Refactoring Delta-Oriented Product Lines to achieve Monotonicity

Delta-oriented programming (DOP) is a flexible transformational approach to implement software product lines. In delta-oriented product lines, variants are generated by applying operations contained in delta modules to a (possibly empty) base program. These operations can add, remove or modify named elements in a program (e.g., classes, methods and fields in a Java program). This paper presents algorithms for refactoring a delta-oriented product line into monotonic form, i.e., either to contain add and modify operations only (monotonic increasing) or to contain remove and modify operations only (monotonic decreasing). Because of their simpler structure, monotonic delta-oriented product lines are easier to analyze. The algorithms are formalized by means of a core calculus for DOP of product lines of Java programs and their correctness and complexity are given

Engineering Delta Modeling Languages

Delta modeling is a modular, yet flexible approach to capture spatial and temporal variability by explicitly representing the differences between system variants or versions. The conceptual idea of delta modeling is language-independent. But, in order to apply delta modeling for a concrete language, so far, a delta language had to be manually developed on top of the base language leading to a large variety of heterogeneous language concepts. In this paper, we present a process that allows deriving a delta language from the grammar of a given base language. Our approach relies on an automatically generated language extension that can be manually adapted to meet domain-specific needs. We illustrate our approach using delta modeling on a textual variant of statecharts.Comment: 10 pages, 8 figures. Proceedings of the 17th International Software Product Line Conference, Tokyo, September 2013, pp.22-31, ACM, 201

Evolving Delta-oriented Software Product Line Architectures

Abstract. Diversity is prevalent in modern software systems. Several system variants exist at the same time in order to adapt to changing user requirements. Additionally, software systems evolve over time in order to adjust to unanticipated changes in their application environment. In modern software development, software architecture modeling is an important means to deal with system complexity by architectural decomposition. This leads to the need of architectural description languages that can represent spatial and temporal variability. In this paper, we present delta modeling of software architectures as a uniform modeling formalism for architectural variability in space and in time. In order to avoid degeneration of the product line model under system evolution, we present refactoring techniques to maintain and improve the quality of the variability model. Using a running example from the automotive domain, we evaluate our approach by carrying out a case study that compares delta modeling with annotative variability modeling.

Extração e evolução de linhas de produtos de software usando Delta-Oriented Programming : um relato de experiência

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2019.Delta-Oriented Programming (DOP) é uma abordagem flexível e modular para a implementação de Linha de Produtos de Software (LPS). Desde 2010, ano em que a abordagem foi proposta, vários trabalhos sobre DOP foram publicados. Entretanto, após a condução de um estudo de mapeamento sistemático da literatura para analisar as reais implicações da técnica, notou-se que poucos desses trabalhos avaliavam de forma rigorosa os aspectos relacionados à evolução de LPS em DOP. Assim sendo, este trabalho apresenta um relato das implicações do uso dessa abordagem através de três diferentes perspectivas: (i) a extração e evolução de um aplicativo mobile em uma linha de produtos usando a DOP; (ii) a caracterização dos cenários de evolução segura e parcialmente segura de DOP através dos templates existentes na literatura; e (iii) uma análise em relação à propagação de mudanças e modularidade da técnica durante o seu processo de evolução. Os resultados mostraram que, apesar da técnica possuir uma maior aderência ao princípio open-closed, o seu uso pode não ser apropriado caso o principal interesse seja a evolução modular de features da linha de produtos, além de que, atualmente, a técnica ainda está limitada ao desenvolvimento em Java, em virtude da falta de plugins ou ferramentas que suportar outras linguagens de programação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Delta-OrientedProgramming(DOP)isaflexibleandmodularapproachtoSoftwareProduct Line (SPL) implementation. Since 2010, the year the approach was proposed, several papers about DOP have been published. However, after conducting a systematic literature mapping study to analyze the real implications of the technique, it was noted that fewofthesestudiesrigorouslyevaluatedtheaspectsrelatedtotheevolutionofSPLdeltaoriented. Therefore, this work reports the implications of using this approach from three different perspectives: (i) extracting and evolving an Android application to a SPL using DOP; (ii) the characterization of safe and partially safe delta-oriented evolution scenarios throughthetemplatesexistingintheliterature; and(iii)ananalysisregardingthechange impact and modularity properties of the technique during its evolution process. The results showed that, although the technique has a greater adherence to the open-closed principle, its use may not be appropriate if the main interest is the modular evolution of product line features, and currently the technique is still limited to Java development because of the lack of plugins or tools that support other programming languages

