Implementing architecture stratification [Elektronische Ressource] / von Martin Girschick

Martin Girschick

Sujets

• Informatik

Informations

• Publié par: technischen_universitat_darmstadt
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 14
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

Implementing
Architecture
Strati cation
Vom Fachbereich Informatik
der Technischen Universit at Darmstadt
zur Erlangung des akademischen Grades
eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmigte Dissertation
von Diplom-Informatiker
Martin Girschick
geboren in Darmstadt
Referent Prof. Dr. Thomas Kuhne
Korreferent Prof. Dr. Andy Schurr
Tag der Einreichung 26. August 2010
Tag der mundlic hen Prufung 13. Oktober 2010
Darmstadt 2010
D1723
Abstract
Although currently software development often separates the design phase from
the implementation, the trend towards model-driven approaches is undeniable. As
models are the primary development artifact in model-driven development, one has
to deal with the problems surrounding huge and therefore unmanageable models.
To tackle these issues, systems are often divided into components that are modeled
separately. As an alternative, views can be used, which hide certain aspects of the
model or present them in a di erent form. In both cases, several models or at least
several views co-exist, which leads to the problem of model synchronization.
One of the main goals of model-driven development is the automatic generation of
executable applications. Here, too, model synchronization is problematic, as several
information sources may a ect the same code fragment. When only parts of the
system are generated, the remaining application has to be coded by hand, which
complicates the reapplication of the generation process.
In order to achieve a high level of automation in model-driven development, the
complete application has to be modeled. In this scenario, the use of several models
improves understandability and precision but again leads to model synchronization
issues.
In this dissertation I extend and concretize the ideas presented in [AK00] and [AK03].
In [AK00] Atkinson and Kuhne introduced the concept of strati ed architectures.
With it, software systems are described by a number of strata with decreasing levels
of abstraction. Each stratum introduces a concern and thereby concretizes the
system description. This strict ordering limits dependencies to adjacent strata. In
[AK03] the authors complement the concept by using annotations to describe each
concern. By introducing \re nement transformations", which implement abstractly
described concerns, annotations enable stepwise re nement for model based system
development and|in addition|alleviate the aforementioned model synchronization
issue.
In my thesis I discuss similar approaches and compare them to architecture strati ca-
tion. Additionally, I present a complete implementation of the strati cation concept
and verify its e ectiveness by applying it to a real-world project. The central element4
is a combined graphical and textual model transformation language, which optimally
ts the needs for stepwise re nement in a model-driven environment. This language
enables ne grained and highly parameterizable model transformations. They are
organized in concern-oriented transformation rules and described using a detailed
metamodel. The rules are presented using a notation, which employs activity dia-
grams for the control ow and collaboration diagrams for the model transformation.
The language also integrates a template-based code generation language and can be
extended further by using hand-written code. It is integrated into a CASE tool and
provides the ability to trace concerns and their implementations within a strati ed
architecture.5
Zusammenfassung
Obwohl in der Softwareentwicklung derzeit oft noch eine klare Trennung zwischen
der Entwurfs- und Implementierungsphase besteht, ist dennoch der Trend zu mod-
ellgetriebenen Ans atzen unverkennbar. Modelle sind ein prim ares Entwicklungsarte-
fakt modellgetriebener Entwicklung, sie sind jedoch oftmals sehr umfangreich und
deshalb schwer zu handhaben. Daher werden Softwaresysteme oft in Komponenten
unterteilt und separat modelliert. Alternativ k onnen mehrere Ansichten verwen-
det werden, die bestimmte Aspekte des Systems verstecken oder in anderer Form
darstellen. In beiden F allen existieren mehrere Modelle oder zumindest mehrere
Ansichten, was zu dem Problem der Modellsynchronisation fuhrt.
Eines der Hauptziele modellgetriebener Entwicklung ist die automatische Gener-
ierung von ausfuhrbaren Anwendungen. Auch hier existiert das Problem der Modell-
synchronisation, da mehrere Informationsquellen mitunter das selbe Codefragment
beein ussen. Falls nur Teile einer Anwendung generiert werden, muss der Rest durch
