Transcript Arquitectos y Arquitecturas

Especificación y Modelado de
Arquitecturas Software
Raquel Anaya
[email protected]
Septiembre 27 a Octubre 01 de 2005
Bogotá, Colombia
Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de los
modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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XXV Salón de Informática “Arquitecturas Empresariales de Software” Septiembre 28-Octubre 01 de 2005
Orígenes
+ “La arquitectura descansa en tres principios: la Belleza
(Venustas), la Firmeza (Firmitas) y la Utilidad (Utilitas)”
+ (Vitruvio, siglo I a de C)
Templo de Artemisa en Efeso
Siglo IV a de C.
127 columnas de 20 metros de altura
El coloso de rodas
277 a de C.
32 metros de altura
Placas de bronce sobre armazón de hierro
Fuente: http://sietemaravillas.tripod.com/
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Orígenes (2)
•
“Es arquitecto aquel que con método y procedimiento seguro y
perfecto sepa proyectar racionalmente y realizar en la práctica obras
que se acomoden perfectamente a las más importantes necesidades
humanas.“
• León Batista Alberti ( 1485)
Las pirámides de Egipto.
El faro de Alejandría. Año 280 a de C.
Año 2750 a de C.
Altura 120 metros. Cima equipada con espejos metálicos
146.59 m de altura, 230 m de ancho
que reflejaban la luz del sol; y por las noches,
Alineadas hacia el norte con una inclinación de
a falta de luz, se enciende una hoguera.
51 grados
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Orígenes (3)
+ “Una arquitectura debe incorporar la unidad difícil de la
inclusión en vez de la unidad fácil de la exclusión “
+ Robert Venturi (1966)
Evolución de la Ingeniería Civil
- Imitación de esfuerzos previos
- Aprendiendo de las fallas
- Integración de otras fuerzas
- Experimentación
Fuente: Rational Rose
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Qué es una arquitectura software?
+ La arquitectura del software define el sistema en términos de sus
componentes computacionales y de las relaciones entre ellos
(Shaw & Garlan, 1996)
+ “Estructura o estructuras del sistema que comprende
componentes de software, propiedades visibles de esos
componentes y las relaciones entre ellos.”
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Arquitectura: Pensar primero en lo
importante
Diseño de alto nivel versus diseño detallado (David Budgen)
Esqueleto versus Carne y Músculos (Rational Unify Process)
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Arquitectura vs. complejidad
+ En la medida que la complejidad de los sistemas
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crece, los algoritmos y las estructuras de datos dejan
de convertirse en el mayor problema.
+ El diseño y especificación de la estructura general del
sistema emerge como un nuevo tipo de problema: el
diseño a nivel de arquitectura.
+ En aplicaciones OO las clases representan unidades
de granularidad muy fina; en sistemas grandes se
requiere hablar de unidades que represente una
funcionalidad mayor (módulos / subsistemas /
componentes de negocio)
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Arquitectura vs. complejidad (2)
Fuente: Architecture as a Business Competency. Bredemeyer Consulting
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Elementos relacionados con la arquitectura
Por qué?
Qué?
Cualidades
de la Arquitectura
Arquitectura
Satisface
Representación
de la arquitectura
Restringe
Produce
Tecnología
Quién?
Características
Del Sistema
Requerimientos
S/W
Atributos de
Calidad del sistema
Defines
Analiza
Arquitecto
Habilidades
Para qué?
Procesos
Define roles
Organización
Stakeholders
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Fuente: Rational Software
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Influencias hacia y desde la arquitectura
El ciclo ABC (Arquitecture Business Cycle)
Fuente: Linda Northrop. Cargnegie Melon University
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Influencias de los participantes sobre el
arquitecto
usuario
final
Funcionalidad
Rendimiento
Seguridad
usabilidad
gerente del
proyecto
Bajo costo
Rendimiento
del equipo
soporte
aplicativo
modificabilidad
arquitecto
líder de
mercadeo
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Corto tiempo en mercado
Bajo costo; ventajas con
productos similares
cliente
Bajo costo y tiempo
de entrega, que no cambie
muy a menudo
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Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de los
modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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Pasos generales de un proceso de
desarrollo basado en la arquitectura
+ 1. Evaluar la necesidad empresarial del sistema
– Asegurar que la organización requiere el sistema
– Cuánto costará el producto?
– Cuál es el mercado objetivo?
– Cuál es el tiempo de puesta en el mercado?
