Transcript Διαφάνεια 1
Μηχανική Οδηγούμενη από Μοντέλα και Γλώσσες Ειδικού Σκοπού Δρ Νικόλαος Σπανουδάκης [email protected] ΕΕΔΙΠ ΙΙ Γενικό Τμήμα Πολυτεχνείου Κρήτης Χανιά, 6 Φλεβάρη 2012 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 1 Περιεχόμενα παρουσίασης Εισαγωγή Οδηγούμενη από Μοντέλα Μηχανική Λογισμικού Model Driven Engineering (MDE) Γλώσσες Ειδικού Σκοπού Domain Specific Languages (DSLs) Οδηγούμενη από Μοντέλα Αρχιτεκτονική Λογισμικού Model Driven Architecture (MDA) Ένα παράδειγμα για τη γλώσσα UML Πρακτοροστραφής Μηχανική Λογισμικού Agent-Oriented Software Engineering Συμπεράσματα 2 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης Ο ευρύτερος επιστημονικός χώρος Η Μηχανική Λογισμικού ή Τεχνολογία Λογισμικού (Software Engineering, IEEE, 1990) εφαρμόζει μια συστηματική, μεθοδική προσέγγιση στην ανάπτυξη, λειτουργία και συντήρηση του λογισμικού Μια διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού (software process) απαντά στα ερωτήματα (Boehn, 1988): Τι θα κάνουμε μετά; Για πόσο χρόνο θα συνεχίσουμε να το κάνουμε; Μια μεθοδολογία ανάπτυξης λογισμικού (software methodology) είναι ένα προδιαγεγραμμένο και οργανωμένο σύνολο τεχνικών και κανόνων οι οποίοι ορίζουν από ποιον και με ποια σειρά θα χρησιμοποιηθούν οι τεχνικές (Tolvanen, 1998) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 3 Μηχανική Οδηγούμενη από Μοντέλα Model Driven Engineering (MDE) MDE (Beydeda et al., 2005) είναι η συστηματική χρήση μοντέλων ως πρωταρχικά εργαλεία καθόλο τον κύκλο ζωής του έργου λογισμικού στοχεύοντας στην φορητότητα, διαλειτουργικότητα και επαναχρησιμότητα του λογισμικού Βασίζεται σε μετασχηματισμούς μοντέλων και σε μεταμοντέλα (Jouault and Bézivin, 2006) Είναι η δεύτερη επανάσταση της προηγούμενης δεκαετίας μετά την Προσανατολισμένη στις υπηρεσίες μηχανική λογισμικού (Service-oriented Software Engineering – SOSE) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 4 Αρχιτεκτονική Οδηγούμενη από Μοντέλα (Model-Driven Architecture, MDA) Η MDA είναι μια αρχιτεκτονική συστημάτων που βασίζεται στην φιλοσοφία του MDE και ορίζει τρία επίπεδα μοντελοποίησης ενός συστήματος λογισμικού: 1. 2. 3. Υπολογιστικά Ανεξάρτητο Μοντέλο Computation Independent Model (CIM) Μοντέλο Ανεξάρτητο Πλατφόρμας Platform Independent Model (PIM) Μοντέλο Συγκεκριμένης Πλατφόρμας Platform Specific Model (PSM) Ορίστηκε από την Object Management Group (OMG) το 2003 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 5 Αφού δημιούργησα του διάγραμμα περίπτωσης χρήσης της UML γιατί να ξεκινήσω πάλι τα άλλα διαγράμματα από την αρχή; - Με ποια σειρά να πάρω τα διαγράμματα; Πρώτα τα διαγράμματα τάξεων; Μετά αυτά των δραστηριοτήτων; - Γιατί πρέπει και όλα αυτά να τα ξεκινήσω από την αρχή; Και αν ξεχάσω κάτι; - Πως μπορεί να με βοηθήσει αυτή η «Μοντελο-στραφής» μηχανική; - Για να δούμε πως γίνεται αυτό… Μετασχηματισμοί Μοντέλων Στη UML 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 6 Ορισμός Περίπτωσης Χρήσης Use Case: Vehicle Reservation 17/7/2015 Precondition: A customer wants to make a reservation for a vehicle. Description: The customer selects pickup and return locations, as well as the pickup and return dates and times. The customer selects the vehicle type. The system presents all matching vehicles. If the customer requests detail information on a particular vehicle, the system presents detail information to the customer. If the customer selects a vehicle, the system gets the customer information (full name, telephone number, email address). The system presents information on protection products (such as damage waiver, personal accident insurance). If the customer either accepts the reservation or rejects it and the use case finishes. Ν. Σπανουδάκης 7 Μετασχηματισμός Κειμένου σε Μοντέλο (Text to Model Trans. – T2M) Είσοδος: Περιγραφή Περίπτωσης Χρήσης Έξοδος: Διάγραμμα Τάξεων Κανόνες Μετασχηματισμού: Ουσιαστικά (Λέξεις με Έντονα Γράμματα) -> Τάξεις Ουσιαστικά προσδιοριστικά άλλων (Λέξεις με Έντονα Πλάγια Γράμματα) -> Ιδιότητες Τάξεων Ρήματα (Λέξεις με Πλάγια Γράμματα) -> 17/7/2015 Συσχετίσεις τάξεων εφόσον ενώνουν τέτοιες Μέθοδοι τάξεων εφόσον αναφέρονται μόνο σε μία Ν. Σπανουδάκης 8 Συντακτική Ανάλυση του Ορισμού Περίπτωσης Χρήσης A customer wants to make a reservation for a vehicle. The customer selects pickup and return locations, as well as the pickup and return dates and times. The customer selects the vehicle type. The system presents all matching vehicles. If the customer requests detail information on a particular vehicle, the system presents detail information to the customer. If the customer selects a vehicle, the system gets the customer information (full name, telephone number, email address). The system presents information on protection products (such as damage waiver, personal accident insurance) The customer either accepts the reservation or rejects it and the use case finishes. 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 9 Αυτόματη Δημιουργία Διαγράμματος Τάξεων Δεν το είχα σκεφτεί!!! Μπορώ να κρατώ ιστορικό με τις επιλογές του χρήστη 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 10 Επεξεργασία Διαγράμματος Τάξεων 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 11 Μετασχηματισμός Μοντέλου σε Μοντέλο (Model to Model Trans. – M2M) Για την αποθήκευση αντικειμένων σε σχεσιακή βάση δεδομένων πρέπει να μετατρέψω το διάγραμμα τάξεων σε Διάγραμμα Οντοτήτων Σχέσεων (Entity Relationship – ER Diagram, Wimmer et al., 2007) Είσοδος: Διάγραμμα Τάξεων Έξοδος: Διάγραμμα Οντοτήτων Συσχετίσεων Κανόνες Μετασχηματισμού 17/7/2015 Τάξη (Class) -> Οντότητα (Entity) Ιδιότητα (Property) -> Χαρακτηριστικό (Attribute) Συσχέτιση (Association) -> Σχέση (Relationship) Ιδιότητα Συσχέτισης (Association property) -> Ρόλος (Role) Ν. Σπανουδάκης 12 Δίάγραμμα Τάξεων σε Διάγραμμα Οντοτήτων Σχέσεων Μετασχηματισμός Επεξεργασία 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 13 Μετασχηματισμός Μοντέλου σε Κείμενο (Model to Text Trans. – M2T) Για την υλοποίηση του συστήματος σε Java Είσοδος: Διάγραμμα Τάξεων Έξοδος: Κώδικας Java Κανόνες Μετασχηματισμού Κλάση (Class) -> Java class Ιδιότητα (Property) -> Java class property Ιδιότητα Συσχέτισης (Association property) -> Java class property Εάν είναι με πολλαπλότητα > 1 τότε χρησιμοποίησε την κλάση java.util.Vector Μέθοδος (Method) -> Java method που ρίχνει (throws) ένα UnsupportedOperationException Παρομοίως και για C++ 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 14 Υλοποίηση Java Αρχείο Customer.java import java.util.Vector; import java.util.Vector; public class Customer { private Object _fullName; private Object _telephoneNumber; private Object _emailAddress; public Vector<Reservation> _myReservations = new Vector<Reservation>(); public VehicleType _select; public class Customer { private String _fullName; private int _telephoneNumber; private String _emailAddress; public Vector<Reservation> _myReservations = new Vector<Reservation>(); public VehicleType _select; public void getCustomerInformation() { throw new UnsupportedOperationException(); } Επεξεργασία Αρχείο Customer.java public String getCustomerInformation() { return new String("Name: "+_fullName+ "\nTel.: "+_telephoneNumber+ "\nEmail: "+_emailAddress); } } ..... } 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 15 Υλοποίηση C++ Αρχείο Customer.h Αρχείο Customer.cpp #include <exception> #include <vector> using namespace std; #ifndef __Customer_h__ #define __Customer_h__ #include "Reservation.h“ class Reservation; class VehicleType; class Customer; class Customer { private: string _fullName; private: string _telephoneNumber; private: string _emailAddress; public: std::vector<Reservation*> _myReservations; public: VehicleType* _select; public: void getCustomerInformation(); }; #endif #include <exception> #include <vector> using namespace std; 17/7/2015 #include "Customer.h" #include "Reservation.h" #include "VehicleType.h" void Customer::getCustomerInformation() { throw "Not yet implemented"; } Ν. Σπανουδάκης 16 Ένα Εργαλείο CASE (Computer Aided Software Engineering) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 17 Επίπεδα MDA στο παράδειγμά μας CIM PIM Διάγραμμα Περίπτωσης Χρήσης Διάγραμμα Τάξεων Διάγραμμα Οντοτήτων-Σχέσεων PSM 17/7/2015 Java C++ Ν. Σπανουδάκης 18 Μετασχηματισμός Κείμενου σε Κείμενο (Text to Text Trans. – T2T) Μπορείτε να σκεφτείτε έναν τέτοιο; Γίνεται όποτε προγραμματίζετε… Όταν κάνετε compile… 17/7/2015 C source file (*.c) to executable program (machine language) Java source file (*.java) to Java interpreted file (*.class) Ν. Σπανουδάκης 19 Ποια είναι η διαδικασία που ακολουθήσαμε; Ορίζεται σύμφωνα με το Μεταμοντέλο Περιγραφής Διαδικασιών Ανάπτυξης Λογισμικού SPEM (Software Process Engineering Metamodel) της OMG Συμβολισμοί: 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 20 Μια Διαδικασία Ανάπτυξης Λογισμικού 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 21 Ωραία όλα αυτά αλλά εγώ θέλω να δημιουργήσω λογισμικό με παράλληλη εκτέλεση αλγορίθμων. Δεν με βοηθάει και πολύ η UML… - Εμένα που με ενδιαφέρουν οι λογικές και οι βάσεις γνώσης να δεις… - Εγώ ήθελα να ξεκινήσω ορίζοντας στόχους για το λογισμικό μου και όχι λειτουργίες… - Για να δούμε και τις: Γλώσσες Ειδικού Σκοπού (Πεδίου) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 22 Γλώσσες Ειδικού Σκοπού (ή πεδίου) Domain Specific Languages – DSLs Οι Γλώσσες Ειδικού Πεδίου αποτελούν μια κατηγορία γλωσσών προγραμματισμού, οι οποίες έχουν ως στόχο την αντιμετώπιση εξειδικευμένων προβλημάτων στην διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού αλλά και να υποστηρίξουν την εξέλιξη των γλωσσών μοντελοποίησης Π.χ. 17/7/2015 γλώσσα για παράλληλο προγραμματισμό (Ada) γλώσσα ερωταπαντήσεων βάσεων δεδομένων SQL Ν. Σπανουδάκης 23 Η Γραμμή μηδέν και η εικονική γραμμή μηδέν (Kleppe, 2009) Run a nuclear power plant Autonomous Negotiation Business Process Business Concepts Warehouse Abstraction Agent Design pattern Aspect Component Entity bean Association Virtual zero line Object/Class Method Subroutine Loop Hardware zero line 17/7/2015 XML Memory location If statement Accumulator Ν. Σπανουδάκης Database table ASCII Instruction 24 Μοντέλα, Μεταμοντέλα και Μεταμεταμοντέλα Για να δούμε τη σχέση τους: 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 25 Μετασχηματισμοί Μοντέλων Model Transformation Μετασχηματισμός: MMM Είσοδος: το μοντέλο πηγής Ma που είναι σύμφωνο με το μεταμοντέλο MMa Έξοδος: το μοντέλο στόχος Mb που είναι σύμφωνο με το μεταμοντέλο MMb Τέσσερις τύποι: Μοντέλο σε μοντέλο (M2M) Μοντέλο σε κείμενο (M2T) Κείμενο σε μοντέλο (T2M) Κείμενο σε κείμενο (T2T) 17/7/2015 MMa MMt MMb Tab Ma M2M Mb Legend conformsTo Ν. Σπανουδάκης executes transformation 26 Το μεταμεταμοντέλο ecore Του Eclipse Modeling Framework (EMF) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 27 Νάτα πάλι τα «κινέζικα»: μεταμοντέλα, μοντέλα, γλώσσες, καλά πως χρησιμοποιούνται αυτά; Μήπως είναι πολύ θεωρητικά για μένα; − Εσείς γνωρίζετε καμία γλώσσα μοντελοποίησης; − Α ναι, η UML − Για να δούμε μια γλώσσα μοντελοποίησης για ένα νέο πεδίο… Πρακτοροστραφής Μηχανική Λογισμικού 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 28 Πρακτοροστραφής Μηχανική Λογισμικού Agent Oriented Software Eng. (AOSE) Από τον χώρο της κατανεμημένης τεχνητής νοημοσύνης και των συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων (ΣΠΠ) – Multi-Agent Systems (MAS) δημιουργήθηκε η ανάγκη για την ανάπτυξη λογισμικού το οποίο θα είναι (Wooldridge and Jennings, 1995; Weiss, 2003): 17/7/2015 Αυτόνομο (autonomous) Κοινωνικό (social) Αντιδραστικό (reactive) Ικανό να παίρνει πρωτοβουλίες (pro-active) Προσαρμοστικό (adaptive) Διαρκές (persistent) Ν. Σπανουδάκης 29 AOSE Μεθοδολογίες με μεταμοντέλα The Gaia Methodology (Wooldridge et al., 2000) Multi-agent Systems Engineering (Deloach et al., 2001) PASSI (Burrafato and Cossentino, 2002) Prometheus (Padgham and Winikoff, 2003) Ingenias (Pavón and Gómez-Sanz, 2003) Tropos (Bresciani et al., 2004) Agent Systems Engineering Methodology – ASEME (Spanoudakis, 2009) 9/10/2009 Agent Modeling Language – AMOLA N. Spanoudakis Thesis 30 Γλώσσα AMOLA: Ανάλυση Απαιτήσεων Το Μοντέλο ΔραστώνΣτόχων (SAG) Meetings Manager Learn user habits Το μεταμοντέλο του ορίζεται σύμφωνα με το μεταμεταμοντέλο Ecore (EMF) Faculty Personnel Personal Assistant Request new meeting 17/7/2015 Manage meetings Ν. Σπανουδάκης 31 AMOLA: Ανάλυση Συστήματος To Διάγραμμα Περίπτωσης Χρήσης (SUC) βασισμένο στα UML use cases Και το μεταμοντέλο του System Learn user habits Request new meeting Personal Assistant Meetings Manager 17/7/2015 Faculty Personnel Manage meetings Ν. Σπανουδάκης 32 AMOLA: Ανάλυση Συστήματος (συνέχ.) Το Μοντέλο Ρόλων (SRM) Role: Personal Assistant Capabilities and Protocols: learn user habits, request new meeting: personal assistant, … Activities: learn user preference, update user preferences, … Liveness: personal assistant = request new meeting || learn user habits learn user habits = learn user preference. update user preferences … 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης Και το μεταμοντέλο του 33 Όπου η γραμματική για τις φόρμουλες ορίζεται με EBNF: → { formula } → leftHandSide = expression → string → term | parallelExpression | orExpression | sequentialExpression parallelExpression → term || term || … || term orExpression → term | term | … | term sequentialExpression → term . term . … . term term → basicTerm | (expression) | [expression] | term* | term+ ω | term ω number | |term | basicTerm → string number → digit | digit number digit →1|2|3|… string → letter | letter string letter →a|b|c|… liveness formula leftHandSide expression 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης Η σημασία των συμβολισμών Operator x.y x|y x* x+ xω [x] x || y |x ω|n Interpretation x followed by y x or y occurs x occurs 0 or more times x occurs 1 or more times x occurs infinitely often x is optional x and y interleaved x occurs infinitely often n times in parallel 34 AMOLA: Φάση Σχεδίασης inter και intra-agent control Τα μοντέλα δια (EAC) και ενδοπρακτορικού ελέγχου (IAC) βασίζονται στο διάγραμμα καταστάσεων 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης Μεταμοντέλο: 35 Οι Μετασχηματισμοί στην ASEME Οι μετασχηματισμοί είναι πλήρως αυτοματοποιημένοι Το μοντέλο μιας προηγούμενης φάσης μετασχηματίζεται σε ένα αρχικό μοντέλο της επόμενης φάσης (initial model) Ο μηχανικός επεξεργάζεται και ραφινάρει το αρχικό μοντέλο δημιουργώντας την τελική έκδοση (refined model) 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 36 Δημιουργία και Επεξεργασία του Μοντέλου Δραστών-Στόχων (SAG) Meetings Manager 17/7/2015 Request new meeting Ν. Σπανουδάκης Learn user habits Personal Assistant 37 Το πλάνο του μετασχηματισμού Ecore.ecore SAG.ecore ATL SUC.ecore SAG2SUC.atl SAGModel.xmi M2M SUCModelInitial.xmi XMI: XML Metadata Interchange 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 38 Μετασχηματισμός M2M 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 39 Ο μετασχηματισμός SAG 2 SUC Meetings Meetings Manager Manager 17/7/2015 Request new Request meeting new meeting Ν. Σπανουδάκης Learn Learn user user habits habits Personal Personal Assistant Assistant 40 Επεξεργασία του μοντέλου SUC Learn user habits Meetings Manager <<include>> Receive new request <<include>> Send new request <<include>> Send new results 17/7/2015 Request new meeting <<include>> Receive new results Ν. Σπανουδάκης Personal Assistant <<include>> Learn user preference <<include>> Update user preferences 41 Ο μετασχηματισμός SUC 2 SRM Learn user habits Meetings Manager <<include>> Receive new request <<include>> Send new request <<include>> Send new results 17/7/2015 Request new meeting <<include>> Receive new results Ν. Σπανουδάκης Personal Assistant <<include>> Learn user preference <<include>> Update user preferences 42 Ο μετασχηματισμός SUC 2 SRM Role: Capabilities and Protocols: Learn userhabits Learn user habits Activities: Personal<<include>> Assistant Request newmeeting Personal Request new Assistant meeting Learn user <<include>> Learnpreference user preference Send new <<include>> Send request new request <<include>> Receive new Receive new results results 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης Update user Update user preferences preferences 43 Εκλέπτυνση SRM Role: Personal Assistant Capabilities and Protocols: manage meetings, learn user habits, negotiate meeting date, request change meeting, request new meeting Activities: get user request, read schedule, show results, learn user preference, update user preferences, send change request, receive change results, send new request, receive new results, receive proposed date, decide response, send results, receive outcome, update schedule Liveness: personal assistant = (manage meetings. learn user habits)ω || (negotiate meeting date)ω manage meetings = get user request. (read schedule | request change meeting | request new meeting). show results learn user habits = learn user preference. update user preferences request new meeting = send new request. receive new results request change meeting = send change request. receive change results negotiate meeting date = receive proposed date. (decide response. send results. receive outcome)+. update schedule 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 44 Μετασχηματισμός SRM 2 IAC Liveness: personal assistant = (manage meetings. learn user habits)ω || (negotiate meeting date)ω learn user habits = learn user preference. update user preferences negotiate meeting date x manage meetings x || y y xω x.y learn user habits learn user preference 17/7/2015 update user preferences Ν. Σπανουδάκης Sx Sx Sx Sx Sy Sy 45 Μετασχηματισμός M2T - JADE 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 46 Χρησιμοποιώντας το GMF Με το SAG.ecore αρχείο μπορώ να ορίσω ένα μετασχηματισμό Μ2Μ σε γραφική αναπαράσταση χρησιμοποιώντας το Graphical Modeling Framework (GMF) του Eclipse 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 47 Σύνοψη - Συμπεράσματα Σήμερα είδαμε τα MDE: Model-Driven Engineering MDA: Model-Driven Architecture, CIM, PIM, PSM M2M, M2T, T2M, T2T transformations EMF, Ecore DSL: Domain Specific Language AOSE: Agent Oriented Software Engineering Που βοηθούν στην σταδιακή εκλέπτυνση του μοντέλου του συστήματος χρησιμοποιώντας σε κάθε (υπο)φάση το πιο κατάλληλο μοντέλο 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 48 Είδαμε τις τεχνολογίες Object Management Group IBM method: Getting form Use Cases to code http://www.eclipse.org ASEME, a DSL for AOSE http://www.ibm.com/developerworks/rational/library/5383.html Eclipse Modeling Tools IDE http://www.omg.com http://www.amcl.tuc.gr/aseme Visual Paradigm tool 17/7/2015 http://www.visual-paradigm.com Ν. Σπανουδάκης 49 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Είμαι διαθέσιμος για περισσότερες πληροφορίες και ερωτήσεις Δρ Νικόλαος Σπανουδάκης ΕΕΔΙΠ ΙΙ Εργαστήριο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Γενικό Τμήμα Πολυτεχνείο Κρήτης Δ.νση: Πολυτεχνειούπολη, Κουνουπιδιανά, 73100, Χανιά Τηλ.: +30 28210 37744 Φαξ: +30 28210 37842 Ηλ. ταχ/μείο: [email protected] Ιστόσελίδα: http://users.isc.tuc.gr/~nispanoudakis 17/7/2015 Ν. Σπανουδάκης 50