Traceability support in software product lines

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática.Traceability is becoming a necessary quality of any modern software system. The complexity in modern systems is such that, if we cannot rely on good techniques and tools it becomes an unsustainable burden, where software artifacts can hardly be linked to their initial requirements. Modern software systems are composed by a many artifacts (models, code, etc.). Any change in one of them may have repercussions on many components. The assessment of this impact usually comes at a high cost and is highly error-prone. This complexity inherent to software development increases when it comes to Software Product Line Engineering. Traceability aims to respond to this challenge, by linking all the software artifacts that are used, in order to reason about how they influence each others. We propose to specify, design and implement an extensible Traceability Framework that will allow developers to provide traceability for a product line, or the possibility to extend it for other development scenarios. This MSc thesis work is to develop an extensible framework, using Model-Driven techniques and technologies, to provide traceability support for product lines. We also wish to provide basic and advanced traceability queries, and traceability views designed for the needs of each user

Combining the Continuous Integration Practice and the Model-Driven Engineering Approach

The software development approach called model-driven engineering has become increasingly widespread. The continuous integration practice has also been gaining the importance. Some works have shown that both can improve the software development process. The problem is that the model-driven engineering is still a very active research topic lacking its maturity, what translates into difficulties in optimal incorporation of the continuous integration practice in the process. We present an experience report in which we show the problems we have detected in a real project and how we have solved them. Thus, we increase the productivity of development and the non-technical people are able to modify already deployed applications. Finally, we incorporate an evaluation that shows the benefits of the proposed union

Combining the Continuous Integration Practice and the Model-Driven Engineering Approach

The software development approach called model-driven engineering has become increasingly widespread. The continuous integration practice has also been gaining the importance. Some works have shown that both can improve the software development process. The problem is that the model-driven engineering is still a very active research topic lacking its maturity, what translates into difficulties in optimal incorporation of the continuous integration practice in the process. We present an experience report in which we show the problems we have detected in a real project and how we have solved them. Thus, we increase the productivity of development and the non-technical people are able to modify already deployed applications. Finally, we incorporate an evaluation that shows the benefits of the proposed union

Towards maintainer script modernization in FOSS distributions

Free and Open Source Software (FOSS) distributions are complex software systems, made of thousands packages that evolve rapidly, independently, and without centralized coordination. During packages upgrades, corner case failures can be encountered and are hard to deal with, especially when they are due to misbehaving maintainer scripts: executable code snippets used to finalize package configuration. In this paper we report a software modernization experience, the process of representing existing legacy systems in terms of models, applied to FOSS distributions. We present a process to define meta-models that enable dealing with upgrade failures and help rolling back from them, taking into account maintainer scripts. The process has been applied to widely used FOSS distributions and we report about such experiences

A framework for evaluating the quality of modelling languages in MDE environments