– Qué interacciones se requieren con otros sistemas?
+ 2. Entender los requerimientos
– Técnicas de elicitación de requisitos (casos de uso, escenarios)
– Para sistemas de seguridad crítica utilizar aproximaciones rigurosas
como máquinas de estado finito o lenguajes formales
– Cuáles son las características particulares del sistema con respecto
a otros sistemas (por ejemplo líneas de producto)?
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Pasos generales de un proceso basado en
la arquitectura (2)
+ 3. Crear o seleccionar la Arquitectura
– Cuáles son los estilos de arquitectura adecuados?
 Layer, MVC, Blackboard, Tuberias y Flitros, etc.
– Qué papel juegan las aplicaciones legado?
– Cuáles son las tácticas de arquitectura para cumplir un atributo de
calidad?
+ 4. Representar y comunicar la arquitectura
– Uso de modelos y de documentos de definición de arquitecturas
– Sesiones para comunicación y discusión de la arquitectura con
todos los stakeholders
+ 5. Analizar o evaluar la arquitectura
– Definir varias alternativas de arquitectura
– Utilizar métodos de evaluación de arquitectura
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Pasos generales de un proceso basado en
la arquitectura (3)
+
6. Implementar el sistema basado en la arquitectura
–
–
+
7. Asegurar que la implementación corresponde a la
arquitectura
–
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Implementar las interfaces definidas en la arquitectura
Tener un ambiente o infraestructura que asista activamente a los
desarrolladores en la creación y mantenimiento de la arquitectura
Establecer un proceso de monitoreo permanente para asegurar
que la arquitectura actual y su representación se mantienen
consistentes durante su operación y evolución
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La arquitectura y la propuesta del Proceso Unificado
Phases
Process Workflows
Inception
Elaboration
Construction
Transition
Business Modeling
Requirements
Analysis & Design
Implementation
Test
Deployment
Supporting Workflows
Configuration Mgmt
Management
Environment
Preliminary
Iteration(s)
Iter.
#1
Iter.
#2
Iter.
#n
Iter.
#n+1
Iter.
#n+2
Iter.
#n
Iter.
#n+1
Enfatiza la importancia de:
•Especificación precisa de requisitos no funcionales
•Pruebas de concepto de la arquitectura
•Definición de la línea base de la arquitectura
•Procesos formales de análisis y evaluación de la arquitectura
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Impactos del desarrollo basado en la
arquitectura En la ingeniería
•Importancia de modelos de alto nivel que luego se refinan
•Desarrollo basado en interfaces antes que clases
•Uso de patrones y tácticas de arquitectura
En la gestión del proyecto
Desarrollo
Basado en
la Arquitectura
•Estimar esfuerzo de construcción
•Plan de construcción de los CU según su
impacto en la arquitectura
•Nuevos esquemas de negociación del proyecto
•Nuevos esquemas de interacción cliente/proveedor
•La arquitectura como elemento para evaluar
riesgos
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En la calidad del producto
•Medición de la calidad “sobre
planos”
•Adopción de frameworks de
atributos de calidad
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Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de los
modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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Escenarios de atributos de calidad
+ Utilizados para:
– Precisar los atributos de calidad en la fase de definición de
requisitos
– Verificar el cumplimiento del contrato en las fases de diseño e
implantación
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Técnicas de apoyo al análisis y evaluación de
arquitecturas propuestas por el SEI
+ Para obtener los casos de negocio y entender los
requerimientos
– Quality Attribute Workshop (QAW)
+ Para crear o seleccionar la arquitectura
– Attribute Driven Desing (ADD)
+ Para documentar y comunicar la arquitectura
– View and Beyond Approach
+ Para analizar y evaluar la arquitectura
– Architecture Tradeoff Analysis Method (ATAM)
– Cost Benefit Analysis Method (CBAM)
– Software Architecture Analysis Method (SAAM)
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Árbol de calidad
(ATAM)
• Utilizado para articular
las metas esperadas del
sistema con respecto a
los atributos de calidad
• Las hojas del árbol
presentan los escenarios
considerados relevantes
a la arquitectura
• Se asignan peso a cada
rama del árbol según su
importancia y dificultad
de implementación
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Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de los
modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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Qué es un ADL (Architecture Definition
Language)?
+ “Un ADL enfoca en la descripción de la estructura de la
aplicación a alto nivel, en lugar de la descripción de la
implementación de cualquier módulo específico.”