Entwicklung und Modellierung von Evolutionsszenarien für Delta-orientierte Softwareproduktlinien: Projektarbeit

Softwareproduktlinien bieten aufgrund ihrer Variabilität eine hohe Variantenvielfalt an unterschiedlichen, resultierenden Produkten. Dies und das hohe Maß an Wiederverwendung von Softwarebausteinen innerhalb der Produktlinie sowie deren vielfältige Abhängigkeiten untereinander führen dazu, dass die Evolution von Softwareproduktlinien überaus komplex ist. Damit Inkonsistenzen und Fehler als Folge von Evolution weitestgehend vermieden werden können, müssen vorher die genauen Auswirkungen der geplanten Änderungen eingeschätzt werden können. Dies wird durch die eingehende Betrachtung und Untersuchung der Veränderungen in Form von Modellen erreicht. Daher sind Modellierungsmethoden notwendig, die eine übersichtliche und verständliche Darstellung bieten und gleichzeitig eine effiziente Analyse der Auswirkungen erlauben. Doch auch die vielzählig vorhandenen Ansätze, Evolution von Softwareproduktlinien zu modellieren, müssen ausgiebig erprobt und evaluiert werden, damit Fehler im Konzept ausgeschlossen werden können und eine zuverlässige und alltagstaugliche Anwendung nachgewiesen werden kann. Für diese Evaluation werden Fallstudien mit Evolutionshistorie im Kontext von Softwareproduktlinien benötigt, welche bisher allerdings nicht in ausreichendem Maß vorhanden sind. Daher werden in dieser Projektarbeit vier verschiedene Fallstudien vorgestellt, die Softwareproduktlinien beschreiben. Es handelt sich um einen Verkaufsautomaten, eine Scheibenwischanlage, eine Minenpumpanlage und ein Body Comfort System. Für diese Fallstudien werden Szenarien entwickelt, welche evolutionäre Veränderungen an den zugrundeliegenden Softwareproduktlinien illustrieren. Da es sich um delta-orientierte Fallstudien handelt, werden die Ansätze „Delta-Modellierung“ zur Darstellung von Variabilität und „Higher-Order Delta-Modellierung“ zur Modellierung von Evolution verwendet, um Modelle für die Fallstudien und Evolutionsszenarien zu erstellen. Die entwickelten Evolutionsszenarien werden in einem Eclipse-basierten Prototyp umgesetzt und in dieser Arbeit dokumentiert