This thesis presents the Multiple Modelling Quality Evaluation Framework method (hereinafter MMQEF), which is a conceptual, methodological, and technological framework for evaluating quality issues in modelling languages and modelling elements by the application of a taxonomic analysis. It derives some analytic procedures that support the detection of quality issues in model-driven projects, such as the suitability of modelling languages, traces between abstraction levels, specification for model transformations, and integration between modelling proposals. MMQEF also suggests metrics to perform analytic procedures based on the classification obtained for the modelling languages and artifacts under evaluation. MMQEF uses a taxonomy that is extracted from the Zachman framework for Information Systems (Zachman, 1987; Sowa and Zachman, 1992), which proposed a visual language to classify elements that are part of an Information System (IS). These elements can be from organizational to technical artifacts. The visual language contains a bi-dimensional matrix for classifying IS elements (generally expressed as models) and a set of seven rules to perform the classification. As an evaluation method, MMQEF defines activities in order to derive quality analytics based on the classification applied on modelling languages and elements. The Zachman framework was chosen because it was one of the first and most precise proposals for a reference architecture for IS, which is recognized by important standards such as the ISO 42010 (612, 2011). This thesis presents the conceptual foundation of the evaluation framework, which is based on the definition of quality for model-driven engineering (MDE). The methodological and technological support of MMQEF is also described. Finally, some validations for MMQEF are reported.Esta tesis presenta el método MMQEF (Multiple Modelling Quality Evaluation Framework), el cual es un marco de trabajo conceptual, metodológico y tecnológico para evaluar aspectos de calidad sobre lenguajes y elementos de modelado mediante la aplicación de análisis taxonómico. El método deriva procedimientos analíticos que soportan la detección de aspectos de calidad en proyectos model-driven tales como: idoneidad de lenguajes de modelado, trazabilidad entre niveles de abstracción, especificación de transformación de modelos, e integración de propuestas de modelado. MMQEF también sugiere métricas para ejecutar procedimientos analíticos basados en la clasificación obtenida para los lenguajes y artefactos de modelado bajo evaluación. MMQEF usa una taxonomía para Sistemas de Información basada en el framework Zachman (Zachman, 1987; Sowa and Zachman, 1992). Dicha taxonomía propone un lenguaje visual para clasificar elementos que hacen parte de un Sistema de Información. Los elementos pueden ser artefactos asociados a niveles desde organizacionales hasta técnicos. El lenguaje visual contiene una matriz bidimensional para clasificar elementos de Sistemas de Información, y un conjunto de siete reglas para ejecutar la clasificación. Como método de evaluación MMEQF define actividades para derivar analíticas de calidad basadas en la clasificación aplicada sobre lenguajes y elementos de modelado. El marco Zachman fue seleccionado debido a que éste fue una de las primeras y más precisas propuestas de arquitectura de referencia para Sistemas de Información, siendo ésto reconocido por destacados estándares como ISO 42010 (612, 2011). Esta tesis presenta los fundamentos conceptuales del método de evaluación basado en el análisis de la definición de calidad en la ingeniería dirigida por modelos (MDE). Posteriormente se describe el soporte metodológico y tecnológico de MMQEF, y finalmente se reportan validaciones.Aquesta tesi presenta el mètode MMQEF (Multiple Modelling Quality Evaluation Framework), el qual és un marc de treball conceptual, metodològic i tecnològic per avaluar aspectes de qualitat sobre llenguatges i elements de modelatge mitjançant l'aplicació d'anàlisi taxonòmic. El mètode deriva procediments analítics que suporten la detecció d'aspectes de qualitat en projectes model-driven com ara: idoneïtat de llenguatges de modelatge, traçabilitat entre nivells d'abstracció, especificació de transformació de models, i integració de propostes de modelatge. MMQEF també suggereix mètriques per executar procediments analítics basats en la classificació obtinguda pels llenguatges i artefactes de mode-lat avaluats. MMQEF fa servir una taxonomia per a Sistemes d'Informació basada en el framework Zachman (Zachman, 1987; Sowa and Zachman, 1992). Aquesta taxonomia proposa un llenguatge visual per classificar elements que fan part d'un Sistema d'Informació. Els elements poden ser artefactes associats a nivells des organitzacionals fins tècnics. El llenguatge visual conté una matriu bidimensional per classificar elements de Sistemes d'Informació, i un conjunt de set regles per executar la classificació. Com a mètode d'avaluació MMEQF defineix activitats per derivar analítiques de qualitat basades en la classificació aplicada sobre llenguatges i elements de modelatge. El marc Zachman va ser seleccionat a causa de que aquest va ser una de les primeres i més precises propostes d'arquitectura de referència per a Sistemes d'Informació, sent això reconegut per destacats estàndards com ISO 42010 (612, 2011). Aquesta tesi presenta els fonaments conceptuals del mètode d'avaluació basat en l'anàlisi de la definició de qualitat en l'enginyeria dirigida per models (MDE). Posteriorment es descriu el suport metodològic i tecnològic de MMQEF, i finalment es reporten validacions.Giraldo Velásquez, FD. (2017). A framework for evaluating the quality of modelling languages in MDE environments [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90628TESI

A Model-Driven Approach for the Design, Implementation, and Execution of Software Development Methods

