Terminología y conceptos en Arquitecturas dirigidas por Modelos

Prof. Dr. Ricardo TESORIERO – Departamento de Sistemas Informáticos- Universidad de Castilla-La Mancha
[ricardo.tesoriero@uclm.es]
Métodos Avanzados de Desarrollo de Software
Asignatura Optativa de 4º Año
Grado en Informática
Departamento de Sistemas Informáticos
Universidad de Castilla-La Mancha
Métodos avanzados de
desarrollo de software
Tema II: Arquitecturas dirigidas por Modelos.
Terminología y Conceptos

Índice
• ¿Qué es una MDA?
• Modelo
• Meta-modelo
• Plataforma
• Mapeo entre modelos
• Modelos de marcado
• Construcción de
lenguajes
• Elaboración de
modelos
• Modelos ejecutables
• MDA Ágil
• Procesos MDA
El material que aquí se presenta está parcialmente basado en una traducción de:
Stephen J. Mellor, Kendall Scott, Axel Uhl, Dirk Weise. MDA Distilled: Principles of Model-
Driven Architecture. Addison Wesley. 2004.

ARQUITECTURAS DIRIGIDAS POR
MODELOS (MDA)
¿Qué es una MDA?
¿Cuál es la diferencia entre una MDA y otra arquitectura?
Definición de MDA

¿Qué es una MDA?
• Es una forma de
• Desarrollar aplicaciones
• Escribir especificaciones
• Basados en
• Un “Modelo independiente de la plataforma” (PIM) dónde se
especifican el comportamiento y la funcionalidad del negocio.
• Una MDA completa
Especificación ~ Descripción
Plataforma ~ Tecnología
PIM base
PSM 1 PSM 2 PSM 3
Implementación 1
Plataforma A
Implementación 2
Plataforma B
Implementación 3
Plataforma C
“Modelos específicos de las
plataformas” (PSM)

¿Cuál es la principal diferencia entre
MDA y otras arquitecturas de software?
• Arquitectura de software: Es el nivel de diseño que hace foco en aspectos
"más allá de los algoritmos y estructuras de datos de la computación; el
diseño y especificación de la estructura global del sistema es un nuevo tipo
de problema“ [1].
• MDA se focaliza en la funcionalidad y el comportamiento de un sistema
independientemente de la plataforma en la que el sistema se implemente.
• Principal ventaja: No habría que re-implementar el sistema cada vez que
aparece una nueva tecnología.
• Otras arquitecturas están atadas a una plataforma específica.
• MDA garantiza que la funcionalidad y el comportamiento se definen una
sola vez.
• La transformación de un PIM a un PSM suele ser automática
[1] David Garlan y Mary Shaw: “An introduction to Software Architecture”

Definición de MDA
• Una MDA se basa en la separación de la especificación de la
operación de un sistema, de los detalles de la forma en la que
el sistema utilizan las capacidades de la plataforma.
• MDA provee un enfoque , y un conjunto de herramientas para:
• Especificar un sistema independientemente de la plataforma que
lo soporta
• Especificar plataformas
• Elegir una plataforma para el sistema
• Transformar la especificación del sistema en una especificación
para una plataforma específica

TERMINOLOGÍAY CONCEPTOS

Sistema y Modelo
• Sistema
• Los conceptos en MDA se presentan en términos de un sistema
existente o planeado.
• Un sistema incluye todo: programa, un ordenador, partes de
otros sistemas, una federación de sistemas, gente, empresas, etc.
• Implementación
• Es una especificación que contiene toda la información necesaria
para construir un sistema y ponerlo operativo.
• Modelo
• Un modelo es una descripción o especificación de un sistema y su
entorno para un propósito particular
• Usualmente es una combinación de dibujos y texto
• El texto puede ser un lenguaje de modelado o lenguaje natural

Características de un modelo
• Son conjuntos de elementos que describen una realidad física,
abstracta o hipotética
• Sirven como medios de comunicación
• Son más fáciles de construir que lo que se quiere construir
• Adecuados para planificar la solución del problema
• Puntos clave del modelado:
• Abstracción => ignorar información que no es interesante en un
contexto particular
• Clasificación => Agrupamiento de información importante en
propiedades comunes
• En MDA
• Se crean modelos a diferentes niveles de abstracción
• Se unen para formar una implementación particular
• Tendencias: UML & Lenguajes específicos de dominio (DSLs)

Meta-modelo
• Es un modelo de un lenguaje de modelado
• Define la estructura, la semántica y las restricciones de una familia
de modelos.
• Un modelo es capturado por un meta-modelo.
• Ej. Un modelo que emplea diagramas de UML es capturado por el
meta-modelo de UML que describe:
• cómo los modelos pueden ser estructurados,
• los elementos que contienen
• las propiedades de los elementos.
Conjunto de todos los modelos
descriptos por el meta-modelo

Arquitectura dirigida por modelos
• Arquitectura
• La arquitectura de un sistema es la especificación de:
• Las partes y los conectores de un sistema
• Las reglas para las interacciones de las partes utilizando estos conectores
• Dirigido por modelos
• MDA es dirigido por modelos porque utiliza modelos para dirigir la
compresión, diseño, construcción, despliegue, operación
mantenimiento y modificación
• Arquitectura dirigida por modelos
• Describe un conjunto de tipos de modelos, y las relaciones que
existen entre estos tipos de modelos
• Describe cómo se “preparan” y relacionan los modelos generados a
partir de los meta-modelos. Preparan ~ construyen

Plataforma, independencia de la
plataforma y aplicación
• Plataforma
• Es un conjunto de subsistemas y tecnologías que proveen un
conjunto coherente de funcionalidad a través de interfaces y
patrones de uso específicos que una aplicación puede utilizar sin
conocer los detalles de implementación.
• Independencia de la plataforma
• Es una cualidad de un modelo
• Es el grado en que un modelo es independiente de las
características de cualquier plataforma
• Aplicación
• Una aplicación se refiere a la funcionalidad que va a ser
desarrollada.
• Un sistema se describe en términos de una o más aplicaciones

Puntos de vista
• Un punto de vista de un sistema es una técnica de abstracción que
selecciona un conjunto de conceptos arquitectónicos y reglas de
estructura, para enfocarse en ciertos aspectos/intereses
(“concerns”) del sistema
• “Abstracción” significa simplificación del sistema, para conseguir un
modelo simplificado.
• MDA especifica 3 (o 4) puntos de vista de un sistema:
• Modelo independiente de la computación (CIM)
• Modelo independiente de la plataforma (PIM)
• Modelo específico de la plataforma (PSM)
• Modelo de específico de implementación (ISM)
• Un modelo de un punto de vista (o vista) es la representación del
sistema desde un la perspectiva de punto de vista particular.

Puntos de vista de MDA
• Punto de vista independiente de la computación
• Se enfoca en el entorno del sistema
• Los requisitos del sistema
• Los detalles de la estructura y procesamiento permanecen
escondidos o indefinidos
• Punto de vista independiente de la plataforma
• Se enfoca en la operación del sistema
• Esconde los detalles de la plataforma
• Una vista independiente de la plataforma muestra la parte de la
especificación que no cambia de una plataforma a otra
• Generalmente utiliza un lenguaje de modelado
• Punto de vista específico de la plataforma
• Combina el punto de vista independiente de la plataforma con un
enfoque adicional al detalle del uso de una plataforma específica

Modelo independiente de la
computación (CIM)
• Es una vista del punto de vista independiente de la
computación
• No muestra detalles de la estructura del sistema
• Se puede llamar modelo de dominio (vocabulario)
• El usuario principal del CIM no suele tener conocimiento de
modelos
• El CIM permite acercar a los expertos del dominio con los
expertos del diseño y la construcción del software

Modelo independiente de la
plataforma (PIM)
• Es una vista del punto de vista independiente de la plataforma.
• Una técnica común para adquirir independencia de la plataforma es
establecer un modelo de sistema para una máquina virtual de
tecnología neutra.
• Una máquina virtual de tecnología neutra define un conjunto de
partes y servicios definidos independientemente de la plataforma
específica
• => el modelo es específico a esa plataforma
• => es el modelo es independiente del modelo de implementación
=> Exhibe un nivel específico de la plataforma , por lo tanto sirve para
un número de plataformas de tipo similar

Modelo específico de plataforma
(PSM) y modelo de plataforma
• Modelo específico de plataforma
• Es una vista del punto de vista específico de la plataforma
• Combina las especificaciones del PIM con los detalles de
implementación que usa una plataforma particular
• Modelo de plataforma
• Provee un conjunto de conceptos técnicos que representan lo
diferentes tipos de partes y servicios que forman una plataforma.
• Especifica los elementos utilizados por el PSM
• Especifica los requisitos de uso y conexión de las partes de la
plataforma

Plataforma
• Es la especificación de un entorno de ejecución para un conjunto de
modelos.
• Java, .NET, CORBA
• Linux, Solaris, Windows
• Debe tener una implementación de su especificación (realización).
• Una realización puede construirse sobre más de una plataforma
Diagrama de
clases de UML
.NET con
SQLServerSQLServer
.NETFigura basada en la presentada en [1].

Transformaciones de modelos
• Es el proceso de convertir un modelo en otro del mismo
sistema
• Ejemplo:
Transformación
Figura basada en la presentada en [1].

Mapping (mapeo)
• Los modelos pueden tener relaciones semánticas con otros modelos
• Ej.: Cuando un conjunto de modelos describe un sistema particular
en diferentes niveles de abstracción
• Una transformación entre modelos toma uno o más modelos como
entrada (fuentes) y produce un modelo de salida (destino).
• Para transformar el/los modelos de entrada se describen «reglas de
transformación» dentro de una «función de transformación»; la
«transformación» es la aplicación de las «funciones de
transformación»
• Estas reglas se describen a nivel de meta-modelo, de forma tal que
son aplicables a todos los conjuntos de modelos definidos en base el
meta-modelo dado.

• Para transformar el/los modelos de entrada se describen
«reglas de transformación» dentro de una «función de
transformación»; la «transformación» es la aplicación de las
«funciones de transformación»
Meta-modelo
entrada
Reglas
Función de transformación
Meta-modelo
salida
Modelo
entrada
Modelo
salida
Transformación

• Ejemplo:
• Una clase de UML se mapea a una declaración de una clase Java,
donde el nombre de la clase Java es el de la clase UML

Función
Ejemplode
transformación
(M2T)
package es.uclm.mads.sample;
public class Libro {
private String titulo;
private String edicion;
private double precio;
private String isbn;
private int stock;
public Libro() {super();}
public void incStock(int cantidad) {this.stock = this.stock + cantidad;}
public void decStock(int cantidad) {this.stock = this.stock - cantidad;}
public String getTitulo() {return titulo;}
public void setTitulo(String titulo) {this.titulo = titulo;}
public String getEdicion() {return edicion;}
public void setEdicion(String edicion) {this.edicion = edicion;}
public double getPrecio() {return precio;}
public void setPrecio(double precio) {this.precio = precio;}
public String getIsbn() {return isbn;}
public void setIsbn(String isbn) {this.isbn = isbn;}
public int getStock() {return stock;}
public void setStock(int stock) {this.stock = stock;}
}
Propiedad2Atributo
Propiedad2Getter
Propiedad2Setter
Clase2Constructor
Clase2Clase
Transformación
Operacion2Metodo

Modelos de marcado
• Supongamos que una «regla de transformación» transforma
un atributo UML en un dato volátil en la pila de ejecución
• Ésta puede no ser siempre la opción más apropiada para el
atributo porque se puede necesitar que sea persistente
• => 2 «reglas de transformación»
• => 1 «entrada de transformación» adicional («marca») que
seleccione qué regla aplicar.
• Una «transformación» puede usar diferentes marcas
asociadas con los «modelos fuente»
• Un «modelo de marcado» describe la estructura y la
semántica de un conjunto de tipos de marcas.
• Una función de transformación especifica los tipos de marcas
que requieren las instancias de los «meta-modelos fuente»

Ejemplo
Cliente
facturasVentas : Collection
notasCredito : Collection
pagos : Collection
direccionesEntrega : Collection
Metamodel
Collection Set
List
CollectionSetMark
Cliente
facturasVentas : List
notasCredito : List
pagos : Set
direccionesEntrega : Set
CollectionListMark
Model

Modelos de marcado

Ejemplo de modelo de marcado
private int stock;
…}
@Entity(name = “LIBRO")
@Column(name = “TITULO", nullable = false, length = 50)
@Column(name = “EDICION", nullable = true, length = 50)
@Column(name = “PRECIO", nullable = false, length = 10)
@Id
@Column(name = “ISBN", nullable = false, length = 13)
@Column(name = “STOCK", nullable = false, length = 10)
private int stock;
…
}
VOLATIL
Propiedad2Atributo
Clase2Clase
……
…
PERSISTENTE
Propiedad2AtributoPer
Clase2ClasePer
……
…

Ejemplo de modelo de marcado
@Entity(name = “LIBRO")
@Column(name = “TITULO", nullable = false,
length = 50)
@Column(name = “TITULO", nullable = false,
length = 50)
@Id
@Column(name = “ISBN", nullable = false,
length = 13)
@Column(name = “STOCK", nullable = false,
length = 10)
private int stock;
…
}
Propiedad2AtributoVol
Clase2ClaseVol
Propiedad2AtributoPer
Clase2ClasePer
………
Almacenamiento
PersistenteVolátil

