Metamodellierung mit MOF und Ecore

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1 Westfälische Wilhelms-Universität Münster Metamodellierung mit MOF und Ecore SEMINARVORTRAG und deren Anwendung im Rahmen des MDA-Ansatzes Ansatzes Benedikt Uckat Seminar: Ausgewählte Themen des Software Engineering

2 2 Agenda Motivation für die Modellgetriebene Softwareentwicklung Konzeptuelle Grundlagen Metamodellierung Meta-Object-Facility (MOF) - Integration in die MDA - Aufbau der MOF - Sprachdefinition und Erweiterung EMF und Ecore - Eclipse Modeling Framework - Ecore Fazit

3 3 Motivation Divergierende Erwartungshaltungen an Software und Softwareentwicklung: - Unterstützung bei immer umfangreicheren Aufgaben - Zwischenbetriebliche Integration (EAI) - Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen nehmen zu - Immer kürzere Entwicklungszyklen - Reduktion von Entwicklungskosten - Steigerung der Effizienz Fazit: - Beherrschung der Komplexität innerhalb der Softwareentwicklung nach wie vor schwierig - Weniger als die Hälfte aller Projekte gelingt (Standish Group Studie) Begriff in der Literatur: Software Krise

4 4 Motivation Ein Ansatz zur Reduktion der Komplexität: Modellgetriebene Softwareentwicklung Model-Driven Software Development (MDSD) Im Zentrum: - Formal definierte Modelle (Formalmodelle) Bilden den Gegenstandsbereich möglichst eindeutig auf unterschiedlichen Detaillierungsebenen ab Dienen der Generierung eines Großteils der Implementierung Notwendig: - Eindeutig spezifizierte Modellierungssprachen Aufgabe der Metamodellierung

6 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Modelle - Bilden unterschiedliche Perspektiven auf zu entwickelndes System ab - Werden zu unterschiedlichen Entwicklungsphasen erstellt, - durch Anwendung von Modellierungssprachen Definition Modell: Ergebnis einer Konstruktion eines Subjekts (des Modellierers), das für eine bestimmte Adressatengruppe (Modellnutzer) eine Repräsentation eines Originals zu einer Zeit als relevant mit Hilfe einer Sprache deklariert. [Schütte 1998] 6

7 7 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Abbildung des Gegenstandsbereichs auf Modell mithilfe von Modellierungssprache Wird Modellierungssprache als Gegenstand der Untersuchung bzw. Definition Metamodell dargestellt in Metasprache Objektsprache Das Modell mittelbares Modell von unmittelbares Modell von Objektmodell Untersuchung bzw. Erklärung der Objektsprache wiederum durch Konstruktion eines Modells mithilfe von Modellierungssprache Metasprache Das so entstandene Modell Modell von Modell Gegenstand der Realwelt dargestellt in Objektsprache sprachbasiertes Metamodell des Objektmodells

8 8 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Metaisierungsprinzip - Welcher Aspekt des Modells wird untersucht? Sprachbasierte Metaisierung - Metamodelle dienen der Deklaration von Modellierungssprachen, in denen Objektmodelle formuliert sind Prozessbasierte Metaisierung - Metamodelle erklären den Prozess der Konstruktion des Objektmodells - Für diesen Vortrag nicht relevant

9 9 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Metaebenen Veranschaulichen Beziehung: Objektmodell Metamodell Objektsprache Metasprache Ebenen-Notation: Mn, n {0,..., } Metamodell kann nur in Bezug auf sein Objektmodell definiert werden Metamodell auf höherem Abstraktionsniveau Schema rekursiv beliebig fortsetzbar Aber: Metaisierungsprinzip beibehalten Instanzbeziehung

10 10 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Modellierungssprache - wird nicht durch Metaebene determiniert - kann wiederholt auftreten Ihre Rolle wird durch Bezugssprache oder -ebene bestimmt

11 11 Konzeptuelle Grundlagen >> Metamodellierung Selbstdefinition - beendet Rekursion der Definition von Objektmodellen durch Metamodelle - Modell wird durch sich selbst erklärt - Innerhalb einer Ebene [nach Strahringer 98]

13 13 MOF >> Integration in MDA Model Driven Architecture kurz zusammengefasst - Idee: Modellierung unterschiedlicher Aspekte von Software mit spezialisierten Modellierungssprachen - Domain Specific Languages (DSL) Keine Einheitssprache Modelle auf unterschiedlichen Detaillierungsebenen konstruiert Über Transformationen automatisch ineinander überführen CIM T PIM T PSM <<CORBA>> bridge:t T PSM <<Java EE>> T T Code Code [nach Kleppe 03]

14 14 MOF >> Integration in MDA Transformation = automatische Abbildung eines Quellmodells auf ein Zielmodell Voraussetzung: Formalmodelle - Syntax und Semantik eindeutig auswertbar, d.h. maschinenlesbar Syntax: Deklaration der Modellelemente und deren Beziehung untereinander Semantik: Bedeutung der Kombination dieser Modellelemente - Definiert im Metamodell Metamodellorientierter Transformationsansatz - Beziehung zwischen Quell- und Zielmetamodell über gemeinsames Meta-Metamodell Meta-Metamodell Transformationssprache <<instanceof>> 1 beschreibt formuliert in Transformations- Metamodell 0.. Quellmetamodell Metamodell Zielmetamodell <<instanceof>> Mapping 1 gebraucht Transformationsregel Modell Quellmodell Zielmodell Transformation [nach Gruhn, Pieper, Röttgers 06]

