Modelos de transformación de Grafos para estilos de arquitectura de software

127 Pages·2012·1.8 MB·Spanish

Tesis de Posgrado
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GGrraaffooss ppaarraa eessttiillooss ddee aarrqquuiitteeccttuurraa
ddee ssooffttwwaarree
Hirsch, Dan Francisco
2003
Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en Ciencias
de la Computación de la Universidad de Buenos Aires
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Hirsch, Dan Francisco. (2003). Modelos de transformación de Grafos para estilos de
arquitectura de software. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos
Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_3569_Hirsch.pdf
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Hirsch, Dan Francisco. "Modelos de transformación de Grafos para estilos de arquitectura de
software". Tesis de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos
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Doctorado en Ciencias de la Computación
Departamento de Computación
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad dc Buenos Aires
Modelos de Transformación de Grafos
para Estilos de Arquitectura de Software
por
Dan Francisco Hirsch
Directores:
Prof. Ugoi/Iontanari
Dipartimento di Informatica
Universita di Pisa
Corso Italia 40
(56125), Pisa, Italia
Prof. Daniel Yankelevich
Departamento de Computación
Universidad de Buenos Aires
Pabellón 1- Planta Baja - Ciudad Universitaria
(1428), Buenos Aires, Argentina
\\\- /
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
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Departamento de Computación
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad (le Buenos Aires
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DEPARTAMENTO DE COMPUTACIÓN
Doctorado en Ciencias de la Computación
Departamento de Computación
Facultad (leCiencias Exactas y Naturales
Universidad de Buenos Aires
Graph Transformation Models
for Software Architecture Styles
by
Dan Francisco Hirsch
Advisors:
Prof. Ugo Montanari
Dipartimento di Informatica
Universita di Pisa
Corso Italia 40
(56125),Pisa, Italia
Prof. Daniel Yankelevich
Departamento (leComputación
Universidad de Buenos Aires
Pabellón 1- Planta Baja - Ciudad Universitaria
(1428), Buenos Aires, Argentina
JE
Departamento de Computación
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad de Buenos Aires
Copyright © 2002by Dan Hirsch
e-mail: dhirsch©dc.uba.a.r
http:// www.dc.uba.ar/people/exclusivos/dhirscl1
Cover design by Dan Hirsch.
Contents
Abstract
Resumen
Extended Abstract
I Introduction
1 Modeling Software Architectures and Software Architectures Styles
1.1 SoftwareArchitectures and SoftwareArchitecture Styles
1.2 Why Graphs and Graph Transformations?
1.3 Thesis Results . . . .
1.4 Related Work
1.5 Thesis Organization. . .
HHHmococucow
II Background
2 Basic Notions
2.1 Hypergraphs. .
2.2 Hyperedge Replacement (HR) Systems
2.3 Synchronized HR (SHR) Systems
2.4 The 7r-Calculus
III Software Architecture Stylesand Grammars 23
3 Software Architectures and Graphs 25
3.1 Case Study: Remote Medical Care System . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 Graphical Notations: Semiformaland Formal Languages 27
3.3 Graphs for SA Static Configurations 27
3.4 Example.
3.5 Multiple Views
(CIOOCZ)
4 Software Architecture Styles and Graph Grammars
4.1 Graph Grannnars and Graph Transformations forStyles 31
4.2 Style Static Configuration 33
4.2.1 Example . 34
4.3 Style Dynamic Reconfigm'ation 35
4.3.1 Example . 37
4.4 Style Communication Pattern
4.4.1 Example . 40
IV Adding Dynamic Reconfiguration to Styles
5 Hypergraphs and Syntactic Judgements
5.1 Ring Example .
6 SHR Systems with Name Mobility
G.1 SHR Systems as Syntactic .lndgements
6.2 Hoare Syncln‘onization
6.2.1 Example .
(5.3 .\lilner Syncln‘onization . .
6.3.1 Example . . . .
G.4 Two Examka of Expressive Power
6.4.1 Complete Graplis
(5.4.2 Tiles
V A Translation for fi-Calculus 65
7 SHR Systems vs. ï-Calculus 67
7.1 Translation . . 67
7.2 ï-calculus vs. ïI-calcnlus .
