosa, tanto em tempo quanto em custo. Modelos são utilizados em diversas técnicas da Engenharia de Software, com o intuito de auxiliar em processos que compreendem desde o desenvolvimento de novos softwares, até reconstrução de um sistema a partir de software legado, passando pela realização de manutenção de um software em operação. Portanto, é necessário que essas abstrações sejam confiáveis e representem fielmente o software real. Nesse sentido, a adoção de métodos formais para a construção e análise de modelos computacionais é crescente e motivada, principalmente, pela confiabilidade que os formalismos matemáticos agregam aos modelos. No entanto, a utilização de métodos formais geralmente demanda um alto investimento de recursos humanos e, consequentemente, financeiros, uma vez que a utilização de tais formalismos é condicionada ao estudo profundo de sua fundamentação matemática. Considerando-se a extensa aplicabilidade de modelos em diversas subáreas da Ciência da Computação e as vantagens advindas da utilização de métodos formais para especificar sistemas, é interessante identificar métodos e ferramentas existentes para automatizar os processos de extração e análises de modelos, em conjunto com a adoção de formalismos que possam ser utilizados por profissionais da computação que atuam na indústria de software. Dessa forma, é estimulada nesse trabalho a utilização do formalismo de Gramática de Grafos, um método formal que diferencia-se dos demais por ser intuitivo e possuir uma representação visual gráfica, o que facilita a sua compreensão e não exige um conhecimento avançado sobre o formalismo. Primeiramente, é proposta uma abordagem para a extração de modelos em Gramática de Grafos a partir de código-fonte, extraindo informações de execuções de código Java anotado. Em seguida, é apresentada uma metodologia existente para extração e análise de Gramática de Grafos a partir de Casos de Uso, juntamente com um estudo empírico realizado a fim de validar a metodologia. Por fim, são propostas possíveis verificações adicionais, a fim de extender as análises dessa metodologia. Com isso, busca-se a obtenção de modelos, descritos através do formalismo de grafos, a partir de artefatos criados nos dois pólos do processo de desenvolvimento de software, antes e depois da implementação, no sentido de viabilizar futuras comparações, no contexto de verificação de software. / The growing size and complexity of current computer systems leading to an increase in the difficulty of extraction and specification of formal models of such systems, making it increasingly expensive activity, both in time and in cost. Models are used in various techniques of software engineering in order to assist in processes that range from the development of new software, to rebuild a system from legacy software, passing for performing maintenance of software in operation. Therefore, it is necessary that these abstractions are reliable and faithfully represent the actual software. In this sense, the adoption of formal methods for the construction and analysis of models is growing and motivated mainly by the reliability that the mathematical formalism add to models. However, the use of formal methods generally demands a high investment in human resources and hence financial, since the use of such formalism is conditioned to the deep study of its mathematical foundation. Considering the extensive applicability of models in various subfields of computer science and the benefits arising from the use of formal methods for specifying systems, it is interesting to identify existing methods and tools to automate the process of extracting models, in addition to the adoption of formalism that can be used by computer professionals working in the software industry. Thus, we encourage the use of the Graph Grammar formalism, a formal method that differs from others because it is intuitive and has a graphical visual representation, making it easy to understand and does not require an advanced knowledge of the formalism. First, we propose an approach for extracting models from source code in Graph Grammar, getting information of executions of annotated Java code. Then an existing methodology for extraction and analysis of Graph Grammar from Use Cases is presented, along with an empirical study to validate the methodology. Finally, we propose possible additional checks in order to extend the analysis of this methodology. Thus, this work aims to extract models, described by the formalism of graphs, from artifacts created in the two poles of the software development process, before and after implementation, in order to allow future comparisons, in the context of software verification.