handgeschriebenen Code erg anzt werden. Dies erschwert die erneute Durchfuhrung
des Generierungsprozesses.
Um einen hohen Automatisierungsgrad in der modellgetriebenen Entwicklung zu
erreichen, muss die gesamte Anwendung modelliert werden. Bei diesem Ansatz
verbessert die Verwendung mehrerer Modelle sowohl die Verst andlichkeit als auch
die Genauigkeit, fuhrt jedoch erneut zum Problem der Modellsynchronisation.
In dieser Dissertation erweitere und konkretisiere ich die Ideen aus [AK00] und
[AK03]. Atkinson und Kuhne stellen in [AK00] die Architekturstrati kation vor.
Damit werden Softwaresysteme durch mehrere Straten mit fallendem Abstraktions-
niveau beschrieben. Jedes Stratum fugt einen Aspekt hinzu und konkretisiert damit
die Systembeschreibung. Eine solche strikte Ordnung beschr ankt Abh angigkeiten
auf benachbarte Straten. Um die Aspekte zu beschreiben, erg anzen die Autoren in
[AK03] das Konzept um Annotationen. Diese erm oglichen durch die Verwendung
von \Verfeinerungstransformationen" die Implementierung abstrakt beschriebener
Aspekte und damit eine schrittweise Verfeinerung. Hierdurch mildern sie auch das
zuvor erw ahnte Problem der Modellsynchronisation.
In meiner Arbeit diskutiere ich ahnliche Ans atze und vergleiche sie mit der Architek-6
turstrati kation. Ich beschreibe eine vollst andige Implementierung des Strati ka-
tionskonzepts und zeige ihre E ektivit at durch die Anwendung auf ein reales Projekt.
Im Zentrum steht eine gra sche und textuelle Modelltransformationssprache, die op-
timal auf die Bedurfnisse der schrittweisen Verfeinerung in einem modellgetriebenen
Umfeld abgestimmt ist. Diese Sprache erm oglicht feingranulare und hochgradig
parametrisierbare Modelltransformationen, die in Transformationsregeln organisiert
sind und sich an Aspekten orientieren. Ihre Beschreibung erfolgt durch ein detail-
liertes Metamodell. Die Notation der Regeln erfolgt durch Aktivit atsdiagramme,
zur Beschreibung des Ablaufs, und Kollaborationsdiagramme, fur die Modelltrans-
formationen. Die Sprache integriert darub er hinaus eine vorlagenbasierte Code-
generierungssprache und kann durch handgeschriebenen Code erweitert werden. Sie
ist in einer CASE-Werkzeug integriert und bietet die M oglichkeit, Aspekte und ihre
Implementierung innerhalb einer strati zierten Architektur nachzuverfolgen.7
Preface
After nishing my diploma thesis the desire to do further research was still present.
My eld of expertise was an ideal match for a newly founded department at the
Technische Universit at Darmstadt: Metamodeling and its Applications. It presented
me with the opportunity to do research and teach at the same time. After starting
my work it became clear, that balancing those two wouldn’t be an easy task.
The head of the department and thesis supervisor, Prof. Dr. Thomas Kuhne, gave
me the opportunity to choose my own research subject. I’d like to thank him for that
as this is in research institutions not always the case. He also provided continued
guidance during my research.
After evaluating di erent directions I settled on extending a previous research sub-
ject of Prof. Kuhne. His work on architecture strati cation provided an ideal basis
for a broad research area. I focussed on model transformation, which is a major re-
search topic within the TU Darmstadt real-time systems group lead by Prof. Dr. An-
dreas Schurr, who became the second reviewer for my thesis.
I wrote several joined papers with Prof. Kuhne and his detailed understanding of
the research subject and his experience in writing papers was very helpful. He also
reviewed|along with Prof. Schurr|sev eral drafts of my thesis.
In addition to writing papers, well-rehearsed presentations are also very impor-
tant. The real-time systems department and the software technology group lead by
Prof. Dr. Mira Mezini organized regular seminars, in which I was able to present my
work and get valuable feedback from the department members.
During my research I supervised several study and diploma theses. All of them
helped to improve the contents of my dissertation and I’m very lucky to have found
students, who really enjoyed the subject and brought a lot additional input. My
thanks go to Felix Klar, Daniel Bausch, Axel Schulz and Anouar Haha.
Finally I would like to thank my wife Joyce Wittur for her support, especially for
reading and correcting my thesis. Also my gratitude goes to my parents Emilie and
Werner Girschick and to my friends Sven Kloppenburg, Falk Fraikin and Christoph
Muller, who always encouraged me to go on.8
Declaration
The content of this dissertation is a product of the author’s original work except
where explicitly stated as otherwise.CONTENTS 9
Contents
1 Introduction 15
1.1 Model-Driven Software Development . . . . . . . . . . . . . . . .