Navigating Across Non-Navigable Ecore References via OCL

The Eclipse Modeling Framework (EMF) and its meta-meta model Ecore support uni-directional and bi-directional references. It is quite common that references are defined uni-directionally only because of saving storage space or separating meta models, which is problematic when implementing Object Constraint Language (OCL) constraints that require navigation against the direction of uni-directional references. This is essential for certain approaches, e.g., incremental evaluation of OCL constraints on models shown by Altenhofen et al. that is used in SAP's Modeling Infrastructure (MOIN). In this paper, we present an approach that overcomes the aforementioned issue by providing navigation across non-navigable Ecore references via OCL. We further discuss different alternative solutions and briefly describe the realization that was outcome of a project in cooperation with the SAP AG

Avoiding OCL specification pitfalls

This paper discusses about teaching software modeling by using OCL specifications, in the context in which the web represents the main source of information. The raise of the interest for models induced a higher need for clear and complete specifications. In case of models specified by means of MOF-based languages, adding OCL constraints proved to be an interesting answer to this need. Several OCL examples posted on web include hasty specifications, that are often dissuasive with respect to complementing models with OCL specification. OCL beginners, and not only, need to know how to avoid potential specification traps.Our proposal is based on a complete and unambiguous description of requirements, that represents the first step towards good OCL specifications. The work highlights several major aspects that need to be understood and complied with to produce meaningful and efficient OCL specifications. This approach was tested while teaching OCL at Babes-Bolyai University of Cluj-Napoca

On Formalizing UML and OCL Features and Their Employment to Runtime Verification

Model-driven development (MDD) has been identified as a promising approach for developing software. By using abstract models of a system and by generating parts of the system out of these models, one tries to improve the efficiency of the overall development process and the quality of the resulting software. In the context of MDD the Unified Modeling Language (UML) and its related textual Object Constraint Language (OCL) have gained a high recognition. To be able to generate systems of high quality and to allow for interoperability between modeling tools, a well-defined semantics for these languages is required. This thesis summarizes published work in this context that employs an endogenous metamodeling approach to define the semantics of newer elements of the UML. While the covered elements are exhaustively used to define relations between elements of the metamodel of the UML, the UML specification leaves out a precise definition of their semantics. Our proposed approach uses models, not only to define the abstract syntax, but also to define the semantics of UML. By using UML and OCL for this, existing modeling tools can be used to validate the definition. The second part of this thesis covers work on the usage of UML and OCL models for runtime verification. It is shown how models can still be used at the end of a software development process, i. e., after an implementation has manually been added to generated parts, even though they are not used as central parts of the development process. This work also influenced the integration of protocol state machines into a modeling tool, which lead to publications about the runtime semantics of state machines and the capabilities to declaratively specify behavior using state machines

Transforming OCL to PVS: Using Theorem Proving Support for Analysing Model Constraints

The Unified Modelling Language (UML) is a de facto standard language for describing software systems. UML models are often supplemented with Object Constraint Language (OCL) constraints, to capture detailed properties of components and systems. Sophisticated tools exist for analysing UML models, e.g., to check that well-formedness rules have been satisfied. As well, tools are becoming available to analyse and reason about OCL constraints. Previous work has been done on analysing OCL constraints by translating them to formal languages and then analysing the translated constraints with tools such as theorem provers. This project contributes a transformation from OCL to the specification language of the Prototype Verification System (PVS). PVS can be used to analyse and reason about translated OCL constraints. A particular novelty of this project is that it carries out the transformation of OCL to PVS by using model transformation, as exemplified by the OMG's Model-Driven Architecture. The project implements and automates model transformations from OCL to PVS using the Epsilon Transformation Language (ETL) and tests the results using the Epsilon Comparison Language (ECL )

Towards Verification of UML Class Models using Formal Specification Methods: A Review

Abstract In today s world many elements of our lives are being affected by software and for that we are in greater need of high-quality software The Unified Modeling Language UML is considered the de facto standard for object-oriented software model development UML class diagram plays an important role in the design and specification of software systems A class diagram provides a static description of system component

Specification Languages for Preserving Consistency between Models of Different Languages

