Softwareproduktlinien Teil 12: Analyse von Produktlinien. Christian Kästner (CMU) Sven Apel (Universität Passau) Gunter Saake (Universität Magdeburg)

Transkript

1 Softwareproduktlinien Teil 12: Analyse von Produktlinien Christian Kästner (CMU) Sven Apel (Universität Passau) Gunter Saake (Universität Magdeburg)

2 Das Problem

3 Variability = Complexity

4 33 optional, independent features a unique variant for every person on this planet

5 320 optional, independent features more variants than estimated atoms in the universe

6

7 Correctness?

8 Maintenance? Comprehension?

9 Checking Products 2000 Features 100 Printers 30 New Printers per Year Printer Firmware

10 Checking Products 8000 Features? Products Linux Kernel

11 Checking Product Line Implementation with Features #ifdef, Frameworks, FOP, AOP, Linux Kernel

12 Analyse von Feature-Modellen

13 Fragen an das Feature-Modell Domain Eng. Feature-Modell Wiederverwendbare Implementierungsartefakte Application Eng. 13 Feature-Auswahl Generator Fertiges Program

14 Fragen an das Feature-Modell Feature-Modell Ist das Modell konsistent? Welche Features muss man auswählen? Welche Features darf man nicht auswählen? Wie viele gültige Produkte gibt es? Sind zwei Feature-Modelle äquivalent?

15 Fragen an das Feature-Modell Feature-Modell Feature-Auswahl Ist das Modell konsistent? Welche Features muss man auswählen? Welche Features darf man nicht auswählen? Wie viele gültige Produkte gibt es? Sind zwei Feature-Modelle äquivalent? Ist eine Feature-Auswahl gültig? Welche Features werden durch eine partielle Konfiguration bereits festgelegt?

16 Wiederholung: Feature-Modelle & Aussagenlogik. Repräsentation von Feature-Modellen als Liste von Konfigurationen Aussagenlogischer Ausdruck Feature-Diagramm SPL OS ( Unix Win) ( Unix Win) ( Txn Write)

17 Analysen von Feature-Modellen Ist Feature-Auswahl gültig? {Root, Base, F1, F4} {Root, Base, F2, F3} Variablen in Formel ersetzen true wenn Feature in Auswahl, sonst false Formel ergibt true für gültige Auswahl

18 Ist das Modell konsistent? Gibt es mindestens eine Variante/Produkt? Formel erfüllbar? Anfrage an SAT-Solver SAT(FM)

19 Tote Features Gegeben ein Feature-Modell Welche Features können ausgewählt werden? Welche Features müssen ausgewählt werden? Feature F auswählbar wenn SAT(FM F) Feature F abwählbar wenn SAT(FM F)

20 Partielle Konfigurationen Gegeben eine partielle Konfiguration Welche Features können noch ausgewählt werden? Welche Features müssen ausgewählt werden? Ausgewählte Features in Formel aufnehmen, dann wie tote Features Feature F noch auswählbar wenn SAT(FM PK F) Feature F noch abwählbar wenn SAT(FM PK F)

21 Änderungen von Feature-Modellen Welche Konsequenzen hat eine Änderung? Refactorings, Spezialisierungen, Generalisierungen Refactoring wenn: SAT( (FM1 <=> FM2))

22 Reasoning in FeatureIDE

23 Analyse der Implementierung

24 Fragen an die Implementierung Domain Eng. Feature-Modell Wiederverwendbare Implementierungsartefakte Application Eng. 24 Feature-Auswahl Generator Fertiges Program

25 Fragen an die Implementierung Kann ein Code-Block ausgewählt werden? Ändert ein Feature etwas am Gesamt-Code? Wiederverwendbare Implementierungsartefakte

26 Presence Conditions true WORLD BYE true

27 Presence Conditions line 1 #ifdef A line 2 #ifndef B line 3 #endif line 4 #elif defined(x) line 5 #else line 6 #endif true A A B A A X A X

28 Toter Quelltext line 1 #ifdef A line 2 #ifndef A line 3 #endif line 4 #elif defined(x) line 5 #else line 6 #endif true A A A A A X A X Kann nicht ausgewählt werden Analyse: SAT(PC(Block i))

29 Fragen an die Implementierung und das Feature-Modell Domain Eng. Feature-Modell Wiederverwendbare Implementierungsartefakte Application Eng. 29 Feature-Auswahl Generator Fertiges Program

30 Toter Quelltext line 1 #ifdef A line 2 #ifdef B line 3 #endif line 4 #elif defined(x) line 5 #else line 6 #endif true A A B A A X not A ^ not X Kann nicht ausgewählt werden Kombinierte Analyse von (A v B) (A B) Analyse: SAT(FM PC(Block i)) Feature-Modell und Implementierung

31 Weitere Fragestellungen Welche Quelltextblöcke werden nie kompiliert? Welche Feature-Module werden nie kompiliert? Welche Features haben keinen Einfluss auf den Quelltext? Kombinierte Analyse von Feature-Modell und Implementierung

32 Typsysteme für Produktlinien

33 Type Checking #include <stdio.h> char *msg = "Hello World"; int main() { printf(msg); } Reference Type errors: referenced variable does not exist,

34 Variability-Aware Type Checking #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); }

35 Variability-Aware Type Checking #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); } Reference? Conflict?

36 Variability-Aware Type Checking Presence conditions: true WORLD BYE true #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); } Reference? Conflict?

