Especificación y Verificación de Transformaciones de Modelos

Horacio LópezFernando VaresiMarcelo Viñolo

Situación

Especificación E1

Implementación I1

Especificación E2

Implementación I2

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Desarrollo Guiado por Modelos (Model Driven Development, MDD)

•Enfoque de ingeniería de software basado en el

modelado de un sistema como la principal actividad del desarrollo y la construcción

del mismo guiada por transformaciones de

dichos modelos.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

refiererefiere

escribe

Transformación de modelos

Metamodelo Origen

Metamodelo Destino

Definición de Transformació

n

Motor de Transformacion

es

Modelo Destino

Modelo Origen

conforma conformaejecuta

lee

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Aplicaciones de transformaciones•Generar modelos de bajo nivel

(eventualmente código) a partir de modelos de alto nivel

• Ingeniería inversa de modelos de alto nivel a partir de modelos de bajo nivel o código.

•Mapeo y sincronización entre modelos.

•Crear vistas de un sistema basadas en una consulta

•Evolucionar modelos (ej: refactoring)

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Descripción del proyecto

•Objetivos:▫Realizar un estudio del estado del arte

sobre: lenguajes y herramientas existentes para la

especificación de transformaciones de modelos

verificación de estas transformaciones

▫Aplicación de lo relevado a nivel práctico a un caso de estudio.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Descripción del proyecto•Resultados esperados:

▫Estudio del marco teórico de MDD y de la transformación de modelos.

▫1er. reporte técnico: lenguajes y mecanismos para especificar transformaciones de modelos.

▫2do. reporte técnico: técnicas y herramientas de validación y verificación de modelos y de transformaciones.

▫Aplicación práctica de los resultados mediante un caso de estudio.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Lenguajes y Herramientas de Transformación

Lenguajes y Herramientas

•Relevamiento de trabajos actuales sobre especificación de transformaciones

•Caracterización:▫Generales▫Metamodelos▫Reglas de transformación

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Caracterización de los enfoques de transformación•Modelo-Modelo y Modelo-Texto•Características generales

▫Múltiples modelos origen/destino?▫Transformación “in-place”?▫Incrementabilidad▫Multidireccionalidad?▫Mecanismos de trazabilidad?

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Caracterización de los enfoques de transformación•Características de los metamodelos

▫Transformación endógena o exógena▫Transformación horizontal o vertical

horizontal vertical

endógena refactoring refinamiento

exógena traducción o migración de lenguaje

generación de código

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Caracterización de los enfoques de transformación•Características de las reglas de

transformación▫Precondiciones de aplicación (guardas)▫Parametrización y re-uso de reglas▫Detección y órden de aplicación

Éstas y otras características fueron documentadas

en el primer reporte técnico.

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Enfoques de transformación

•Manipulación directa•Operacional•Relacionales•Basados en transformaciones de grafos•Híbridos

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Enfoques de Transformación• Manipulación directa

▫Lenguaje de propósito general▫Representación de modelos adecuada al lenguaje.▫Ausencia de mecanismos dedicados a

transformaciones.▫Ejemplo: SiTra

• Operacional▫Similar a programación imperativa.▫ Incorpora mecanismos de trazabilidad, etc.▫Orden de ejecución explícito.▫Ejemplos: Kermeta, QVT-Operational

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Enfoques de Transformación

•Relacionales▫El concepto principal son relaciones

matemáticas entre modelo origen y destino.▫Alto nivel de abstracción (mayor

legibilidad)▫En general, no admite actualizaciones in-

place.▫Creación de elementos es implícita.▫Orden de ejecución no es explícito.

pero se puede condicionar mediante precondiciones

▫Ejemplos: Tefkat, QVT-Relations

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Enfoques de Transformación

•Basados en Transformaciones de Grafos▫Se utilizan grafos tipados, con atributos y

etiquetas.▫Reglas se componen de un lado izquierdo y

derecho.▫Propiedades matemáticas basadas en la

teoría subyacente (ej: alcanzabilidad de un nodo).

▫Ejemplos: AGG, AToM3, Viatra, MOLA

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Enfoques de Transformación• Híbridos

▫Combina enfoques anteriores para sumar ventajas.

▫QVT Estándar definido por OMG. Emplea OCL y MOF. Transformaciones modelo-modelo

▫ATL Sigue lineamientos de QVT RFP Transformaciones unidireccionales Modelo origen es read-only Modelo destino es write-only

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Verificación de Transformaciones de Modelos

Verificación de transformaciones•Relevamiento de trabajos actuales sobre

verificación▫Categorización▫Análisis de características, fortalezas y

debilidades

•Categorías▫Casos de prueba▫Model-checking▫Métodos deductivos

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Casos de prueba•Verificación dinámica a nivel de modelos•Se trabaja sobre un conjunto representativo

del dominio.•Pasos:

▫Generación Complejidad de exploración del espacio de

modelos▫Validación▫Ejecución

Cómo generar el resultado esperado? Cómo comparar resultados?