15 15 MOF >> Integration in MDA Meta Object Facility (MOF) 2.0 Spezifikation der OMG Spezifiziert gemeinsames Meta-Metamodell aller Modellierungssprachen der OMG MOF-Model Kern der MDA, denn Voraussetzung für: - Definition und Erweiterung von Sprachen, die innerhalb der MDA Verwendung finden - automatisierte metamodellorientierte Transformationen Die bedeutendsten MOF-konformen Modellierungssprachen der OMG - Unified Modeling Language (UML) Eigentlich Sammlung von Modellierungssprachen - Klassendiagramme, Aktivitätsdiagramme, UML Superstructure Spezifikation Version Common Warehouse Metamodell (CWM) Beschreibung von Datenstrukturen Referenzmodell für Data-Warehouse Metadaten CWM Spezifikation Version 1.0

16 16 MOF >> Integration in MDA Strukturierung durch Four-Layer-Architecture / MOF-Architecture - M3-Ebene Meta-Metamodell MOF-Model Def. Sprachkonstrukte zur Definition von Metamodellen - M2-Ebene Jedes Element des UML-Metamodells ist Instanz des MOF-Model Ebenso jedes CWM-Metamodellelement M3 - MOF +/attribute Property +ownedattribute +classifier superclass MOF::Classifier MOF::Class MOF::Type MOF::Association +/endtype 1.. +class M2 UML Metamodel <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> M2 CWM Metamodel UML::Class +name:string classifier InstanceSpecification +name:string CWM::Table +name:string CWM::Column +name:string

17 17 MOF >> Integration in MDA Strukturierung durch Four-Layer-Architecture / MOF-Architecture - M1-Ebene Metamodelle deklarieren Sprachkonstrukte zur Modellierung auf M1 Metamodellelemente werden instanziiert superclass

18 18 MOF >> Integration in MDA Strukturierung durch Four-Layer-Architecture / MOF-Architecture - M0-Ebene = System zur Laufzeit superclass

19 MOF >> Integration in MDA Bedeutung für Transformationen - Beide Modelle stellen den gleichen Sachverhalt dar - Keine implementierungstechnischen Details (PIM) - Beziehung herstellen mit Umweg über MOF - Model-to-Model Transformation = PIM-to-PIM Bridge M3 - MOF +/attribute Property +ownedattribute +classifier MOF::Classifier superclass MOF::Class MOF::Type MOF::Association +/endtype 1.. +class M2 UML Metamodel <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> M2 CWM Metamodel UML::Class +name:string classifier InstanceSpecification +name:string CWM::Table +name:string CWM::Column +name:string M1 UML User Model Customer:Class +name:string +vorname:string <<instance Of>> <<instance Of>> customer:customer snapshot +name:"uckat" +vorname:"benedikt" <<instance Of>> <<instance Of>> Name:Column Customer:Table <<instance Of>> Vorname:Column M1 CWM User Model M0 UML Runtime Instance <<instance Of>> acustomer <<instance Of>> <<instance Of>> <<instance Of>> M0 CWM Runtime Instance customer Name Uckat Vorname Benedikt 19

20 20 MOF >> Integration in MDA Selbstdefinition - MOF definiert die eigenen Sprachkonstrukte durch MOF-Model - Metamodell auf M2-Ebene UND Metamodell der MOF selbst - Paket Reflection, s. u superclass [nach MOF 2.0 Spez., S. 47; UML Infrastructure Spez, S. 19; CWM 1.0 Spez. S. 210]

22 22 MOF >> Aufbau Modularer Aufbau der MOF - Gruppierung von Modellelementen in Paketen - Mechanismen PackageImport und PackageMerge Import und Erweiterung von Paketen wiederum in Paketen MOF-Model Klassenbasierter Sprachkern (MOF::Class) UML-Metamodell Klassenbasierter Sprachkern (UML::Class) Grund: Wiederverwendung eines gemeinsamen Kerns von Sprachkonstrukten: - Erklärt im Paket InfrastructureLibrary der Infrastructure-Spezifikation - InfrastructureLibrary::Core InfrastructureLibrary::Core MOF UML::Superstructure M3-Ebene <<merge>> <<merge>> M2-Ebene

23 23 MOF >> Aufbau EMOF und CMOF Essential MOF - Essentieller Kern des MOF-Model - Übersichtliche Anzahl an Modellelementen - Deklaration einfacher Metamodelle - Paket InfrastructureLibrary::Core::Basic minimale klassenbasierte Modellierungssprache InfrastructureLibrary::Core Basic <<merge>> +ownedattribute Property MOF +SuperClass Class -isabstract:boolean 1 1 -ownedoperation Operation Extension EMOF <<merge>> <<merge>> <<merge>> Identifiers Classes Diagram - Fragment aus Basic Reflection [Infrastructure Spezifikation S. 93]