+ ADL es un lenguaje que provee elementos para modelar la
arquitectura conceptual de un sistema software, distinguiéndola
de la implementación del sistema (Medvidovic&Taylor)
+ Constructores básicos de un ADL: Componentes, Conectores,
Configuraciones y Restricciones (Tracz, 1993).
+ El problema: Los lenguajes formales son difíciles de entender y
manejar en aplicaciones industriales
+ Reto: Convertir a UML en un lenguaje suficientemente preciso
para especificar una arquitectura
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Relación de ADL´s con otras notaciones y
herramientas
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Principales lenguajes ADL
+ ACME: Architectural interchange, predominantly at
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the structural level
+ Aesop: Specification of architectures in specific styles
+ C2: Architectures of highly-distributed, evolvable, and
dynamic systems
+ Darwin: Architectures of highly-distributed systems
whose dynamism is guided by strict formal
underpinnings
+ MetaH: Architectures in the guidance, navigation, and
control (GN&C) domain
+ Rapide: Modelling and simulation of the dynamic
behaviour described by an architecture
+ SADL: Formal refinement of architectures across
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Ejemplo de un ADL: Acme Studio
• Editor gráfico para diseño
de arquitecturas
• Diseño de estilos o
familias de arquitectura
• Implementado como plugin de Eclipse
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Alternativas de integración de UML
con ADL´s
+ Alternativa 1. Buscar correspondencia entre ADL´s
existentes y UML
ADL : Para el diseño de alto nivel
UML : Para el diseño detallado
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Correspondencia ADL & UML - Ejemplo en
C2
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Correspondencia ADL & UML - Ejemplo en
C2 (2)
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Alternativas de utilización de UML como
ADL
Alternativa 2. Adecuar UML por medio de estereotipos
+ Esta estrategia ha sido aplicada en lenguajes como C2 , Wright y
Rapide
+ Ventajas:
– Representa de manera explícita las restricciones arquitecturales a través
de OCL
– Entendible por los desarrolladores y soportado por herramientas CASE
– Las tareas de ingeniería inversa a través de estereotipos podrían
simplificarse
+ Desventajas:
– Dificultad para establecer los límites entre el diseño de la arquitectura y el
diseño detallado
– Incapacidad de las herramientas CASE para forzar el cumplimiento de
restricciones escritas en OCL
– Dificultad para representar en UML la semántica particular de algunos
lenguajes de ADL
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Alternativas de utilización de UML como
ADL
Alternativa 3. Extender UML
– Extender el metamodelo de UML para soportar directamente
los constructores de arquitectura
– Incorporar formalmente en UML nuevas capacidades de
modelado
– Se puede simplificar las tareas de generar la arquitectura a
partir del diseño
– Reto: Estandarizar el lenguaje sin incrementar demasiado la
complejidad de la especificación (¿?)
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Características de las extensiones de UML
2.0
+ Mayor riqueza semántica en la definición del
comportamiento del sistema
+ Facilidad para definir composición de elementos
– Composición estructural
– Composición del comportamiento
+ Conectores y puertos como constructores asociados a
los clasificadores (clases y componentes)
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UML2.0: Extensiones en la definición del
comportamiento en diagrama de secuencias
• Variaciones para expresar
– Paralelismo y alternativas
– Iteraciones y opcionalidad
– Excepciones
• Este cambio reduce el número de
diagramas requeridos para expresar
la funcionalidad
Operador
De la interacción
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sd ValidateCoin
:User
:VendingMachine
Insert(coin)
alt
Display(price)
else
RejectCoin()
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UML2.0: Facilidad para especificar el
comportamiento en diferentes niveles de detalle
• La línea de vida de un
objeto puede ser expandida
con el propósito de proveer
diferentes niveles de
abstracción
sd Decomposition
:Detector
create
:Controller
sd Overview
Insert(coin)
:User
:VendingMachine
ref Decomposition
Insert(coin)
ValidateCoin()
RejectCoin()
RejectCoin()
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UML2.0: Facilidad para factorizar
comportamientos comunes / alternativos
• Evita duplicación de
secuencias repetitivas
• Mayor consistencia con la
definición de flujos
obligatorios y opcionales
declarados en el caso de
uso
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sd BuyScenario
:User
:VendingMachine
ref
ChooseProduct
Display(price)
ref
ValidateCoin
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UML2.0: Facilidad para composición
estructural
La clase como una entidad stand-alone con
interfaces requeridas y provistas
VendingMachine
InsertCoin
Interface
Provista
Display
Interface
Requerida
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UML2.0: Facilidad para composición
estructural (2)