VI Adding Design 'I‘ransformations to Styles 87
8 Consistent 'Iï‘ansformations over Derivations 89
8.1 Reconfiguration by Transformations . 89
8.1.1 Example. . . . 91
8.2 Higher-Order Replacement Systems . . . . 93
8.2.1 Higher-Order Replacement and A-Calculus 94
8.2.2 DerivationTransformations 102
9 Consistent Transformations via Inconsistent Steps 105
9.1 Building Consistent Transformations 105
9.1.1 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
VII Conclusions 111
10Conclusions and Future Work 113
Bibliography 117
Abstract
Un Estilo de Arquitectura de Software es una clase de arquitecturas que exhiben un
patrón común. Sila reusabilidad y la clasificaciónde arquitecturas sonobjetivos princi­
palespara permitir explotar trabajo previo,la identificaciónde una arquitectura dentro
deun estiloespecífico,requiere lenguajes expresivosy bien fundados para representar es­
tilos. Losrequerimientos de lossistemas modernos incluyen distribución, concurrencia,
reconfiguraciónymovilidad. Por lotanto, esnecesariodesarrollar ellenguaje de estilosy
porconsiguientesusemántica formal. Esta tesispresenta un marcoformalpara describir
estilos de arquitectura de software basado en lossistemas de transformación de grafos.
En particular, para describir estiloselegimosutilizar gramáticas libres de contexto para
Reescritum de Hiperejes (HyperedgeReplacement (HR) grarnmars) y gramáticas HR de
Sincronización (Synchronized HR (SHR) grammars) para modelar la comunicación y la
coordinación entre componentes. En la segunda parte de la tesis continuamos usando
gramáticas HR (sin sincronización) para describir estilos e introducimos un enfoque es­
pecífico,basado en teoría de tipos, para describir las reconfiguraciones (llamadas trans­
formaciones). Por analogía, podemos pensar enestilos comotipos para lasinstancias de
arquitectura y en derivaciones HR como pruebas de tipo. Las recoufiguraciones deben
preservar lostipos: en terminología de la teoría de tipos esta propiedad se llama subject
reduction. Nuestro método consiste en definir transformaciones sobre pruebas de tipo.
Losdiferentes temas en la tesis son acompañados por ejemplos específicosy por un caso
de estudio que es utilizado a lo largo de la tesis.
Resumen
La evolución de los sistemas de software y la creciente complejidad de sus procesos de
desarrollo han hecho necesario establecer pasos de diseño bien definidos que permitan
reducir el gap entre requerimientos e implementaciones. En esta dirección, en años
recientes, un área importante de la investigación ha tratado con las Arquitecturas de
Software. Básicamente, una arquitectura de software es una descripción de alto nivel
de un sistema complejo, con un nivel adecuado de abstracción que permite capturar
del dominio del problema los componentes, a partir de los requerimientos, que serán
diseñados detalladamente más adelante. Un Estilo de Arquitectura de Softwarees una
clasede arquitecturas queexhiben un patrón común. Sila reusabilidad y la clasificación
de arquitecturas son objetivos principales para permitir que losdiseñadores exploten el
trabajo previo, la identificaciónde una arquitectura de un sistema dentro de un estilo
específicorequiere lenguajes expresivosy bien fundados para representar estilos.
Los requerimientos de los sistemas modernos imponen nuevas características a la
descripción de las arquitecturas de software. Estos incluyen la distribución, la concur­
rencia, lareconfiguraciónylamovilidad. Por lotanto, esnecesariodesarrollar ellenguaje
de estilos que soporte estas características y por consiguiente su semántica formal. En­
tonces, la descripciónde un estilo de arquitectura de softwaredebe incluir la estructura
de los tipos de componentes y sus interacciones, los patrones de comunicación, y las
leyesque gobiernan la reconfiguración y/o la movilidad en la arquitectura. Siguiendo
esta línea de investigación,es nuestro objetivo contribuir a la formalización de modelos
para la descripciónde arquitecturas y estilos de arquitectura de software.
Esta tesispresenta un marco formalpara ladescripciónde estilosde arquitectura de
software basado en lossistemas de transformación de grafos. Una gramática de grafos
caracteriza una clasede grafosque comparten características estructurales y está com­
puesta por un conjunto de reglas de reescritura llamadas producciones. Inicialmente,
losgrafosrepresentan lasconfiguracionesestáticas de las arquitecturas y lasgramáticas
representan losestilos. Luego,podremos incluir producciones que especifiquen las inter­
accionesen mntime entre componentes, la reconfiguración y la movilidad.
Lasarquitecturas desistemas puedensercontroladasdemanera centralizada através
de un coordinador o administrador, o pueden ser sistemas denominados self organising
en los cuales la coordinación está distribuida localmente entre los componentes. Los