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[pt] Alunos aprendendo programação concorrente muitas vezes têm dificuldades de testar seus programas por conta do não-determinismo presente no escalonamento de threads. Em geral, é difícil testar cenários específicos e mais difícil ainda repetir um determinado cenário para testar mudanças do código. Nesta tese, apresentamos a EventManager: uma ferramenta que criamos para permitir que um usuário instrumente seu programa, marcando eventos no código e especificando sequências de eventos através de uma linguagem de domínio específico (DSL). Esta linguagem restringe o escalonamento das threads para que obedeça as sequências permitidas para estes eventos. Descrevemos a implementação da EventManager para aplicações baseadas em threads POSIX. Investigamos a aplicação da ferramenta em soluções de problemas clássicos de concorrência para averiguar a expressividade da linguagem que criamos. / [en] Students learning concurrent programming often struggle with tests due to the non-deterministic nature of thread scheduling. It is in general hard to test specific scenarios and harder yet to repeat a given scenario for further tests after changes to the code. In this thesis, we present EventManager: a tool we developed that allows the user to instrument their program, marking events in the code and specifying valid event sequences using a domainspecific language. This language restricts thread scheduling to obey allowed sequences for these events. We describe the implementation of EventManager for applications based on POSIX threads. We investigate our tool applied on solutions of classical concurrency problems to verify the expressiveness of the created language.

This master thesis introduces FGSSNet, a novel multi-headed feature-guided semantic segmentation (FGSS) architecture designed to improve the generalization ability of segmentation models on floorplans by injecting domain-specific information into the latent space, guiding the segmentation process. FGSSNet features a U-Net segmentation backbone with a jointly trained reconstruction head attached to the U-Net decoder, tasked with reconstructing the injected feature maps, forcing their utilization throughout the decoding process. A multi-headed dedicated feature extractor is used to extract the domain-specific feature maps used by the FGSSNet while also predicting the wall width used for our novel dynamic scaling algorithm, designed to ensure spatial consistency between the training and real-world floorplans. The results show that the reconstruction head proved redundant, diverting the networks attention away from the segmentation task, ultimately hindering its performance. Instead, the ablated reconstruction head model, FGSSNet-NoRec, showed increased performance by utilizing the injected features freely, showcasing their importance. FGSSNet-NoRec slightly improves the IoU performance of comparable U-Net models by achieving 79.3 wall IoU(%) on a preprocessed CubiCasa5K dataset while showing an average IoU increase of 3.0 (5.3%) units on the more challenging real-world floorplans, displaying a superior generalization performance by leveraging the injected domain-specific information.

In dieser Dissertation, schaue ich auf objekt-orientierte Metamodellierung und wie sie verwendet werden kann, um Computersprachen zu beschreiben. Dabei, fokussiere ich mich nicht nur auf die Beschreibung von Sprachen, sondern auch auf die Verwendung von Sprachbeschreibungen zur automatischen Erzeugung von Sprachwerkzeugen aus Sprachbeschreibungen. Ich nutze die Idee von Metasprachen und Metawerkzeugen. Metasprachen werden verwendet um bestimmte Sprachaspekte, wie Notationen und Semantiken, zu beschreiben, und Metawerkzeuge werden verwendet um Sprachwerkzeuge wie Editoren und Interpreter aus entsprechenden Beschreibungen zu erzeugen. Diese Kombination von Beschreibung und automatischer Entwicklung von Werkzeugen ist als Domänenspezifische Modellierung (DSM) bekannt. Ich verwende DSM basierend auf objekt-orientierter Metamodellierung zur Beschreibung der wichtigen Aspekte ausführbarer Computersprachen. Ich untersuche existierende Metasprachen und Metawerkzeuge für die Beschreibung von Sprachvorkommen, ihrer konkreten Repräsentation und Semantik. Weiter, entwickle ich eine neue Plattform zur Beschreibung von Sprachen basierend auf dem CMOF-Modell der OMG MOF 2.x Empfehlungen. Ich entwickle eine Metasprache und Metawerkzeug für textuelle Notationen. Schlussendlich, entwickle ich eine graphische Metasprache und Metawerkzeug zur Beschreibung von operationaler Semantik von Computersprachen. Um die Anwendbarkeit der vorgestellten Techniken zu prüfen, nehme ich SDL, die Specification and Description Language, als einen Archetypen für textuell notierte Sprachen mit ausführbaren Instanzen. Für diesen Archetyp zeige ich, dass die präsentierten Metasprachen und Metawerkzeuge es erlauben solche Computersprachen zu beschreiben und automatisch Werkzeuge für diese Sprachen zu erzeugen. / In this thesis, I look into object-oriented meta-modelling and how it can be used to describe computer languages. Thereby, I do not only focus on describing languages, but also on utilising the language descriptions to automatically create language tools from language descriptions. I use the notion of meta-languages and meta-tools. Meta-languages are used to describe certain language aspects, such as notation or semantics, and meta-tools are used to create language tools, such as editors or interpreters, from corresponding descriptions. This combination of describing and automated development of tools is known as domain specific modelling (DSM). I use DSM based on object-oriented meta-modelling to describe all important aspects of executable computer languages. I look into existing meta-languages and meta-tools for describing language utterances, their concrete representation, and semantics. Furthermore, I develop a new platform to define languages based on the CMOF-model of the OMG MOF 2.x recommendations. I develop a meta-language and meta-tool for textual language notations. Finally, I develop a new graphical meta-language and meta-tool for describing the operational semantics of computer languages. To prove the applicability of the presented techniques, I take SDL, the Specification and Description Language, as an archetype for textually notated languages with executable instances. For this archetype, I show that the presented meta-languages and meta-tools allow to describe such computer languages and allow to automatically create tools for those languages.