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Model-Checking• Verificación dinámica (modelos) o estática (transf.)• Prueba autómatica de propiedades sobre modelos

y/o transformaciones• Ambos deben ser expresados como grafos• Fortalezas:

▫Facilidad de uso▫No requiere asistencia del usuario

• Debilidades:▫Lenguaje restringido para asegurar automaticidad▫Complejidad crece exponencialmente con el tamaño

del modelo.

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Métodos Deductivos• Verificación estática a nivel de metamodelos• Centrado en la realización de pruebas formales• Especificaciones formales de los metamodelos y

transf.• Fortalezas:

▫ Brinda certeza absoluta▫ Lenguaje expresivo de propiedades▫ Generación de implementaciones de transformación

correctas• Debilidades:

▫ Verificación manual o semi-automática.▫ Requiere experiencia en lenguajes formales y/o

herramientas matemáticas

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Caso de Estudio

Caso de estudio

•Aplicación de conocimientos sobre transformaciones

•Enmarcado en una técnica de verificación que utiliza métodos deductivos.

•A continuación…▫Técnica de verificación▫Transformación desarrollada▫Diseño prototipo

Técnica de Verificación

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Especificación formal de

metamodelos en Coq

Traducción de reglas de transf. a fórmulas lógicas

Elaboración de prueba formal

Transformación del prototipo

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refiererefiere

escribe

Metametamodelo KM3

Metametamodelo Coq

Definición de Transformació

n

Motor de Transformacion

es

Metamodelo destino en Coq

Metamodelo origen en KM3

conforma conformaejecuta

lee

KM3 – Coq

•KM3▫Lenguaje de metamodelado textual▫Sintaxis similar a Java▫Popular en comunidad de usuarios de ATL

•Coq▫Asistente de pruebas que permite :

Expresar modelos matemáticos complejos Expresar propiedades sobre los modelos Verificar propiedades

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Proceso de transformación

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Modelo origenMetamodelo UML en UML Metamodelo UML en KM3

package UML {abstract class Classifier {attribute name : String;}

class Class extends Classifier {

reference pack : Package

…}……

}

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Transformación ATL

•Especificación puramente declarativa (relacional).

•Relaciones:▫Clase => Tipo Inductivo (TI)▫Atributo/Referencia => Componente del TI▫Identidad de objetos => Componente oid▫Herencia => Componente del TI

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Transformación ATLrule AbstractClass2InductiveType {from

i: KM3!Class (i.isAbstract)to

o: COQ!InductiveType (isAbstract <- i.isAbstract,name <- i.name,hasComponents <- i.structuralFeatures,subTypes <- i.subclasses,superTypes <- i.supertypes

)}

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Transformación Xtext

•Basado en templates (Xpand)•Traducción a sintaxis Coq.•Genera funciones auxiliares para la

construcción de pruebas formales:▫Proyecciones▫Comparación de objetos▫Casting▫Chequeo de tipos

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

ResultadoModelo Origen Modelo Destino

package UML {abstract class Classifier {

attribute name : String;}

class Class extends Classifier {

reference pack : Package

…}……

}

Inductive Classifier : Set := | Build_Classifier (name :

string) (subClass : option Class)

withClass : Set := | Build_Class (oid : nat)

(pack : Package)……

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Conclusiones

Conclusiones…• Existe una gran diversidad de técnicas,

herramientas y lenguajes de transformación de modelos.

• El enfoque a utilizar depende de la naturaleza del problema y no existe uno que contemple todas las necesidades posibles.

• El primer reporte técnico presenta una taxonomía que permite clasificar los enfoques y seleccionar el más adecuado para un problema particular.

• Entornos y herramientas “inmaduros” y en permanente perfeccionamiento.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Conclusiones…

•Las técnicas de verificación difieren en el grado de certeza que brindan.

•Trabajan en diferentes niveles de abstracción

•El segundo reporte técnico presenta una clasificación y descripción de técnicas de verificación.

•Las herramientas que asisten la verificación en gral. no se encuentran integradas a las de desarrollo.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

Conclusiones

•Se implementó un prototipo para semi-automatizar una técnica de verificación basada en métodos deductivos.

Introducción – Enfoques – Verificación – Caso de Estudio – Conclusiones

GRACIAS