24 MOF >> Aufbau EMOF und CMOF Complete MOF (CMOF) - CMOF erklärt MOF-Model vollständig - Komplexe Sprachkonstrukte für Metamodelle (Assoziationen, PackageMerge, PackageImport) - Grundlage aller Metamodelle der OMG Classifier Association +owningasssociation 1 +ownedend +ownedattribute Property +SuperClass Class -isabstract:boolean 1 1 -ownedoperation Operation Classes Diagram - Fragment aus Constructs [Infrastructure Spezifikation S. 109] 24

25 25 MOF >> Aufbau MOF Capabilities - Zusatzfunktionalitäten für Elemente des MOF-Model Reflection - Erweitert Modelle um Selbstbeschreibungsmechanismus - Informationen zum Modellelement über dessen Metamodellelement - z.b. getmetaclass() - Ähnelt den Fähigkeiten reflektiver Programmiersprachen (z.b. Java getclass()) Identifiers - Jedem Modellelement wird eindeutiger Bezeichner zugewiesen - Vergleichbar mit Objektidentität in Java - Nutzen z.b. für Rückverfolgung eines Objekts nach mehreren Transformationen Extension - Informationsanreicherung von Elementen durch Annotationen in Form von Tags - Tags = Bezeichner + Wert - Tagged Values in UML durch Extension erklärt

27 27 MOF >> Sprachdefinitionen Selten: Definition neuer Modellierungssprachen auf Grundlage der MOF Stattdessen: Erweiterung bestehender Sprachen für spezifische Anwendungsgebiete Beispiel: Erweiterung der UML zwei Möglichkeiten 1. Schwergewichtige Erweiterung: Veränderung des Metamodells mit Methoden der Metamodellierung: Nachteil: - UML-Metamodell verändert - Kein OMG-Standard - Keine Werkzeug-Unterstützung

28 28 MOF >> Sprachdefinitionen 2. leichtgewichtige Erweiterung: - KEINE Veränderung des UML-Metamodells - Metamodell (M2) stellt selbst Mechanismus zur Erweiterung bereit - Profile-Mechanismus - Eigene Konstrukte als Stereotypen von UML-Metamodellelementen definieren - Erklärt in der Ausarbeitung

30 30 Ecore und EMF >> EMF Eclipse Modeling Framework - als Eclipse Plug-In konzipiertes Werkzeug zur Modellierung und Codegenerierung - OpenSource Projekt Initiator - IBM, Kern von Rational Rose Urspüngliches Ziel: Implementierung der MOF zu komplex Fokus heute: - Java-Code Generierung - Integration von Programmierung und Modellierung - Möglichkeiten der Modellierung für Java Entwickler nutzbar zu machen Spezielle Anforderungen Eigenes Metamodell: Ecore - MOF-ähnlich - Zu betrachten als Implementierung von EMOF seit MOF 2.0 Mit EMF nur klassenbasierte Modellierung möglich Zentral: EMF-Modelle namens Core-Model

31 31 Ecore und EMF >> EMF Direkte Definition mit EclipseUML Plug-In von Omondo Beispiel (BackUp-Folie)

32 32 Ecore und EMF >> EMF Funktionalitäten von EMF Beispiel (BackUp-Folie) - Mit vorliegendem Core-Model Weitere Bearbeitung des Modells - Aus Core-Model (.ecore) wird Generator-Model (.genmodel) erzeugt Zusatzinformation für Generierung Java-Code generieren - Aus jeder Klasse des Modells wird ein Interface und eine Implementierungsklasse generiert - alle generierten Bestandteile -Tag - Entfernen nach manueller Bearbeitung, sonst Verlust bei erneuter Generierung EMF.Edit - Erzeugt Code für Editoren zur Bearbeitung von Instanzen des Modells - Aufrufbar über Eclipse Runtime Workbench

33 Ecore und EMF >> Ecore Ecore das Metamodell von EMF Die konstituierenden Merkmale Bezug zur MOF: - Implementierung von EMOF Unterschiede - Bezeichner - plattformabhängige Datentypen - Assoziationen wesentlich weniger differenziert EReference = Attribute einer Klasse; ein Ende einer bidirektionalen Assoziation [nach Budinsky et. al. Kap. 5] 33

35 35 Fazit Formal definierte Modellierungssprachen als Kern der modellgetriebenen Softwareentwicklung - Ermöglicht durch Konzepte der Metamodellierung - Im Rahmen des MDA-Ansatzes durch MOF manifestiert MOF - Frei verfügbare Spezifikation des Meta-Metamodells der MDA - Definiert Metamodell aller Metamodelle Definition und Erweiterung von Modellierungssprachen Ermöglicht Metamodellorientierten Transformationsansatz EMF - Effiziente Java-Implementierung des essentiellen Kerns der MOF (EMOF) - Ecore als dessen Metamodell Was fehlt - Sprachstandard für die Definition von Transformationsregeln - Abhilfe: MOF Query/View/Transformation (QVT)

36 36 Schluss Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen: