Introducción a la ingeniería dirigida por modelos

Ingeniería Dirigida por Modelos

Introducción

Vicente García Díaz – [email protected]

Universidad de Oviedo, 2012

Model Driven Engineering

Research Group

mailto:[email protected]

Tabla de contenidos

1. Conceptos básicos

2. Ejemplos de aplicación

3. Terminología

4. El estándar Model-Driven Architecture

5. La plataforma Eclipse Modeling Project

2

Introducción

4

Conceptos básicos

Fuente: http://blog.drummondhouseplans.com/category/multi-family/

http://blog.drummondhouseplans.com/category/multi-family/



5

Conceptos básicos

Fuente: http://www.flightglobal.com//

http://www.flightglobal.com/


6

Conceptos básicos

¿Qué es un modelo?

1. Punto de referencia para imitarlo o reproducirlo 2. Ejemplar que por su perfección se debe seguir e

imitar 3. Representación en pequeño de alguna cosa 4. Esquema teórico, generalmente matemático, de

un sistema o de una realidad compleja, como la evolución económica de un país, que se elabora para facilitar su comprensión y el estudio de su comportamiento

Fuente: http://www.rae.es/rae.html

http://www.rae.es/rae.html

• Por supuesto…

7

Conceptos básicos

¿Modelos en el desarrollo software?

Modelo Producto Desarrollo

• Las ingenierías clásicas se basan en el empleo de modelos para obtener un producto tras realizar un desarrollo

▫ No es posible automatizar el desarrollo completamente

8

Conceptos básicos

Proceso típico de desarrollo

• Peculiaridad: los productos software se pueden diseñar y crear sin “salir” del ordenador

• Informática Información + Automática

¿Podríamos automatizar la etapa de desarrollo?

9

Conceptos básicos

Proceso de desarrollo de software

Modelo Producto Desarrollo

• Para crear modelos software

• Dichos modelos definen los conceptos de un dominio determinado

• Las tecnologías existentes englobadas en MDE permiten trabajar con los modelos como si fueran lenguajes de programación de alto nivel

▫ Generalmente lenguajes de dominio específico

10

¿Para qué se utiliza principalmente MDE?

Conceptos básicos

• Crecimiento de la complejidad del software

• No se reutiliza ni el conocimiento tecnológico ni del dominio

• Se necesita industrializar el desarrollo del software

• El término crisis del software sigue vigente

11

Motivación

Conceptos básicos

The major cause of the software crisis is that the machines have become several orders of magnitude more powerful! To put it quite bluntly: as long as there were no machines, programming was no problem at all; when we had a few weak computers, programming became a mild problem, and now we have gigantic computers, programming has become an equally gigantic problem [Dijkstra, 1972]

• El nivel de abstracción de los lenguajes va en aumento ▫ Binario

▫ Ensamblador

▫ Procedimental

▫ Orientado a objetos

• Hacia el espacio de la solución del problema

• En los años 80 surgen las herramientas CASE ▫ No tuvieron mucho éxito

12

Antecedentes

Conceptos básicos

• Reducir la complejidad de las plataformas actuales

• Expresar los conceptos de los diferentes dominios de forma más apropiada

13

Objetivos

Conceptos del dominio

Conceptos del dominio

Conceptos de la tecnología utilizada

Trabajo mental de los desarrolladores

Conceptos de la tecnología utilizada

Conceptos básicos

Ejemplos de aplicación

Telefonía IP

Fuente: [Kelly and Tolvanen, 2008]