Modellbasiertes Regressionstesten von Varianten und Variantenversionen

The quality assurance of software product lines (SPL) achieved via testing is a crucial and challenging activity of SPL engineering. In general, the application of single-software testing techniques for SPL testing is not practical as it leads to the individual testing of a potentially vast number of variants. Testing each variant in isolation further results in redundant testing processes by means of redundant test-case executions due to the shared commonality. Existing techniques for SPL testing cope with those challenges, e.g., by identifying samples of variants to be tested. However, each variant is still tested separately without taking the explicit knowledge about the shared commonality and variability into account to reduce the overall testing effort. Furthermore, due to the increasing longevity of software systems, their development has to face software evolution. Hence, quality assurance has also to be ensured after SPL evolution by testing respective versions of variants. In this thesis, we tackle the challenges of testing redundancy as well as evolution by proposing a framework for model-based regression testing of evolving SPLs. The framework facilitates efficient incremental testing of variants and versions of variants by exploiting the commonality and reuse potential of test artifacts and test results. Our contribution is divided into three parts. First, we propose a test-modeling formalism capturing the variability and version information of evolving SPLs in an integrated fashion. The formalism builds the basis for automatic derivation of reusable test cases and for the application of change impact analysis to guide retest test selection. Second, we introduce two techniques for incremental change impact analysis to identify (1) changing execution dependencies to be retested between subsequently tested variants and versions of variants, and (2) the impact of an evolution step to the variant set in terms of modified, new and unchanged versions of variants. Third, we define a coverage-driven retest test selection based on a new retest coverage criterion that incorporates the results of the change impact analysis. The retest test selection facilitates the reduction of redundantly executed test cases during incremental testing of variants and versions of variants. The framework is prototypically implemented and evaluated by means of three evolving SPLs showing that it achieves a reduction of the overall effort for testing evolving SPLs.Testen ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von Softwareproduktlinien (SPL). Aufgrund der potentiell sehr großen Anzahl an Varianten einer SPL ist deren individueller Test im Allgemeinen nicht praktikabel und resultiert zudem in redundanten Testfallausführungen, die durch die Gemeinsamkeiten zwischen Varianten entstehen. Existierende SPL-Testansätze adressieren diese Herausforderungen z.B. durch die Reduktion der Anzahl an zu testenden Varianten. Jedoch wird weiterhin jede Variante unabhängig getestet, ohne dabei das Wissen über Gemeinsamkeiten und Variabilität auszunutzen, um den Testaufwand zu reduzieren. Des Weiteren muss sich die SPL-Entwicklung mit der Evolution von Software auseinandersetzen. Dies birgt weitere Herausforderungen für das SPL-Testen, da nicht nur für Varianten sondern auch für ihre Versionen die Qualität sichergestellt werden muss. In dieser Arbeit stellen wir ein Framework für das modellbasierte Regressionstesten von evolvierenden SPL vor, das die Herausforderungen des redundanten Testens und der Software-Evolution adressiert. Das Framework vereint Testmodellierung, Änderungsauswirkungsanalyse und automatische Testfallselektion, um einen inkrementellen Testprozess zu definieren, der Varianten und Variantenversionen unter Ausnutzung des Wissens über gemeinsame Funktionalität und dem Wiederverwendungspotential von Testartefakten und -resultaten effizient testet. Für die Testmodellierung entwickeln wir einen Ansatz, der