Die Anwendung von Methodiken und Technologien aus dem Bereich der Softwaretechnik auf den Bereich der Umweltmodellierung ist eine gemeinhin akzeptierte Vorgehensweise. Im Rahmen der "modellgetriebenen Entwicklung"(MDE, model-driven engineering) werden Technologien entwickelt, die darauf abzielen, Softwaresysteme vorwiegend auf Basis von im Vergleich zu Programmquelltexten relativ abstrakten Modellen zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil von MDE sind Techniken zur effizienten Entwicklung von "domänenspezifischen Sprachen"( DSL, domain-specific language), die auf Sprachmetamodellen beruhen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie modellgetriebene Entwicklung, und insbesondere die metamodellbasierte Beschreibung von DSLs, darüber hinaus Aspekte der Pragmatik unterstützen kann, deren Relevanz im erkenntnistheoretischen und kognitiven Hintergrund wissenschaftlichen Forschens begründet wird. Hierzu wird vor dem Hintergrund der Erkenntnisse des "modellbasierten Forschens"(model-based science und model-based reasoning) gezeigt, wie insbesondere durch Metamodelle beschriebene DSLs Möglichkeiten bieten, entsprechende pragmatische Aspekte besonders zu berücksichtigen, indem sie als Werkzeug zur Erkenntnisgewinnung aufgefasst werden. Dies ist v.a. im Kontext großer Unsicherheiten, wie sie für weite Teile der Umweltmodellierung charakterisierend sind, von grundsätzlicher Bedeutung. Die Formulierung eines sprachzentrierten Ansatzes (LCA, language-centered approach) für die Werkzeugunterstützung konkretisiert die genannten Aspekte und bildet die Basis für eine beispielhafte Implementierung eines Werkzeuges mit einer DSL für die Beschreibung von Zellulären Automaten (ZA) für die Umweltmodellierung. Anwendungsfälle belegen die Verwendbarkeit von ECAL und der entsprechenden metamodellbasierten Werkzeugimplementierung. / The application of methods and technologies of software engineering to environmental modeling and simulation (EMS) is common, since both areas share basic issues of software development and digital simulation. Recent developments within the context of "Model-driven Engineering" (MDE) aim at supporting the development of software systems at the base of relatively abstract models as opposed to programming language code. A basic ingredient of MDE is the development of methods that allow the efficient development of "domain-specific languages" (DSL), in particular at the base of language metamodels. This thesis shows how MDE and language metamodeling in particular, may support pragmatic aspects that reflect epistemic and cognitive aspects of scientific investigations. For this, DSLs and language metamodeling in particular are set into the context of "model-based science" and "model-based reasoning". It is shown that the specific properties of metamodel-based DSLs may be used to support those properties, in particular transparency, which are of particular relevance against the background of uncertainty, that is a characterizing property of EMS. The findings are the base for the formulation of an corresponding specific metamodel- based approach for the provision of modeling tools for EMS (Language-centered Approach, LCA), which has been implemented (modeling tool ECA-EMS), including a new DSL for CA modeling for EMS (ECAL). At the base of this implementation, the applicability of this approach is shown.