Modelos de marcado
De un PIM a un PSM
PIM sin marcar
PIM sin marcar
Marcas para la
Plataforma A
Marcas para la
Plataforma B
PIM sin marcar
Marcas para la
Plataforma A
Marcas para la
Plataforma B
PIM sin marcar
Marcas para la
Plataforma A
Marcas para la
Plataforma B
PSM sin
marcar para la
Plataforma A
PSM sin
marcar para la
Plataforma B
Transformación Transformación

Construcción de lenguajes
Lenguajes específicos de dominio
• Razones por las cuales se buscan definiciones más o menos formales
en MDA:
• Comunicación entre los miembros del grupo
• Comunicación con las máquinas
• Formas de definir lenguajes
1. Usar MOF (UML está definido en MOF)
2. Extender UML Profiles (perfiles de UML).
1. Estereotipos que extienden el vocabulario de UML
2. Restricciones (constraints) para crear construcciones «bien formadas»
• La definición de un lenguaje es una «sintaxis abstracta» que define
la estructura del lenguaje independientemente de los símbolos
• La notación gráfica o «sintaxis concreta» para crear, editar o
mantener los modelos en ese lenguaje (es un problema separado)

Tipos de modelos
• Tipos de modelos
• Elaboración
• Ejecución

Elaboración de modelos
• La elaboración de modelos se refiere a la idea de que un
modelo puede ser modificado después de ser generado.
• Principios:
• No elaborar un modelo si no es necesario
• No elaborar modelos «intermedios» si no van a ser expuestos
• Localizar la elaboración y evitar la redundancia
• Cuando un modelo se regenera, nos debemos asegurar que
ciertas áreas no sean modificadas (evitar que sean sobre-
escritas) para ello se utilizan las áreas protegidas.
• Si un área del modelo fuente está protegida, la función de
mapeo preserva esa área.

Modelos ejecutables
• Los modelos ejecutables producen la funcionalidad deseada
en un único dominio
• Los modelos ejecutables son como código, pero
• Permiten interactuar directamente con el dominio del cliente
• Necesitan ser mezclados con otros modelos para producir el
sistema completo, por ej. La UI
• Para mezclar los modelos, se usa un compilador de modelos.
• Del mismo modo que los lenguajes de programación
independizan al programador de la plataforma de hardware,
los modelos nos independizan de la plataforma de software.
• Una forma de ejecutar modelos es mediante Executable UML

MDA Ágil
• Basados en la idea de que el código y los modelos ejecutables
son operacionalmente lo mismo
• El empleo de modelos ejecutables implica el testeo y
verificación instantáneos.
• Así Agile MDA soluciona el conflicto potencia entre MDA y los
métodos ágiles en cuanto a los «verfication gaps» existentes
cuando los modelos no se pueden ejecutar.
• Además, se pueden entregar pequeñas partes del mismo
• Cada modelo se ajusta al mismo metamodelo, porque todos
los modelos son iguales (no hay análisis o diseño).
• Los modelos se unen, en lugar de transformarse, y luego se
mapean a un modelo combinado que se traduce a código en
una arquitectura única de software.

Construcción de un proceso MDA
• Pensemos en la «brecha» que separa el problema del sistema
codificado.
• Si es pequeño => saltamos
• Si es más grande necesitamos algunas rocas
• El proceso MDA =>
1. Encontrar los modelos en un único nivel de abstracción
2. Encontrar el salto óptimo entre modelos
«Cadena de Transformaciones»
Problema SistemaModelo 1 Modelo 2 Modelo N
Función de
Transformación
Función de
Transformación
Función de
Transformación
Función de
Transformación
Proceso
MDA
=> Planificación

Ejecución de un proceso MDA
• La ejecución del proceso incluye dos actividades
1. Formalización del conocimiento del tema a debatir y expresar ese
conocimiento como una implementación
2. Mapear el conocimiento formalizado en una plataforma destino para
ejecutarlo
• Formalización del conocimiento
1. Recolección de requisitos
2. Abstracción del conocimiento en conceptos
3. Expresar esos conceptos formalmente
• El Mapeo del conocimiento
1. Construir las relaciones entre modelos a través de funciones de mapeo,
modelos de marcado y transformación de modelos
2. Una vez que las funciones de mapeo y los modelos de marcados están
definidos, se procede a la transformación y verificación en:
1. Otros modelos
2. Código fuente

Referencias
1. Stephen J. Mellor, Kendall Scott, Axel Uhl, Dirk Weise. MDA
Distilled: Principles of Model-Driven Architecture. Addison
Wesley. 2004.
2. OMG. MDA Guide v.1.0.1. June, 12th 2003.

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