Variabilitäts- sowie Versionsinformation von evolvierenden SPL gleichermaßen für die Modellierung einbezieht. Für die Änderungsauswirkungsanalyse definieren wir zwei Techniken, um zum einen Änderungen in Ausführungsabhängigkeiten zwischen zu testenden Varianten und ihren Versionen zu identifizieren und zum anderen die Auswirkungen eines Evolutionsschrittes auf die Variantenmenge zu bestimmen und zu klassifizieren. Für die Testfallselektion schlagen wir ein Abdeckungskriterium vor, das die Resultate der Auswirkungsanalyse einbezieht, um automatisierte Entscheidungen über einen Wiederholungstest von wiederverwendbaren Testfällen durchzuführen. Die abdeckungsgetriebene Testfallselektion ermöglicht somit die Reduktion der redundanten Testfallausführungen während des inkrementellen Testens von Varianten und Variantenversionen. Das Framework ist prototypisch implementiert und anhand von drei evolvierenden SPL evaluiert. Die Resultate zeigen, dass eine Aufwandsreduktion für das Testen evolvierender SPL erreicht wird

Evolution-aware Modeling and Analysis of Software Product Lines

Aufgrund ihrer Variabilität umfassen Softwareproduktlinien eine hohe Anzahl von vielfältigen, aber dennoch ähnlichen Produktvarianten. Diese Tatsache sowie die ausgeprägte Wiederverwendung von Softwarebausteinen, zwischen denen außerdem komplizierte Abhängigkeiten bestehen können, lassen die Evolution von Softwareproduktlinien äußerst komplex werden. Diese Komplexität kann zu Inkonsistenzen und Fehlern bei der Evolution führen. Zur Vermeidung dessen werden Modelle eingesetzt, damit bereits vor der eigentlichen Evolution die zukünftigen Veränderungen betrachtet und untersucht sowie eventuelle Probleme durch Auswirkungen der Evolution abgeschätzt werden können. Folglich werden Modellierungsmethoden benötigt, die nicht nur die Variabilität der Produktlinien übersichtlich und verständlich darstellen, sondern auch Evolution abbilden können und eine effiziente Analyse von Evolutionsauswirkungen erlauben. Für die Darstellung von Variabilität existieren zahlreiche Ansätze aus den Modellierungskategorien der annotativen, kompositionalen und transformationalen Modelle. Die Anzahl der Techniken, die gleichzeitig mit Evolution umgehen können, sind jedoch weitaus geringer. Dies ist insofern problematisch, dass nicht für jede der genannten Kategorien Evolution auf eine einfache Weise modelliert werden kann. Die Kategorien bieten allerdings unterschiedliche Vor- und Nachteile bei der Darstellung und sind daher je nach Betrachtungsfokus ungleich nützlicher. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit mit der 175\%-Modellierung eine Modellierungsmethode für Evolution in annotativen Konzepten entwickelt, da für diese Kategorie noch keine Methode existiert, die gleichermaßen normale Variabilität und Evolution handhaben kann. Damit eine flexible Anwendung von Ansätzen aus unterschiedlichen Modellierungskategorien, beispielsweise zum Vergleich, ermöglicht wird, wird außerdem ein Algorithmus zur Transformation von Higher-Order Delta-Modellen - einem transformationalen Ansatz - in 175\%-Modelle entwickelt. So ist nur die Erstellung eines Modells nötig, um zwei Ansätze aus verschiedenen Kategorien verwenden zu können, deren Vor- und Nachteile sich gegenseitig ausgleichen können. Anhand von mathematischer Induktion wird außerdem bewiesen, dass der Algorithmus ein 175\%-Modell erzeugt, das äquivalent zum eingegebenen Higher-Order Delta-Modell ist, d.h. dass sich aus beiden Modellen die gleichen Produktmodelle ableiten lassen. Da 175\%-Modelle aufgrund der Kapselung sämtlicher Modellelemente in einem einzigen Modell sehr groß sind, wird darüber hinaus eine Möglichkeit zum Slicing von 175\%-Modellen vorgestellt, um die Komplexität der Modelle reduzieren und diese auf Basis bestimmter Kriterien analysieren zu können. Sowohl die Technik zur 175\%-Modellierung, der Transformationsalgorithmus und das 175\%-Slicing werden als Eclipse-Plug-ins implementiert und die Implementierung in dieser Arbeit dokumentiert