A integração estruturada e consistente de diversas especificações (ou visões) de um sistema é hoje uma questão essencial na moderna abordagem para especificação e desenvolvimento de software. Neste contexto, precisamos de uma teoria que fale sobre formalismos de especificação e que ao mesmo tempo nos ofereça conceitos e construções para estabelecer-mos relações entre eles. Com este trabalho temos o objetivo de discutir noções rigorosas para idéia de lógica, técnicas fundamentais para relacioná-Ias e mostrar a utilização destes concei¬tos para abordar a questão da interoperabilidade formal, especialmente de provas. Como formalização para idéia de lógica utilizaremos as Instituições de Goguen & Burstall e a extensão de Meseguer para General Logics. Como técnica para rela¬cionar lógicas trabalharemos com os mapeamentos Plain e Simples de Meseguer. Atenção especial é dada à discussão das propriedades destes mapeamentos com vis¬ta à reutilização de componentes lógicos, especialmente da relação de consequência entre fórmulas. Contribuições desta dissertação incluem um tratamento acessível para os con¬ceitos fundamentais necessários para estudar lógicas e sua integração, uma expo¬sição uniforme e detalhada de uma família de sistemas lógicos e uma apresentação categórica desta integração via mapeamentos. / The integration in a sound and structured way of several specifications (or views) of a system is a key research area in (modern) software specification and development. In this context, we need a theory to speak not only about specification logics, but also one that can offer us concepts and constructions to establish relations between these formalisms. In this work we have the purpose of discussing rigorous notions for the idea of logic, presenting fundamental techniques to relate them, and introducing important constructions to approach the problem of formal interoperability, most notably of proofs. As a formalization of the informal idea of a logical system, we use Goguen & Burstall's concept of Institutions and Meseguer's further extension to General Logics. Meseguer's Plain and Simple Maps of Institutions are the tools we use to relate and map logics. Besides, special attention is given for the discussion of the essential properties of these maps concerning the borrowing of logical components, specially of consequence relations. Contributions of this thesis include a smooth presentation of fundamental techniques to study and relate logics, an uniform and detailed exposition of a num¬ber of logical systems, and a categorical formalization of relations between these formalisms by way of maps between institutions.

[pt] A confiabilidade absoluta do software é considerada inatingível, pois mesmo quando confeccionado seguindo regras rígidas de qualidade, o software não está livre da ocorrência de falhas durante a sua vida útil. O nível de confiabilidade do software está relacionado, entre outros, à quantidade de defeitos remanescentes que serão exercitados durante seu uso. Contendo menos defeitos remanescentes, espera-se que o software falhe menos frequentemente, embora muitos desses defeitos sejam exercitados nenhuma vez durante a vida útil do software. Mas desenvolvedores, além de redigir programas, utilizam cada vez mais bibliotecas e serviços remotos que muitas vezes possuem qualidade duvidosa. Na tentativa de tornar o software capaz de observar erros em tempo de execução, surge a hipótese que o uso dos Métodos Formais Leves, por meio do emprego sistemático de assertivas executáveis, pode ser eficaz e economicamente viável para assegurar a confiabilidade do software, tanto em tempo de teste como em tempo de uso. O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a eficácia de assertivas executáveis para prevenção e observação de falhas em tempo de execução. As avaliações da eficácia foram feitas por intermédio de uma análise quantitativa utilizando experimentos. Estes, utilizam, implementações de estruturas de dados instrumentadas com assertivas executáveis, submetidas a testes baseados em mutações. Os resultados mostraram que todos os mutantes não equivalentes foram identificados pelas assertivas, embora os testes não foram capazes disso. Também é apresentada uma estimativa do custo computacional relativo ao uso de assertivas executáveis. Com base na infraestrutura criada para realização dos experimentos é proposta uma política de instrumentação de programas utilizando assertivas executáveis a serem mantidas ativas tanto durante os testes como durante o uso produtivo. / [en] Absolute reliability of software is considered unattainable, because even when it is build following strict quality rules, software is not free of failure occurrences during its lifetime. Software s reliability level is related, among others, to the amount of remaining defects that will be exercised during its use. If software contains less remaining defects, it is expected that failures will occur less often, although many of these defects will never be exercised during its useful life. However, libraries and remote services of dubious quality are frequently used. In an attempt to enable software to check mistakes at runtime, hypothetically Lightweight Formal Methods, by means of executable assertions, can be effective and economically viable to ensure software s reliability both at test time as well as at run-time. The main objective of this research is to evaluate the effectiveness of executable assertions for the prevention and observation of run-time failures. Effectiveness was evaluated by means of experiments. We instrumented data structures with executable assertions, and subjected them to tests based on mutations. The results have shown that all non-equivalent mutants were detected by assertions, although several of them were not detected by tests using non-instrumented versions of the programs. Furthermore, estimates of the computational cost for the use of executable assertions are presented. Based on the infrastructure created for the experiments we propose an instrumentation policy using executable assertions to be used for testing and to safeguard run-time.