Domänenspezifische Sprachen (DSLs) sind Software-Sprachen, die speziell für bestimmte Anwendungsdomänen entwickelt wurden. Mithilfe von DSLs können Domänenexperten ihr Domänenwissen auf einem hohen Abstraktionsniveau beschreiben. Wie andere Software-Sprachen auch, benötigen DSLs Sprachwerkzeuge, die Assistenz bei der Erstellung und Verarbeitung von domänenspezifischen Modellen bieten. Eine domänenspezifische Werkbank (DSW) ist ein Software-Werkzeug, welches mehrere solcher Sprachwerkzeuge für eine DSL miteinander integriert. Existierende Werkzeuge, die es erlauben eine DSW aufgrund der Beschreibung einer DSL automatisch generieren zu lassen, unterstützen jedoch nicht die Beschreibung und Generierung von editierbaren Sichten. Eine Sicht ist ein Teil einer DSW, der nur einen bestimmten Aspekt eines Modells darstellt. Diese Dissertation stellt spezielle Modelltransformationssprachen (MTLs) vor, mit denen die Synchronisation von Sichten in einer generierten DSW beschrieben werden kann. Dadurch können DSWs mit editierbaren Sichten mittels existierender Werkzeuge zur Generierung von Sprachwerkzeugen erstellt werden. Dafür wird eine DSW für die Nanophysik-Domäne sowie eine Taxonomie von Synchronisationstypen vorgestellt, welche es erlaubt genau zu bestimmen, welche Art von Modelltransformationen für die Synchronisation von Sichten in dieser Werkbank benötigt werden. Entsprechend dieser Anforderungen werden zwei MTLs entwickelt. Insbesondere wird eine bidirektionale MTL entwickelt. Mit solch einer Sprache kann man eine Relation, welche definiert ob zwei Modelle synchron sind, so beschreiben, dass die entsprechende Synchronisationslogik automatisch abgeleitet werden kann. Die gezeigten MTLs werden als interne DSLs - das heißt eingebettet als ausdrucksstarke Bibliotheken - in der Programmiersprache Scala implementiert. Auf diese Weise kann Scalas Typprüfung genutzt werden, um Transformationen und deren Komposition statisch zu verifizieren. / Domain-specific languages (DSLs) are software languages which are tailored to a specific application domain. DSLs enable domain experts to create domain-specific models, that is, high-level descriptions of domain knowledge. As any other software languages, DSLs rely on language tools which provide assistance for processing and managing domain-specific models. A domain-specific workbench is an integrated set of such tools for a DSL. A recently proposed approach is to automatically generate a domain-specific workbench for a DSL from a description of that DSL. However, existing tools which apply this approach do not support to describe and generate editable domain-specific views. A view is a part of domain-specific workbench that presents only one aspect of a model, for example, its hierarchical structure. This dissertation presents special model transformation languages which support the description of view synchronization in a generated domain-specific workbench. This allows a multi-view domain-specific workbench to be created with existing tools for language tool generation. We present a generated domain-specific workbench for the nanophysics domain and present a taxonomy of synchronization types. This allows us to precisely define what model transformations are required for view synchronization in that workbench. According to these requirements, we develop two transformation languages by adapting existing ones. In particular, we develop a bidirectional transformation language. With such a language one can describe a relation which defines whether two models are in sync and let the synchronization logic be inferred automatically. We implement model transformation languages as internal DSLs - that is, embedded as expressive libraries - in the Scala programming language and use Scala''s type checking for static verification of transformations and their composition.