In dieser Dissertation stellen wir drei Sprachen für die Entwicklung von Werkzeugen vor, welche Systemrepräsentationen während der Softwareentwicklung konsistent halten. Bei der Entwicklung komplexer informationstechnischer Systeme ist es üblich, mehrere Programmiersprachen und Modellierungssprachen zu nutzen. Dabei werden Teile des Systems mit unterschiedlichen Sprachen konstruiert und dargestellt, um verschiedene Entwurfs- und Entwicklungstätigkeiten zu unterstützen. Die übergreifende Struktur eines Systems wird beispielsweise oft mit Hilfe einer Architekturbeschreibungssprache dargestellt. Für die Spezifikation des detaillierten Verhaltens einzelner Systemteile ist hingegen eine zustandsbasierte Modellierungssprache oder eine Allzweckprogrammiersprache geeigneter. Da die Systemteile und Entwicklungstätigkeiten in Beziehung zueinander stehen, enthalten diese Repräsentationen oftmals auch redundante Informationen. Solche partiell redundanten Repräsentationen werden meist nicht statisch genutzt, sondern evolvieren während der Systementwicklung, was zu Inkonsistenzen und damit zu fehlerhaften Entwürfen und Implementierungen führen kann. Daher sind konsistente Systemrepräsentationen entscheidend für die Entwicklung solcher Systeme. Es gibt verschiedene Ansätze, die konsistente Systemrepräsentationen dadurch erreichen, dass Inkonsistenzen vermieden werden. So ist es beispielsweise möglich, eine zentrale, redundanzfreie Repräsentation zu erstellen, welche alle Informationen enthält, um alle anderen Repräsentationen daraus projizieren zu können. Es ist jedoch nicht immer praktikabel solch eine redundanzfreie Repräsentation und editierbare Projektionen zu erstellen, insbesondere wenn existierende Sprachen und Editoren unterstützt werden müssen. Eine weitere Möglichkeit zur Umgehung von Inkonsistenzen besteht darin Änderungen einzelner Informationen nur an einer eindeutigen Quellrepräsentation zuzulassen, sodass alle anderen Repräsentationen diese Information nur lesen können. Dadurch können solche Informationen in allen lesend zugreifenden Repräsentationen immer überschrieben werden, jedoch müssen dazu alle editierbaren Repräsentationsbereiche komplett voneinander getrennt werden. Falls inkonsistente Repräsentationen während der Systementwicklung nicht völlig vermieden werden können, müssen Entwickler oder Werkzeuge aktiv die Konsistenz erhalten, wenn Repräsentationen modifiziert werden. Die manuelle Konsistenthaltung ist jedoch eine zeitaufwändige und fehleranfällige Tätigkeit. Daher werden in Forschungseinrichtungen und in der Industrie Konsistenthaltungswerkzeuge entwickelt, die teilautomatisiert Modelle während der Systementwicklung aktualisieren. Solche speziellen Software-Entwicklungswerkzeuge können mit Allzweckprogrammiersprachen und mit dedizierten Konsistenthaltungssprachen entwickelt werden. In dieser Dissertation haben wir vier bedeutende Herausforderungen identifiziert, die momentan nur unzureichend von Sprachen zur Entwicklung von Konsistenthaltungswerkzeugen adressiert werden. Erstens kombinieren diese Sprachen spezifische Unterstützung zur Konsistenthaltung nicht mit der Ausdrucksmächtigkeit und Flexibilität etablierter Allzweckprogrammiersprachen. Daher sind Entwickler entweder auf ausgewiesene Anwendungsfälle beschränkt, oder sie müssen wiederholt Lösungen für generische Konsistenthaltungsprobleme entwickeln. Zweitens unterstützen diese Sprachen entweder lösungs- oder problemorientierte Programmierparadigmen, sodass Entwickler gezwungen sind, Erhaltungsinstruktionen auch in Fällen anzugeben, in denen Konsistenzdeklarationen ausreichend wären. Drittens abstrahieren diese Sprachen nicht von genügend Konsistenthaltungsdetails, wodurch Entwickler explizit beispielsweise Erhaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Übereinstimmungsprobleme berücksichtigen müssen. Viertens führen diese Sprachen zu Erhaltungsverhalten, das oft vom konkreten Anwendungsfall losgelöst zu sein scheint, wenn Interpreter und Übersetzer Code ausführen oder erzeugen, der zur Realisierung einer spezifischen Konsistenzspezifikation nicht benötigt wird. Um diese Probleme aktueller Ansätze zu adressieren, leistet diese Dissertation die folgenden Beiträge: Erstens stellen wir eine Sammlung und Klassifizierung von Herausforderungen der Konsistenthaltung vor. Dabei diskutieren wir beispielsweise, welche Herausforderungen nicht bereits adressiert werden sollten, wenn Konsistenz spezifiziert wird, sondern erst wenn sie durchgesetzt wird. Zweitens führen wir einen Ansatz zur Erhaltung von Konsistenz gemäß abstrakter Spezifikationen ein und formalisieren ihn mengentheoretisch. Diese Formalisierung ist