Productos de seguros



Automatización del hogar



Aplicaciones para móviles



Relojes digitales



Sistemas de trazabilidad alimentaria

2. RECEPCION CUAJO

5. RECEPCION SAL

1. RECEPCION LECHE

10. SECADO

7. CUAJADA

FABRICA DE QUESOSPROCESO BEYOS

Fecha: 04/06/2008Versión: 0.017

11. ENVASADO

12. COMERCIALIZ

ACION

6. PASTEURIZA

14.1 Cliente?

14.2 Lote?

14.3 Unidades?

11.1 RFID Secado?

11.3 Nº Contra-etiquetas?

11.4 Primera Contra-etiqueta

11.5 Cliente?

1.1 Productor ?

1.2 Tipo?

1.3 Peso?

1.4 Temperatura?

1.5 Acidez?

1.6 Lote Productor?

1.7 Lote INT->?

2.1 Productor ?2.2 Cantidad?2.3 Lote Productor?2.4 Lote INT->?


7.1 Lote Leche?

7.2 Cantidad?

7.3 Mas Leche?

7.4 Lote Cuajo?

7.5 Mas Cuajo?

7.6 Lote Fermentos?

7.7 Mas Fermentos?

7.8 Lote Calcio? 7.9 Mas Calcio? 7.10 Lote INT->

6.1 Lote ?

6.2 Cantidad?

6.2 PH?

10.1 RFID Salado?

3. RECEPCION FERMENTOS

4. RECEPCION CALCIO


8. EMMOLDADO


ETIQUETAS RFID

9. SALADO

9.1 RFID Enmoldado?

9.2 Lote Sal?

13. ENVASADO REQUESÓN

12.1 Lote?

12.2 Nº Artículos?

12.3 Cliente?

ETIQUETAS COMERCIALES

Las etiquetas las irán colocando en las estanterías que quieran

14. COMERCIALIZ

ACION

13.1 Cliente?

13.2 Peso?

13.3 Lote?

13.4 Unidades?

8.1 Lote Cuajada?

8.2 Nº etiquetas deseadas?


Videojuegos en entorno .NET

[Furtado, 2007]

Esto es un poco la idea del GADE4ALL, ¿Podríais cambiarlo por un par de

imágenes del GADE4ALL y así hablamos un poco del proyecto?

• Relación en cascada entre modelos y metamodelos

23

Terminología

El metamodelado

Elementos del mundo real (dominio)

Modelo Metamodelo describe describe

24

Espacio conceptual

Dominio Metamodelo

Meta-metamodelo

Sintaxis abstracta

Semántica estática

Sintaxis concreta

Lenguaje de dominio

específico

Semántica

Modelo formal

Describe conceptos de

<<instanceof>>

<<instanceof>>

Basado en

Respeta a

Subdominios

Terminología

• Clave de la ingeniería dirigida por modelos

• Es imprescindible para: 1. Construir lenguajes de dominio específico

2. Validar modelos

3. Transformar modelos

4. Generar artefactos (código, documentación, etc.)

5. Integración de herramientas

25

Beneficios del uso de un metamodelo

Terminología

Terminología

• Fueron definidas en los años 60 por Carl Adam Petri

• Son una especialización de la teoría de autómatas que permite expresar eventos concurrentes

• Tiene lugares, transiciones y arcos dirigidos

• Áreas de aplicación: análisis de datos, diseño de software, fiabilidad, flujo de trabajo…

27

Ejemplo de dominio: Redes de Petri

Dominio de las Redes de Petri

P1

P2

P1P3 P5

T1

T2

15

4

17

3 4 6

Terminología

28


Un metamodelo para el dominio

+Name : string

Node

+weight : int

Arc

Place Transition

PetriNet

10..*

1

0..*

P1

P2

P1P3 P5

T1

T2

15

4

17

3 4 6

Terminología

29


Un meta-metamodelo para el dominio

Model Element

Generalizable Element

Association ClassAttribute

Typed Element

+Name : string

Node

+weight : int

Arc

Place Transition

PetriNet

10..*

1

0..*

Terminología

30


Mapeo entre sintaxis abstracta y concreta

+Name : string

Node

+weight : int

Arc

Place Transition

PetriNet

1 0..*

1

0..*

P1 P2

T1

15 17

Terminología

31

Terminología

Supermetamodelo (I)

Elementos del mundo real

Modelo

Metamodelo

Meta-metamodeloM3

M2

M1

M0

Instancia de

Representado por

32

Terminología

Supermetamodelo (II)


UML classes, objects, ...

UML, ODM, ...

MOFM3

M2

M1

M0

MOF

Instancia de

Representado por


Programas informáticos

JAVA, C#, XML, ...

EBNF

EBNF

33

Terminología

Dualidad de los espacios de modelado

MOFM3

M2

M1

M0

MO

F

UML ODM

Modelo UML de

la gramática de

Java

Modelo UML

de un

programa Java

Modelo

ODM de

animales

EB

NF

EBNF

Gra

mát

ica

de

Java

Pro

gram

a Ja

va

34

Terminología

Ciclo de vida del desarrollo con MDE

Tradicional

Requisitos

Análisis

Diseño

Codificación

Pruebas

Despliegue

Texto

Modelo

Modelo

Código

Código

MDE

Requisitos

Análisis

Diseño

Codificación

Pruebas

Despliegue

Texto

Modelo

Modelo

Código

Código

Paso manual

Paso automático

35

Terminología

Secuencia de pasos

Modelo

Transformación

Modelo

Transformación

Artefactos textuales

generados

Metamodelo

Reglas de transformación


Modelo Modelo

<<instanceof>>

<<instanceof>>

• Metamodelo (meta-metamodelo) + Plantillas

36

Terminología

¿Cómo se generan los artefactos? (I)

Especificación

Metamodelo

Instancia del

metamodeloPlantillas

Código

generado

Based

on

Yields

Instance of

Apply to

• Metamodelo (meta-metamodelo) + Plantillas

37

Terminología

¿Cómo se generan los artefactos? (II)

Fuente: http://www.openarchitectureware.org/pub/documentation/4.3.1/openArchitectureWare-4.3.1-Reference.pdff

http://www.openarchitectureware.org/pub/documentation/4.3.1/openArchitectureWare-4.3.1-Reference.pdff






• http://www.omg.org/mda

39

El estándar Model-Driven Architecture

Introducción

http://www.omg.org/mda

• Computation Independent Model (CIM)

• Platform Independent Model (PIM)

• Platform Specific Model (PSM)

• Implementation Specific Model (ISM)

40


Puntos de vista

CIM

PIM

PSM 1 PSM n

ISM 1 ISM n

…

…

41


Arquitectura en cuatro capas

MOF

UML ODM

Modelos UML Modelos ODM

…

…

Sistema

Meta-metamodelo (M3)

Metamodelo (M2)

Modelo (M1)

Realidad (M0)

• Ecore

ECORE META-METAMODEL

Estándares relacionados (MOF)

Meta-Object Facility (MOF) ECORE


43


Empleo de MOF como origen de todo Estándares relacionados (MOF)

MOF

Metamodelo origen Metamodelo destino

Modelo origen Modelo destino


(QVT)

transformación

44


Unified Modeling Language (UML) Estándares relacionados (UML)

• Estándar para ▫ Visualizar

▫ Especificar

▫ Documentar

▫ …

• Independiente del lenguaje

• Una combinación ▫ Fue diseñado por “The three amigos”

▫ James Rumbaugh, Ivar Jacobson, Grady Booch

45


Extensión de UML basada en Perfiles Estándares relacionados (UML)

«metaclass»

Attribute

«metaclass»

Class

«metaclass»

Operation1*

1 *

<<stereotype>> PrimaryKey <<stereotype>> Entity <<stereotype>> FinderMethod

«extends» «extends» «extends»

PersistenceTime: (short, long)

context Entity

inv: attribute->exists(isStereoKinded("PrimaryKey")

-<<FinderMethod>>findByCif()

-<<PrimaryKey>> cif : string

-name : string

<<Entity>> Empresa

-<<PrimaryKey>> nif : string

-edad : int

<<Entity>> Empleado 1*

{PersistenceTime=short}

stereotype

tagged value constraint

46


XML Metadata Interchange (XMI) (I) Estándares relacionados (XMI)

• Sirve para serializar modelos

• Permite que las herramientas se integren

XMI 1.1 – MOF 1.3

XMI 1.2 – MOF 1.4

XMI 1.3 – MOF 1.4

XMI 2.0 – MOF 1.4

XMI 2.1 – MOF 2.0

47


XML Metadata Interchange (XMI) (II) Estándares relacionados (XMI)

48


XML Metadata Interchange (XMI) (III) Estándares relacionados (XMI)

49


Object Constraint Language (OCL) (I) Estándares relacionados (OCL)