[EN] Software development projects are diverse in nature. For this reason, software companies are often forced to define their methods in-house. In order to define methods efficiently and effectively, software companies require systematic solutions that are built upon sound methodical foundations. Providing these solutions is the main goal of the Method Engineering discipline. Method Engineering is the discipline to design, construct, and adapt methods, techniques, and tools for the development of information systems. Over the last two decades, a lot of research work has been performed in this area. However, despite its potential benefits, Method Engineering is not widely used in industrial settings. Some of the causes of this reality are the high theoretical complexity of Method Engineering and the lack of adequate software support. In this thesis, we aim to mitigate some of the problems that affect Method Engineering by providing a novel methodological approach that is built upon Model-Driven Engineering (MDE) foundations. The use of MDE enables a rise in abstraction, automation, and reuse that allows us to alleviate the complexity of our Method Engineering approach. Furthermore, by leveraging MDE techniques (such as metamodeling, model transformations, and models at runtime), our approach supports three phases of the Method Engineering lifecycle: design, implementation, and execution. This is unlike traditional Method Engineering approaches, which, in general, only support one of these phases. In order to provide software support for our proposal, we developed a Computer-Aided Method Engineering (CAME) environment that is called MOSKitt4ME. To ensure that MOSKitt4ME offered the necessary functionality, we identified a set of functional requirements prior to developing the tool. Then, after these requirements were identified, we defined the architecture of our CAME environment, and, finally, we implemented the architecture in the context of Eclipse. The thesis work was evaluated by means of a study that involved the participation of end users. In this study, MOSKitt4ME was assessed by means of the Technology Acceptance Model (TAM) and the Think Aloud method. While the TAM allowed us to measure usefulness and ease of use in a subjective manner, the Think Aloud method allowed us to analyze these measures objectively. Overall, the results were favorable. MOSKitt4ME was highly rated in perceived usefulness and ease of use; we also obtained positive results with respect to the users' actual performance and the difficulty experienced.[ES] Los proyectos de desarrollo de software son diversos por naturaleza. Por este motivo, las compañías de software se ven forzadas frecuentemente a definir sus métodos de manera interna. Para poder definir métodos de forma efectiva y eficiente, las compañías necesitan soluciones sistemáticas que estén definidas sobre unos fundamentos metodológicos sólidos. Proporcionar estas soluciones es el principal objetivo de la Ingeniería de Métodos. La Ingeniería de Métodos es la disciplina que aborda el diseño, la construcción y la adaptación de métodos, técnicas y herramientas para el desarrollo de sistemas de información. Durante las dos últimas décadas, se ha llevado a cabo mucho trabajo de investigación en esta área. Sin embargo, pese a sus potenciales beneficios, la Ingeniería de Métodos no se aplica ampliamente en contextos industriales. Algunas de las principales causas de esta situación son la alta complejidad teórica de la Ingeniería de Métodos y la falta de un apropiado soporte software. En esta tesis, pretendemos mitigar algunos de los problemas que afectan a la Ingeniería de Métodos proporcionando una propuesta metodológica innovadora que está basada en la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE). El uso de MDE permite elevar el nivel de abstracción, automatización y reuso, lo que posibilita una reducción de la complejidad de nuestra propuesta. Además, aprovechando técnicas de MDE (como por ejemplo el metamodelado, las transformaciones de modelos y los modelos en tiempo de ejecución), nuestra aproximación da soporte a tres fases del ciclo de vida de la Ingeniería de Métodos: diseño, implementación y ejecución. Esto es a diferencia de las