• Una misma clase con diferentes comportamientos
• Cada comportamiento representa un “puerto” de acceso a
la clase
• El puerto actua como un único punto de interacción de la
clase
composite port
port
pCtrl Maintenance
Detector
InsertCoin
CoinControl,
Counter
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UML2.0: Facilidad para composición
estructural (3)
• Permite descomposición jerárquica de la clase
• Los conectores son utilizados como asociaciones contextuales
Class
Part
VendingMachine
pCtrl
Counter
:Counter
:Detector
InsertCoin
InsertCoin
CoinControl
Display
:Controller
Display
Connector
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El modelo de arquitectura de UML: 4+1
vistas
Logical View
Implementation View
End-user
Functionality
Programmers
Software management
Use Case View
Process View
System integrators
Performance
Scalability
Throughput
Deployment View
System engineering
System topology
Delivery, installation
Communication
Fuente: Rational Software
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Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de
los modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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La promesa de MDA (Model Driven
Architecture)
De desarrollo basado en código a desarrollo basado en modelos
From:
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Automating Software Development with UML 2.0, Cris Cobryn
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Vista general de MDA
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Quién lidera la iniciativa de MDA?
+ El grupo OMG (Object Management
Group)
– MDA: “The new OMG baby”
+ Nueva orientación de las actividades de la
OMG
– Más allá de las propuestas de
middleware (CORBA)
– Influenciado por la amplia aceptación de
UML
+ Estándares que ha impulsado la OMG
–
–
–
–
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Meta Object FacilityTM (MOF)
Unified Modeling LanguageTM (UML)
Common Warehouse MetamodelTM (CWM)
XML Metadata InterchangeTM (XMI)
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Arquitectura de UML de cuatro niveles
(OMG)
the MOF
MMM
a particular
use of m
another UML
model m’
another
use of m
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an execution
X of
program P
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a UML
model m
the CWM
MM
a Pascal
program P
Level M1
Level M0
the UML
MM
the SPEM
MM
the Pascal
grammar
Level M2
EBNF
Level M3
Arquitectura de UML de cuatro niveles
(OMG): Ejemplo
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Estructura de extensión de los lenguajes
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El proceso de transformacion
+ La transformación es la generación automática de un
modelo fuente en un modelo objetivo, de acuerdo a unas
definiciones de transformación
+ Una definición de transformación esta conformada por un
conjunto de reglas que describen como el modelo en el
lenguaje fuente puede ser transformado en un modelo en el
lenguaje destino
+ Una regla de transformación es una descripción de uno o
más constructores en el lenguaje fuente que pueden ser
transformados en uno o mas constructores en el lenguaje
destino
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El proceso de transformación
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El proceso MDA: 1. Construcción del CIM
Modelo
Independiente
de
la Computación
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Modelo que representa
la semántica del
negocio
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El proceso MDA: 2. Transformación de CIM
a PIM
CIM
Modelo
Independiente
De
Plataforma
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Modelo detallado con
Pre y Post en (OCL) y
con semantica de
comportamiento
(Action Semantic)
El modelo representa
funcionalidad y
comportamiento sin
detalles de la
tecnología,
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El proceso MDA: 3. Probar PIM
CIM
Modelo
Independiente
De
Plataforma
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Entorno de
Animación del
Modelo
El proceso MDA: 4. Definir reglas de
transformación
CIM
Modelo
Independiente
De
Plataforma
Reglas de
Transformación
PIM - PSM
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Entorno de
Animación del
Modelo
El proceso MDA: 5. Marcar el modelo
CIM
Modelo
Independiente
De
Plataforma
Entorno de
Animación del
Modelo
+ Marcas para
transformación
Reglas de
Transformación
PIM - PSM
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El proceso MDA: 6. Generar PSM (PlatformSpecific Model)
CIM
PlatformIndependent
Model
Entorno de
Animación del
Modelo
+ Marcas para
transformación
CORBA
Model
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Mapear PIM a
tecnología de
middleware específica
El proceso MDA: 6. Mapear a múltiples
tecnologías
PlatformIndependent
Model
CORBA
Model
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Java/EJB
Model
Map a PIM to Many
Middleware
Technologies via OMG
Standard Mappings
XML/SOAP
Model
Other
Model
MDA tool applies an
standard mapping to
generate PlatformSpecific Model (PSM)
from the PIM. Code is
partially automatic,
partially hand-written.
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El proceso MDA: 7. Generación de código
PlatformIndependent
Model
CORBA
Model
CORBA
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Map PSM to application
interfaces, code, GUI
descriptors, SQL
queries, etc.
Java/EJB
Model
XML/SOAP
Model
Other
Model
Java/EJB
XML/SOAP
Other
Las herramientas MDA
generar la mayor parte
del código en la
tecnología específica
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El proceso MDA: 8. Integrar aplicaciones legado y
COTS
Reverse-engineer
existing application
into a model and
redeploy.
PlatformIndependent
Model
Legacy
App
COTS
App
Las herramientas MDA
para ingeniería reversa
apoyan el proceso de
integración de
aplicaciones legado
Other
Model
Other
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El proceso MDA: 9. Generación de adaptadores
(bridges)
PlatformIndependent
Model
CORBA
Model
MDA Tools
combine
application and
platform
knowledge to
generate bridges
XML/SOAP
Model
XML/SOAP
System
CORBA
System
Interop
Bridge
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Herramientas MDA
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Herramientas MDA (Libres)
+ UMT - (UML Model Transformation Tool
+ Model Transformation Framework (MTF)
+ open Architectureware Eclipse plugin
+ iQgen 2.0
+ Metadata Transformer/Generator (MTG)
+ Motion Modeling
+ The ATL Engine
+ MTL Engine
+ ModFact
+ Generative Model Transformer (GMT) (Surge
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OMELET)
+ Kent Modelling Framework (KMF)
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Herramientas MDA (Comerciales)
+ ArcStyler
+ MCC (Model Component Compiler)
+ Codagen Architect
+ OptimalJ
+ Xactium XMF Mosiac
+ SosyInc Modeler and Transformation Engine
+ Model-in-Action
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Clasificación de soluciones existentes
+ De modelo a código
– Visitor based: mecanismo para recorrer la representación interna del modelo y
generar el código (Ej. Jamda)
– Template based: (Ej: b+m Generator Framework, JET, FUUT-je, Codagen
Architect, AndroMDA, ArcStyler, OptimalJ and XDE)
+ De modelo a modelo
– direct-manipulation: Generalmente implementadas como framework OO como una
–
–
–
–
–
estructura para organizar las transformaciones (Ej: jamda, jmi)
Relational:Aproximaciones declarativas basadas en relaciones matemáticas
utilizando lenguajes lógicos (ej: F-Logic)
graph-transformation-based: Se utilizan grafos para expresar en un único
formalismo los diferentes modelos (Ej:VIATRA, ATOM, GreAT, UMLX, and BOTL)
structure-driven: Realiza la transformación en dos fases: en la primera fase se
crea la estructura jerárquica del modelo destino y en la segunda fase se
actualizan las propiedades y referencias en el modelo destino (ej: OptimaJ, IOPT).
Practica para transformación a plataformas como J2EE
hybrid approaches. Combinan diferentes técnicas de las categorías anteriores (Ej:
TRL combina aproximacion declarativa e imperativa; ATL puede ser
completamente declarativa, híbidra o totalmente imperativa)
transformación utilizando XSLT. Dificultades: baja escalabilidad, dificultad para
escribir las reglas de transformación
+ Jamda, XDE, OptimalJ permite ambas
transformaciones
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XXV Salón de Informática “Arquitecturas Empresariales de Software” Septiembre 28-Octubre 01 de 2005
Agenda Conferencia
+ Motivación
+ El proceso de desarrollo basado en la arquitectura
+ Evaluación de la arquitectura
+ Lenguajes para representación de la arquitectura
+ MDA una propuesta de arquitectura alrededor de los
modelos
+ Conclusiones y Preguntas
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XXV Salón de Informática “Arquitecturas Empresariales de Software” Septiembre 28-Octubre 01 de 2005
Conclusiones
+ La arquitectura como estrategia para enfrentar la
complejidad de los sistemas actuales
+ Las actividades alrededor de la arquitectura deben
integrarse al proceso de desarrollo
+ UML2.0 provee facilidades para definición de la
arquitectura
+ MDA como enfoque de desarrollo donde los modelos
son los constructores de primera clase
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XXV Salón de Informática “Arquitecturas Empresariales de Software” Septiembre 28-Octubre 01 de 2005
¿Preguntas?
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