• Se utiliza para definir restricciones

• Es parte de UML

• Tipos ▫ Clase invariant

▫ Precondiciones de una operación precondition

▫ Postcondiciones de una operación postcondition

50


Object Constraint Language (OCL) (II) Estándares relacionados (OCL)

context Coche inv: conductor.edad >= 18

+contratar(entrada p : Persona)

Empresa

+conducir(entrada p : Persona)

Coche

-edad : int

Personaconductor

conductoresPotenciales

jefe

empleados

vehículos

poseedor

context Empresa inv: conductoresPotenciales = empleados->select(edad >= 18)

context Coche::conducir(p: Persona) pre: (conductor==null) && (p.edad >= 18) post: conductor = p

context Empresa::contratar(p: Persona) pre: --none post: (empleados.size = [email protected] + 1) && (empleados.includes(p))

Fuente: [Stahl and Völter, 2006]

51


Object Constraint Language (OCL) (III) Estándares relacionados (OCL)

• Restricción en nivel Mn afecta al nivel Mn-1

context PersonaDesconocida inv: name == “no identificada” || “desconocida”

context ParametrosNumericos inv: type.name == “Integer”

-name : String

-type : Type

«metaclass»

UML::Attribute

«metaclass»

MM::ParametrosNumericos

-name : String

«metaclass»

UML::Class

«metaclass»

MM::PersonaDesconocida

52


Query, Views, Transformations (QVT) (I) Estándares relacionados (QVT)

• Lenguaje de transformación de modelos

• Compuesto de tres lenguajes con objetivos distintos

• QVT ▫ Relacional

▫ Core

▫ Operacional Core Language

Relations Language O

per

atio

n M

app

ings

Lan

guag

e

Bla

ck Bo

x Ma

pp

ings

53


Query, Views, Transformations (QVT) (II) Estándares relacionados (QVT)

• Lenguaje relacional ▫ Transformaciones un conjunto de relaciones

Declarativo

Fuente: [Mens, 2009]

54


Query, Views, Transformations (QVT) (III) Estándares relacionados (QVT)

• Lenguaje operacional ▫ Transformaciones un conjunto de operaciones

Imperativo

Fuente: [Mens, 2009]

Relaciones entre M1 y M2

+puedeMoverse() : bool

Vehículo

Coche

-malEstado : bool

Rueda

-nombre : string

Persona

1

4

+driver

1

+car

*

-name : string

ModelElement

Classifier

-visibility : Visibility

Feature

Class DataType Operation Attribute AssociationEnd

Association

1

1 1..*

*

-generalizations

*

Instance of

[http://smv.unige.ch/old/tiki-download_file.php?fileId=661]

La cadena de modelado

Relación entre M1 y M2 El estándar Model-Driven Architecture

Relaciones entre M1 y M2

+puedeMoverse() : bool

Vehículo

Coche

-malEstado : bool

Rueda

-nombre : string

Persona

1

4

+driver

1

+car

*

-name : string

ModelElement

Classifier


Feature


Association

1

1 1..*

*

-generalizations

*

Instance of



Instance of-name : string

ModelElement

Classifier


Feature


Association

1

1 1..*

*

-generalizations

*

-name : string

ModelElement

GeneralizableElement Feature

Classifier

Association

*

*

Class DataType

PrimitiveType VisibilityKind

TypedElement

StructuralFeature AssociationEnd

Attribute


Relación entre M2 y M3

[http://smv.unige.ch/old/tiki-download_file.php?fileId=661]


Instance of-name : string

ModelElement

Classifier


Feature


Association

1

1 1..*

*

-generalizations

*

-name : string

ModelElement

GeneralizableElement Feature

Classifier

Association

*

*

Class DataType

PrimitiveType VisibilityKind

TypedElement

StructuralFeature AssociationEnd

Attribute



• Engloba todo lo relacionado con MDE en Eclipse The Eclipse Modeling Project (EMP) focuses on the evolution and promotion of

model‐based development technologies within the Eclipse community by providing a unified set of modeling frameworks, tooling, and standards implementations

• Todos tienen Eclipse Public Licence y han de ser Open Source

• No está relacionado con el grupo OMG pero…

• Se divide principalmente en: ▫ Desarrollo de sintaxis abstractas

▫ Desarrollo de sintaxis concretas

▫ Transformación de modelos

▫ Herramientas de desarrollo

▫ Desarrollo de nuevas tecnologías

▫ Agrupación de proyectos

• http://www.eclipse.org/modeling

71

La Plataforma Eclipse Modeling Project

Eclipse Modeling Project

http://www.eclipse.org/modeling

• Eclipse Modeling Framework (EMF)

▫ Ecore

▫ Otros componentes: Soporte para realizar transacciones sobre modelos

Validación de modelos

Consultas sobre modelos

Búsquedas sobre modelos

Comparación de modelos

Mecanismos de persistencia

72


Desarrollo de sintaxis abstractas

• Graphical Modeling Framework (GMF)

▫ Servicio de sintaxis gráficas

▫ Permite crear un editor sobre el metamodelo Ecore

▫ Graphiti es una tecnología englobada dentro de GMF

• Textual Modeling Framework (TMF)

▫ Servicio de sintaxis textuales

▫ Permite crear un editor sobre el metamodelo Ecore

▫ Xtext es una tecnología englobada dentro de TMF

73


Desarrollo de sintaxis concretas

• Model to Model Transformation (M2M)

▫ Para transformar unos modelos en otros

▫ QVT, ATL, …

• Model to Text Transformation (M2T)

▫ Para generar artefactos textuales

▫ Java Emitter Templates (JET), Xpand, etc…

74


Transformación de modelados

• Model Development Tools (MDT)

▫ Proyectos basados en estándares de la industria UML

XML Schema Definition

Object Constraint Language (OCL)

Business Process Modeling Notation (BPMN2)

eTrice

Papyrus

…

75


Herramientas de desarrollo

• Generative Modeling Technologies (GMT)

▫ Agrupa varios proyectos que aún están en fase experimental

▫ Muchos de ellos acaban formando parte de la lista principal de proyectos de EMP ATL -> ahora en M2M

Xpand -> ahora en M2T

Xtext -> ahora en TMF

76


Desarrollo de nuevas tecnologías

• Modeling Amalgamation Project (Amalgam)

▫ Amalgamation -> Es el proceso de combinar o unir entidades en una única forma

▫ Su propósito es agrupar tecnologías de EMP y facilitar su uso, instalación e integración

▫ Es un Eclipse con un gran número de proyectos del EMP integrado

77


Agrupación de proyectos

• Lo más fácil es descargar un Eclipse con todo

• http://www.eclipse.org/downloads/packages/eclipse-modeling-tools/junosr1 (Eclipse Modeling Tools)

79

La Plataforma Eclipse Modeling Project Instalación del entorno de desarrollo

Instalación

http://www.eclipse.org/downloads/packages/eclipse-modeling-tools/junosr1






Mediante editor gráfico


• Nuevo Proyecto MDEWebMetamodelEditor

81

La Plataforma Eclipse Modeling Project Definición de un metamodelo (editor gráfico)

Crear un proyecto

• Nuevo elemento en la carpeta model Web.ecore

82


Crear el metamodelo (I) Definición de un metamodelo (editor gráfico)

83


Crear el metamodelo (II) Definición de un metamodelo (editor gráfico)

84


Visualizar el metamodelo Definición de un metamodelo (editor gráfico)

• Nuevo EMF Generator Model Web.genmodel

85


Crear el modelo generador Definición de un metamodelo (editor gráfico)

86


Configurar el modelo generador Definición de un metamodelo (editor gráfico)

87


Crear JavaDoc

Botón derecho en Web.genmodel Reload

Definición de un metamodelo (editor gráfico)

88


Especificar métodos (I) Definición de un metamodelo (editor gráfico)

89


Especificar métodos (II)

EOperation

EParameter

Documentación JavaDoc

Cuerpo del método

Definición de un metamodelo (editor gráfico)

90


Especificar métodos (III) Definición de un metamodelo (editor gráfico)

91


Generar el código de los modelos Definición de un modelo (programáticamente)

92


Crear un proyecto Definición de un modelo (programáticamente)