propuestas existentes, las cuales, por lo general, sólo dan soporte a una de estas fases. Con el objetivo de proporcionar soporte software para nuestra propuesta, implementamos una herramienta CAME (Computer-Aided Method Engineering) llamada MOSKitt4ME. Para garantizar que MOSKitt4ME proporcionaba la funcionalidad necesaria, definimos un conjunto de requisitos funcionales como paso previo al desarrollo de la herramienta. Tras la definción de estos requisitos, definimos la arquitectura de la herramienta CAME y, finalmente, implementamos la arquitectura en el contexto de Eclipse. El trabajo desarrollado en esta tesis se evaluó por medio de un estudio donde participaron usuarios finales. En este estudio, MOSKitt4ME se evaluó por medio del Technology Acceptance Model (TAM) y del método Think Aloud. Mientras que el TAM permitió medir utilidad y facilidad de uso de forma subjetiva, el método Think Aloud permitió analizar estas medidas objetivamente. En general, los resultados obtenidos fueron favorables. MOSKitt4ME fue valorado de forma positiva en cuanto a utilidad y facilidad de uso percibida; además, obtuvimos resultados positivos en cuanto al rendimiento objetivo de los usuarios y la dificultad experimentada.[CA] Els projectes de desenvolupament de programari són diversos per naturalesa. Per aquest motiu, les companyies es veuen forçades freqüenment a definir els seus mètodes de manera interna. Per poder definir mètodes de forma efectiva i eficient, les companyies necessiten solucions sistemàtiques que estiguin definides sobre uns fundaments metodològics sòlids. Proporcionar aquestes solucions és el principal objectiu de l'Enginyeria de Mètodes. L'Enginyeria de Mètodes és la disciplina que aborda el diseny, la construcció i l'adaptació de mètodes, tècniques i eines per al desenvolupament de sistemes d'informació. Durant les dues últimes dècades, s'ha dut a terme molt de treball de recerca en aquesta àrea. No obstant, malgrat els seus potencials beneficis, l'Enginyeria de Mètodes no s'aplica àmpliament en contextes industrials. Algunes de les principals causes d'aquesta situació són l'alta complexitat teòrica de l'Enginyeria de Mètodes i la falta d'un apropiat suport de programari. En aquesta tesi, pretenem mitigar alguns dels problemes que afecten a l'Enginyeria de Mètodes proporcionant una proposta metodològica innovadora que està basada en l'Enginyeria Dirigida per Models (MDE). L'ús de MDE ens permet elevar el nivell d'abstracció, automatització i reutilització, possibilitant una reducció de la complexitat de la nostra proposta. A més a més, aprofitant tècniques de MDE (com per exemple el metamodelat, les transformacions de models i els models en temps d'execució), la nostra aproximació suporta tres fases del cicle de vida de l'Enginyeria de Mètodes: diseny, implementació i execució. Açò és a diferència de les propostes existents, les quals, en general, només suporten una d'aquestes fases. Amb l'objectiu de proporcionar suport de programari per a la nostra proposta, implementàrem una eina CAME (Computer-Aided Method Engineering) anomenada MOSKitt4ME. Per garantir que MOSKitt4ME oferia la funcionalitat necessària, definírem un conjunt de requisits funcionals com a pas previ al desenvolupament de l'eina. Després de la definició d'aquests requisits, definírem la arquitectura de l'eina CAME i, finalment, implementàrem l'arquitectura en el contexte d'Eclipse. El treball desenvolupat en aquesta tesi es va avaluar per mitjà d'un estudi on van participar usuaris finals. En aquest estudi, MOSKitt4ME es va avaluar per mitjà del Technology Acceptance Model (TAM) i el mètode Think Aloud. Mentre que el TAM va permetre mesurar utilitat i facilitat d'ús de manera subjectiva, el mètode Think Aloud va permetre analitzar aquestes mesures objectivament. En general, els resultats obtinguts van ser favorables. MOSKitt4ME va ser valorat de forma positiva pel que fa a utilitat i facilitat d'ús percebuda; a més a més, vam obtenir resultats positius pel que fa al rendiment objectiu dels usuaris i a la dificultat experimentada.Cervera Úbeda, M. (2015). A Model-Driven Approach for the Design, Implementation, and Execution of Software Development Methods [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53931TESI