unabhängig davon wie Konsistenzdurchsetzungen letztendlich realisiert werden. Mit dem vorgestellten Ansatz wird Konsistenz immer anhand von beobachteten Editieroperationen bewahrt, um bekannte Probleme zur Berechnung von Übereinstimmungen und Differenzen zu vermeiden. Schließlich stellen wir drei neue Sprachen zur Entwicklung von Werkzeugen vor, die den vorgestellten, spezifikationsgeleiteten Ansatz verfolgen und welche wir im Folgenden kurz erläutern. Wir präsentieren eine imperative Sprache, die verwendet werden kann, um präzise zu spezifizieren, wie Modelle in Reaktion auf spezifische Änderungen aktualisiert werden müssen, um Konsistenz in eine Richtung zu erhalten. Diese Reaktionssprache stellt Lösungen für häufige Probleme bereit, wie beispielsweise die Identifizierung und das Abrufen geänderter oder korrespondierender Modellelemente. Außerdem erreicht sie eine uneingeschränkte Ausdrucksmächtigkeit, indem sie Entwicklern ermöglicht, auf eine Allzweckprogrammiersprache zurückzugreifen. Eine zweite, bidirektionale Sprache für abstrakte Abbildungen kann für Fälle verwendet werden, in denen verschiedene Änderungsoperationen nicht unterschieden werden müssen und außerdem die Erhaltungsrichtung nicht immer eine Rolle spielt. Mit dieser Abbildungssprache können Entwickler Bedingungen deklarieren, die ausdrücken, wann Modellelemente als konsistent zueinander angesehen werden sollen, ohne sich um Details der Überprüfung oder Durchsetzung von Konsistenz bemühen zu müssen. Dazu leitet der Übersetzer automatisch Durchsetzungscode aus Überprüfungen ab und bidirektionalisiert Bedingungen, die für eine Richtung der Konsistenthaltung spezifiziert wurden. Diese Bidirektionalisierung basiert auf einer erweiterbaren Menge von komponierbaren, operatorspezifischen Invertierern, die verbreitete Round-trip-Anforderungen erfüllen. Infolgedessen können Entwickler häufig vorkommende Konsistenzanforderungen konzise ausdrücken und müssen keinen Quelltext für verschiedene Konsistenthaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Eigenschaften von Modellelementen wiederholen. Eine dritte, normative Sprache kann verwendet werden, um die vorherigen Sprachen mit parametrisierbaren Konsistenzinvarianten zu ergänzen. Diese Invariantensprache übernimmt Operatoren und Iteratoren für Elementsammlungen von der Object Constraint Language (OCL). Außerdem nimmt sie Entwicklern das Schreiben von Quelltext zur Suche nach invariantenverletzenden Elementen ab, da Abfragen, welche diese Aufgaben übernehmen, automatisch anhand von Invariantenparametern abgeleitet werden. Die drei Sprachen können in Kombination und einzeln verwendet werden. Sie ermöglichen es Entwicklern, Konsistenz unter Verwendung verschiedener Programmierparadigmen und Sprachabstraktionen zu spezifizieren. Wir stellen auch prototypische Übersetzer und Editoren für die drei Konsistenzspezifikationssprachen vor, welche auf dem Vitruvius-Rahmenwerk für Multi-Sichten-Modellierung basieren. Mit diesem Rahmenwerk werden Änderungen in textuellen und graphischen Editoren automatisch beobachtet, um Reaktionen auszulösen, Abbildungen durchzusetzen und Invarianten zu überprüfen. Dies geschieht indem der von unseren Übersetzern erzeugte Java-Code ausgeführt wird. Außerdem haben wir für alle Sprachen, die in dieser Dissertation vorgestellt werden, folgende theoretischen und praktischen Eigenschaften evaluiert: Vollständigkeit, Korrektheit, Anwendbarkeit, und Nutzen. So zeigen wir, dass die Sprachen ihre vorgesehenen Einsatzbereiche vollständig abdecken und analysieren ihre Berechnungsvollständigkeit. Außerdem diskutieren wir die Korrektheit jeder einzelnen Sprache sowie die Korrektheit einzelner Sprachmerkmale. Die operatorspezifischen Invertierer, die wir zur Bidirektionalisierung von Abbildungsbedingungen entwickelt haben, erfüllen beispielsweise immer das neu eingeführte Konzept bestmöglich erzogener Round-trips. Dieses basiert auf dem bewährten Konzept wohlerzogener Transformationen und garantiert, dass übliche Round-trip-Gesetze erfüllt werden, wann immer dies möglich ist. Wir veranschaulichen die praktische Anwendbarkeit mit Fallstudien, in denen Konsistenz erfolgreich mit Hilfe von Werkzeugen erhalten wurde, die in den von uns vorgestellten Sprachen geschrieben wurden. Zum Schluss diskutieren wir den potenziellen Nutzen unserer Sprachen und vergleichen beispielsweise Konsistenthaltungswerkzeuge die in zwei Fallstudien realisiert wurden. Die Werkzeuge, die mit der Reaktionssprache entwickelt wurden, benötigen zwischen 33% und 71% weniger Zeilen Quelltext als funktional gleichwertige Werkzeuge, die mit in Java oder dem Java-Dialekt Xtend entwickelt wurden