93


Crear el código fuente para la definición

Definición de un modelo (programáticamente)

94


Generar todos los artefactos Definición de un modelo (plugin)

95


Crear el modelo mediante el editor Definición de un modelo (plugin)

• El archivo My.web internamente es código XML (XMI)

• También se puede persistir el modelo creado con Java

96


Guardar el modelo en formato XMI Persistencia de modelos

97


Cargar el modelo guardado en XMI Persistencia de modelos

• Los modelos se utilizan para obtener artefactos en base a lo que se haya modelado

• Java Emitter Templates (JET) es una tecnología que permite transformar modelos a texto (M2T)

• En concreto, con JET se hace traducción y generación

▫ Modelo Clase Java Texto

• Tipos de elementos: ▫ Directivas <%@ … %>

▫ Expresiones <%= .. %>

▫ Scriplets <% … %>

98


Java Emitter Templates Generación de artefactos a partir de modelos

• Desde el proyecto en el que se quiera generar artefactos…

99


Preparar el proyecto para trabajar con JET

Generación de artefactos a partir de modelos

• Estado de cómo quedará el proyecto al finalizar el proceso

100


Resumen de acciones a realizar Generación de artefactos a partir de modelos

101


Crear la plantilla Generación de artefactos a partir de modelos

• Crear ConvertToHTML.java

102


Generar artefactos desde la clase Java Generación de artefactos a partir de modelos

Mediante interfaces Java anotadas


La Plataforma Eclipse Modeling Project Definición de un metamodelo (interfaces Java)

Idea general de lo que se hará

1. Crear interfaces Java anotadas

2. Crear el modelo generador (web.genmodel) en base a las interfaces

3. Se obtiene el metamodelo

Interfaces Java

Modelo generador

Metamodelo

• Se crea un proyecto Java y se incluyen librerías para trabajar con Ecore y para trabajar con XMI

105


Aspecto final del proyecto Definición de un metamodelo (interfaces Java)

• Se utilizan comentarios JavaDoc para indicar

• Algunas propiedades… ▫ abstract=“BOOLEAN”

▫ required=“BOOLEAN

▫ containment=“BOOLEAN”

▫ default=VALUE

▫ changeable=“BOOLEAN"

106


Elementos fundamentales de la API Definición de un metamodelo (interfaces Java)

107


Código de las interfaces (I) Definición de un metamodelo (interfaces Java)

108


Código de las interfaces (II) Definición de un metamodelo (interfaces Java)

• Cuando se crea el archivo web.genmodel elegir como model importer las anotaciones Java

• Se generará el archivo Ecore automáticamente

109


Generación del metamodelo Definición de un metamodelo (interfaces Java)

Programáticamente


La Plataforma Eclipse Modeling Project Definición de un metamodelo (programáticamente)

Idea general de lo que se hará

1. Crear dinámicamente el metamodelo (modelo Ecore)

2. Crear dinámicamente un modelo a partir del metamodelo

3. Serializar el modelo

4. Deserializar el modelo

Metamodelo

Modelo XMI

Serializar

Deserializar

Se crea el metamodelo de forma dinámica


Aspecto final del proyecto

• Se crea un proyecto Java y se incluyen librerías para trabajar con Ecore y para trabajar con XMI

• Metamodelo

• Modelo API reflectiva basada en EObject ▫ eClass()

▫ eGet() y eSet()

▫ eContents() / eContainer()


Elementos fundamentales de la API


Ge

ner

ació

n d

el m

etam

od

elo

(I)


Ge

ner

ació

n d

el m

etam

od

elo

(II

)


Ge

ner

ació

n d

el m

etam

od

elo

(II

I)


Ge

ner

ació

n d

el m

etam

od

elo

(IV

)


Ge

ner

ació

n d

el m

etam

od

elo

(V

)


Gen

erac

ión

de

un

mo

del

o


Serializar y deserializar


Resultado final

Bibliografía

122

¿Siguientes pasos?

123

• Creación de lenguajes de dominio específico textuales basados en modelos

• Creación de lenguajes de dominio

específico gráficos basados en modelos

Introducción a la ingeniería dirigida por modelos

Technology

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