Heterogeneous verification of model transformations

Esta tesis trata sobre la verificación formal en el contexto de la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE por sus siglas en inglés). El paradigma propone un ciclo de vida de la ingeniería de software basado en una abstracción de su complejidad a través de la definición de modelos y en un proceso de construcción (semi)automático guiado por transformaciones de estos modelos. Nuestro propósito es abordar la verificación de transformaciones de modelos la cual incluye, por extensión, la verificación de sus modelos. Comenzamos analizando la literatura relacionada con la verificación de transformaciones de modelos para concluir que la heterogeneidad de las propiedades que interesa verificar y de los enfoques para hacerlo, sugiere la necesidad de utilizar diversos dominios lógicos, lo cual es la base de nuestra propuesta. En algunos casos puede ser necesario realizar una verificación heterogénea, es decir, utilizar diferentes formalismos para la verificación de cada una de las partes del problema completo. Además, es beneficioso permitir a los expertos formales elegir el dominio en el que se encuentran más capacitados para llevar a cabo una prueba formal. El principal problema reside en que el mantenimiento de múltiples representaciones formales de los elementos de MDE en diferentes dominios lógicos, puede ser costoso si no existe soporte automático o una relación formal clara entre estas representaciones. Motivados por esto, definimos un entorno unificado que permite la verificación formal transformaciones de modelos mediante el uso de métodos de verificación heterogéneos, de forma tal que es posible automatizar la traducción formal de los elementos de MDE entre dominios logicos. Nos basamos formalmente en la Teoría de Instituciones, la cual proporciona una base sólida para la representación de los elementos de MDE (a través de instituciones) sin depender de ningúningún dominio lógico específico. También proporciona una forma de especificar traducciones (a través de comorfismos) que preservan la semántica entre estos elementos y otros dominios lógicos. Nos basamos en estándares para la especificación de los elementos de MDE. De hecho, definimos una institución para la buena formación de los modelos especificada con una versión simplificada del MetaObject Facility y otra institución para transformaciones utilizando Query/View/Transformation Relations. No obstante, la idea puede ser generalizada a otros enfoques de transformación y lenguajes.Por último, demostramos la viabilidad del entorno mediante el desarrollo de un prototipo funcional soportado por el Heterogeneous Tool Set (HETS). HETS permite realizar una especificación heterogénea y provee facilidades para el monitoreo de su corrección global. Los elementos de MDE se conectan con otras lógicas ya soportadas en HETS (por ejemplo: lógica de primer orden, lógica modal, entre otras) a través del Common Algebraic Specification Language (CASL). Esta conexión se expresa teóricamente mediante comorfismos desde las instituciones de MDE a la institución subyacente en CASL. Finalmente, discutimos las principales contribuciones de la tesis. Esto deriva en futuras líneas de investigación que contribuyen a la adopción de métodos formales para la verificación en el contexto de MDE.This thesis is about formal verification in the context of the Model-Driven Engineering (MDE) paradigm. The paradigm proposes a software engineering life-cycle based on an abstraction from its complexity by defining models, and on a (semi)automatic construction process driven by model transformations. Our purpose is to address the verification of model transformations which includes, by extension, the verification of their models. We first review the literature on the verification of model transformations to conclude that the heterogeneity we find in the properties of interest to verify, and in the verification approaches, suggests the need of using different logical domains, which is the base of our proposal. In some cases it can be necessary to perform a heterogeneous verification, i.e. using different formalisms for the verification of each part of the whole problem. Moreover, it is useful to allow formal experts to choose the domain in which they are more skilled to address a formal proof. The main problem is that the maintenance of multiple formal representations of the MDE elements in different logical domains, can be expensive if there is no automated assistance or a clear formal relation between these representations. Motivated by this, we define a unified environment that allows formal verification of model transformations using heterogeneous verification approaches, in such a way that the formal translations of the MDE elements between logical domains can be automated. We formally base the environment on the Theory of Institutions, which provides a sound basis for representing MDE elements (as so called institutions) without depending on any specific logical domain. It also provides a way for specifying semantic-preserving translations (as so called comorphisms) from these elements to other logical domains. We use standards for the specification of the MDE elements. In fact, we define an institution for the well-formedness of models specified with a simplified version of the MetaObject Facility, and another institution for Query/View/Transformation Relations transformations. However, the idea can be generalized to other transformation approaches and languages. Finally, we evidence the feasibility of the environment by the development of a functional prototype supported by the Heterogeneous Tool Set (HETS). HETS supports heterogeneous specifications and provides capabilities for monitoring their overall correctness. The MDE elements are connected to the other logics already supported in HETS (e.g. first-order logic, modal logic, among others) through the Common Algebraic Specification Language (CASL). This connection is defined by means of comorphisms from the MDE institutions to the underlying institution of CASL. We carry out a final discussion of the main contributions of this thesis. This results in future research directions which contribute with the adoption of formal tools for the verification in the context of MDE