Integrated Management of Variability in Space and Time in Software Families

Software Product Lines (SPLs) and Software Ecosystems (SECOs) are approaches to capturing families of closely related software systems in terms of common and variable functionality (variability in space). SPLs and especially SECOs are subject to software evolution to adapt to new or changed requirements resulting in different versions of the software family and its variable assets (variability in time). Both dimensions may be interconnected (e.g., through version incompatibilities) and, thus, have to be handled simultaneously as not all customers upgrade their respective products immediately or completely. However, there currently is no integrated approach allowing variant derivation of features in different version combinations. In this thesis, remedy is provided in the form of an integrated approach making contributions in three areas: (1) As variability model, Hyper-Feature Models (HFMs) and a version-aware constraint language are introduced to conceptually capture variability in time as features and feature versions. (2) As variability realization mechanism, delta modeling is extended for variability in time, and a language creation infrastructure is provided to devise suitable delta languages. (3) For the variant derivation procedure, an automatic version selection mechanism is presented as well as a procedure to derive large parts of the application order for delta modules from the structure of the HFM. The presented integrated approach enables derivation of concrete software systems from an SPL or a SECO where both features and feature versions may be configured.:I. Context and Preliminaries 1. The Configurable TurtleBot Driver as Running Example 1.1. TurtleBot: A Domestic Service Robot 1.2. Configurable Driver Functionality 1.3. Software Realization Artifacts 1.4. Development History of the Driver Software 2. Families of Variable Software Systems 2.1. Variability 2.1.1. Variability in Space and Time 2.1.2. Internal and External Variability 2.2. Manifestations of Configuration Knowledge 2.2.1. Variability Models 2.2.2. Variability Realization Mechanisms 2.2.3. Variability in Realization Assets 2.3. Types of Software Families 2.3.1. Software Product Lines 2.3.2. Software Ecosystems 2.3.3. Comparison of Software Product Lines and Software Ecosystems 3. Fundamental Approaches and Technologies of the Thesis 3.1. Model-Driven Software Development 3.1.1. Metamodeling Levels 3.1.2. Utilizing Models in Generative Approaches 3.1.3. Representation of Languages using Metamodels 3.1.4. Changing the Model-Representation of Artifacts 3.1.5. Suitability of Model-Driven Software Development 3.2. Fundamental Variability Management Techniques of the Thesis 3.2.1. Feature Models as Variability Models 3.2.2. Delta Modeling as Variability Realization Mechanism 3.2.3. Variant Derivation Process of Delta Modeling with Feature Models 3.3. Constraint Satisfaction Problems 3.4. Scope 3.4.1. Problem Statement 3.4.2. Requirements 3.4.3. Assumptions and Boundaries II. Integrated Management of Variability in Space and Time 4. Capturing Variability in Space and Time with Hyper-Feature Models 4.1. Feature Models Cannot Capture Variability in Time 4.2. Formal Definition of Feature Models 4.3. Definition of Hyper-Feature Models 4.4. Creation of Hyper-Feature Model Versions 4.5. Version-Aware Constraints to Represent Version Dependencies and Incompatibilities 4.6. Hyper-Feature Models are a True Extension to Feature Models 4.7. Case Study 4.8. Demarcation from Related Work 4.9. Chapter Summary 5. Creating Delta Languages Suitable for Variability in Space and Time 5.1. Current Delta Languages are not Suitable for Variability in Time 5.2. Software Fault Trees as Example of a Source Language 5.3. Evolution Delta Modules as Manifestation of Variability in Time 5.4. Automating Delta Language Generation 5.4.1. Standard Delta Operations Realize Usual Functionality 5.4.2. Custom Delta Operations Realize Specialized Functionality 5.5. Delta Language Creation Infrastructure 5.5.1. The Common Base Delta Language Provides Shared Functionality for all Delta Languages 5.5.2. Delta Dialects Define Delta Operations for Custom Delta Languages 5.5.3. Custom Delta Languages Enable Variability in Source Languages 5.6. Case Study 5.7. Demarcation from Related Work 5.8. Chapter Summary 6. Deriving Variants with Variability in Space and Time 6.1. Variant Derivation Cannot Handle Variability in Time 6.2. Associating Features and Feature Versions with Delta Modules 6.3. Automatically Select Versions to Ease Configuration 6.4. Application Order and Implicitly Required Delta Modules 6.4.1. Determining Relevant Delta Modules 6.4.2. Forming a Dependency Graph of Delta Modules 6.4.3. Performing a Topological Sorting of Delta Modules 6.5. Generating Variants with Versions of Variable Assets 6.6. Case Study 6.7. Demarcation from Related Work 6.8. Chapter Summary III. Realization and Application 7. Realization as Tool Suite DeltaEcore 7.1. Creating Delta Languages 7.1.1. Shared Base Metamodel 7.1.2. Common Base Delta Language 7.1.3. Delta Dialects 7.2. Specifying a Software Family with Variability in Space and Time 7.2.1. Hyper-Feature Models 7.2.2. Version-Aware Constraints 7.2.3. Delta Modules 7.2.4. Application-Order Constraints 7.2.5. Mapping Models 7.3. Deriving Variants 7.3.1. Creating a Configuration 7.3.2. Collecting Delta Modules 7.3.3. Ordering Delta Modules 7.3.4. Applying Delta Modules 8. Evaluation 8.1. Configurable TurtleBot Driver Software 8.1.1. Variability in Space 8.1.2. Variability in Time 8.1.3. Integrated Management of Variability in Space and Time 8.2. Metamodel Family for Role-Based Modeling and Programming Languages 8.2.1. Variability in Space 8.2.2. Variability in Time 8.2.3. Integrated Management of Variability in Space and Time 8.3. A Software Product Line of Feature Modeling Notations and Constraint Languages 8.3.1. Variability in Space 8.3.2. Variability in Time 8.3.3. Integrated Management of Variability in Space and Time 8.4. Results and Discussion 8.4.1. Results and Discussion of RQ1: Variability Model 8.4.2. Results and Discussion of RQ2: Variability Realization Mechanism 8.4.3. Results and Discussion of RQ3: Variant Derivation Procedure 9. Conclusion 9.1. Discussion 9.1.1. Supported Evolutionary Changes 9.1.2. Conceptual Representation of Variability in Time 9.1.3. Perception of Versions as Incremental 9.1.4. Version Numbering Schemes 9.1.5. Created Delta Languages 9.1.6. Scalability of Approach 9.2. Possible Future Application Areas 9.2.1. Extend to Full Software Ecosystem Feature Model 9.2.2. Model Software Ecosystems 9.2.3. Extract Hyper-Feature Model Versions and Record Delta Modules 9.2.4. Introduce Metaevolution Delta Modules 9.2.5. Support Incremental Reconfiguration 9.2.6. Apply for Evolution Analysis and Planning 9.2.7. Enable Evolution of Variable Safety-Critical Systems 9.3. Contribution 9.3.1. Individual Contributions 9.3.2. Handling Updater Stereotypes IV. Appendix A. Delta Operation Generation Algorithm B. Delta Dialects B.1. Delta Dialect for Java B.2. Delta Dialect for Eclipse Projects B.3. Delta Dialect for DocBook Markup B.4. Delta Dialect for Software Fault Trees B.5. Delta Dialect for Component Fault Diagrams B.6. Delta Dialect for Checklists B.7. Delta Dialect for the Goal Structuring Notation B.8. Delta Dialect for EMF Ecore B.9. Delta Dialect for EMFText Concrete Syntax File