Engineering scalable modelling Languages

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Ingeniería Informática. Fecha de lectura: 08-11-2019Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 08-05-2021Model-Driven Engineering (MDE) aims at reducing the cost of system development by raising the level of abstraction at which developers work. MDE-based solutions frequently involve the creation of Domain-Specific Modelling Languages (DSMLs). WhilethedefinitionofDSMLsandtheir(sometimesgraphical)supportingenvironments are recurring activities in MDE, they are mostly developed ad-hoc from scratch. The construction of these environments requires high expertise by developers, which currently need to spend large efforts for their construction. This thesis focusses on the development of scalable modelling environments for DSMLs based on patterns. For this purpose, we propose a catalogue of modularity patterns that can be used to extend a modelling language with services related to modularization and scalability. More specifically, these patterns allows defining model fragmentation strategies, scoping and visibility rules, model indexing services, and scoped constraints. Once the patterns have been applied to the meta-model of a modelling language, we synthesize a customized modelling environment enriched with the defined services, which become applicable to both existing monolithic legacy models and new models. A second contribution of this thesis is a set of concepts and technologies to facilitate the creation of graphical editors. For this purpose, we define heuristics which identify structures in the DSML abstract syntax, and automatically assign their diagram representation. Using this approach, developers can create a graphical representation by default from a meta-model, which later can be customised. These contributions have been implemented in two Eclipse plug-ins called EMFSplitter and EMF-Stencil. On one hand, EMF-Splitter implements the catalogue of modularity patterns and, on the other hand, EMF-Stencil supports the heuristics and the generation of a graphical modelling environment. Both tools were evaluated in different case studies to prove their versatility, efficiency, and capabilitieEl Desarrollo de Software Dirigido por Modelos (MDE, por sus siglas en inglés) tiene como objetivo reducir los costes en el desarrollo de aplicaciones, elevando el nivel de abstracciónconelqueactualmentetrabajanlosdesarrolladores. Lassolucionesbasadas en MDE frecuentemente involucran la creación de Lenguajes de Modelado de Dominio Específico (DSML, por sus siglas en inglés). Aunque la definición de los DSMLs y sus entornos gráficos de modelado son actividades recurrentes en MDE, actualmente en la mayoría de los casos se desarrollan ad-hoc desde cero. La construcción de estos entornos requiere una alta experiencia por parte de los desarrolladores, que deben realizar un gran esfuerzo para construirlos. Esta tesis se centra en el desarrollo de entornos de modelado escalables para DSML basados en patrones. Para ello, se propone un catálogo de patrones de modularidad que se pueden utilizar para extender un lenguaje de modelado con servicios relacionados con la modularización y la escalabilidad. Específicamente, los patrones permiten definir estrategias de fragmentación de modelos, reglas de alcance y visibilidad, servicios de indexación de modelos y restricciones de alcance. Una vez que los patrones se han aplicado al meta-modelo de un lenguaje de modelado, se puede generar automáticamente un entorno de modelado personalizado enriquecido con los servicios definidos, que se vuelven aplicables tanto a los modelos monolíticos existentes, como a los nuevos modelos. Una segunda contribución de esta tesis es la propuesta de conceptos y tecnologías para facilitar la creación de editores gráficos. Para ello, definimos heurísticas que identifican estructuras en la sintaxis abstracta de los DSMLs y asignan automáticamente su representación en el diagrama. Usando este enfoque, los desarrolladores pueden crear una representación gráfica por defecto a partir de un meta-modelo. Estas contribuciones se implementaron en dos plug-ins de Eclipse llamados EMFSplitter y EMF-Stencil. Por un lado, EMF-Splitter implementa el catálogo de patrones y, por otro lado, EMF-Stencil implementa las heurísticas y la generación de un entorno de modelado gráfico. Ambas herramientas se han evaluado con diferentes casos de estudio para demostrar su versatilidad, eficiencia y capacidade