37 Variability-Aware Type Checking true WORLD BYE true -> true true #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); } Reference? true -> (WORLD v BYE) (WORLD BYE) Conflict?

38 Reachability: PC(Source) -> PC(Target) Conflicts: (PC(Def1) PC(Def2)) true WORLD BYE true -> true true #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); } Reference? true -> (WORLD v BYE) (WORLD BYE) Conflict?

39 Including the Feature Model P WORLD BYE true WORLD BYE FM -> (true -> true) true #include <stdio.h> #ifdef WORLD char *msg = "Hello World"; #endif #ifdef BYE char *msg = "Bye bye!"; #endif int main() { printf(msg); } Reference? FM -> (true -> (WORLD v BYE)) FM -> (WORLD BYE) Conflict?

40 AST with Variability Information WORLD BYE 40 WORLD BYE Extended Reference lookup mechanism

41 Type System in CIDE

42 Type System in CIDE public class Test { private static String msg_hi = "Hello world! ; private static String msg_bye = "Bye bye!"; public static void main(string[] args) { System.out.println(msg_hi); System.out.println(msg_bye); } } Ähnliche Type Checker für FOP/AOP verfügbar:

43

44 Glue-code module

45 Variability-Aware Parser Type System Static Analysis Bug Finding Testing Model Checking Theorem Proving

46 TypeChef

47

48 Parsing Unpreprocessed C Code is Hard Macro expansion needed for parsing Undisciplined annotations* Alternative macros??? * Study of 40 open source C projects: 16 % of all annotations are undisciplined 48

49 An Overview of TypeChef C with #define, #include, #if Partial Preprocessor C with #if Variability-Aware Parser AST with Variability Analysis (e.g., Type System) 49

50 Prototype: Performance on Boa Type check entire SPL: 1 minute (Solving 3193 equations: 6 seconds) Break even point at 20 variants Up to variants Each 4 seconds compile time (= years) Variant A Software Product Line FAME-DBMS OS BufferMgr Debug Logging Storage Generation Variant B Nut/OS Win Persistent InMemory API B + Tree Unindexed MemAlloc PageRepl. get put delete Static Dyn. LRU LFU Variant C 50 TypeChef: Toward Type Checking #ifdef Variability in C FOSD'10

51 Performance: Linux > 7000 files: avg 30 secs parsing-time per file 85 hours total Up to ~ variants: we are immensely faster Challenges for evaluation Extracting feature model Build scripts are also conditional and unstructured SAT solving still not a problem

52 Zusammenfassung Variabilität Komplexität Analysen auf Feature-Modellen und Implementierung sind notwendig Analyse aller validen Produkte ist nicht praktikabel Variabilitätsgewahre Analysen (TypeChef, CIDE, Fuji)

53 Literatur David Benavides, Sergio Segura, Antonio Ruiz Cortés: Automated analysis of feature models 20 years later: A literature review. Inf. Syst. 35(6): (2010) [Überblick Feature-Modell-Analysen] Christian Kästner and Sven Apel. Feature-Oriented Software Development. In GTTSE IV, volume 7680 of LNCS, pages Springer-Verlag, January [Einführung zu variabilitätsgewahren Analysen] Thomas Thüm, Sven Apel, Christian Kästner, Martin Kuhlemann, Ina Schaefer, and Gunter Saake. Analysis Strategies for Software Product Lines. Technical Report FIN , University of Magdeburg, April [Überblick variabilitätsgewahren Analyse]

54 Quiz Block 1 #ifdef A Block 2 #ifdef B Block 3 #endif Block 4 #elif defined(a) Block 5 #else defined(!b) Block 6 #endif Annotiere die Presence Conditions; Gibt es toten Code? Wo liegt der Fehler? (a) (b) (c) int a = 1; int b = 1; #ifdef A int c = a; #else char c = a; #endif #ifdef B if (c) { c += a; c /= b; #endif } int a = 1; int b = 1; #ifdef A int c = a; #else d = a; #endif if (c) { c += a; #ifdef B c /= b; #endif } int a = 1; int b = 1; #ifdef A int c = a; #else b = b - 1; #endif if (c) { c += a; #ifdef B c /= b; #endif }