One important phase in software development process is to create a design model of the system which follows all the architectural rules. Often the architectural rules are defined by the system architect and the system model is designed by the system designer. The architect defines the rules in a text file where no standard or pattern is followed. Therefore, there is always the risk of violating the architectural rules by the designer. So manual reviews on the system model should be done by the architect to ensure the system model is valid.In order to remove this manual checking which can be erroneous and time consuming ArCon (Architecture Conformance Checker) was developed by Combitech AB. ArCon is a tool which lets the architect define the architectural rules in the format of UML (Unified Modeling Language) models where the elements of the model have different meaning than the standard UML. ArCon can read this model and extract architectural rules from it and check the system model against those rules and then print all the rule violations.ArCon is an open source tool i.e. free for everyone to download and use. Currently, it supports Papyrus as the UML modeling tool. Papyrus is integrated to Eclipse platform and is a general purpose modeling tool. It supports users with all types of UML diagrams and elements.The idea for this thesis work was to implement a new feature for ArCon in order to facilitate the design process for system designers. The feature should provide the system designers only those types of elements which they are permitted to add to a specific fraction of the system model. The list of permitted element types should be extracted from the architecture model where all the architectural rules are defined in advance. This new support in ArCon was named Domain Specific Modeling (DSM) support.To evaluate the effect of DSM support on the system designers performance a few test sessions, called usability tests, were performed. The participants in the test sessions were a representative sample of software designers. After analyzing the data collected from the test sessions, the pros and cons of the new support were discovered. Furthermore, a few new ideas for enhancing DSM support were generated.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’ouverture des EIAH (EnvironnementsInformatiques pour l'Apprentissage Humain), pour répondre à leur faible déploiement dansles établissements de formation, en facilitant leur appropriation par des usagers. Notre travailde recherche s'inscrit dans le cadre du projet REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par lesModèles) mené au LIUM (Laboratoire d'Informatique de l'Université du Maine), dont un desobjectifs est d’intégrer les enseignants dans le processus de conception des scénariospédagogiques d’un EIAH.Nous proposons une approche d’ingénierie et de réingénierie pour rendre un EIAH ouvertà la conception et à l’adaptation de ses scénarios pédagogiques par les enseignantsutilisateurs. Nous avons défini un processus de conception basé sur la modélisationde scénarios pédagogiques ouverts (SPO), qui permet l’instrumentation des enseignantspour les aider dans la conception continue (i.e. qui se poursuit dans l’usage) d’une activitéd’apprentissage. Nous faisons trois propositions scientifiques :- Un modèle de représentation des SPO, qui permet de les structurer en variantes enfonction des contextes d’exécution. Nous qualifions ce modèle de rationnel puisqu’il s’appuieprincipalement sur l’approche du Design Rationale que nous avons adaptée à notreproblématique.- Un processus itératif et incrémental d’ingénierie et de réingénierie qui guide lesenseignants pour concevoir et adapter des SPO conformes au modèle que nous avonsdéfini.- Une méthode dirigée par les modèles et spécifique au domaine métier pour instrumenterle processus d’ouverture des scénarios pédagogiques d’un EIAH existant. Cette méthoded’instrumentation, reposant sur l’IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles) et le DSM(Domain-Specific Modeling), implique les enseignants utilisateurs de l’EIAH, considérés icicomme des experts du domaine. Elle est structurée en plusieurs phases qui amènentprogressivement à définir, de façon spécifique à l’EIAH considéré, un langage d’expressiondes SPO (ADSGEML - Adaptive Domain-Specific Graphical Educational ModelingLanguage) et un éditeur associé permettant la conception et l’adaptation des SPO dansl’univers métier de l’EIAH.Afin d’évaluer et de raffiner nos propositions, nous les avons appliquées sur l’EIAH«Hop3x», préalablement conçu au LIUM dans le cadre d’un autre projet pour pratiquer laprogrammation orientée objet. Nous avons donc élaboré un ADSGEML et un environnementd’édition graphique pour permettre aux enseignants de concevoir et d’adapterdynamiquement des sessions ouvertes de Hop3x, à un niveau élevé d’abstraction. / In this thesis, we are interested in opening TEL systems (Technology EnhancedLearning) up in order to respond to the problem of their low deployment in teachinginstitutions, we need to facilitate their adoption by users. Our research work is part ofthe REDiM (French abbreviation which means “Model-Driven Re-engineering of TELsystems”) project led by the LIUM Computer Science Laboratory of Le MansUniversity in France. One of the main objectives of this project is to involve teachersin the design process of learning scenarios of a TEL system.We propose an engineering and re-engineering approach for opening TEL systemsin order to facilitate for teachers the design and adaptation of pedagogical scenarios.We defined a design process based on the modeling of Open Pedagogical Scenarios(OPS), which allows the building of supports helping teachers in the continuousdesign of a learning activity (i.e. design which continues in the use process). Wemake three scientific proposals:- A model of OPS representation which defines a structure based on variantsaccording to execution contexts. We consider this model to be “rational” because it isbased mainly on the Design Rationale approach that we have adapted for ourresearch problem.- An iterative and incremental engineering and re-engineering process that guidesteachers to design and adapt OPS according to the rational model that we define inthis work.- A model-driven and domain-specific method for supporting the process of openingpedagogical scenarios of a legacy TEL system. This method, based on the MDE(Model-Driven Engineering) and DSM (Domain-Specific Modelling), involves teachersusing the TEL system, as they are considered to be domain experts. Our method isdivided into several phases that lead progressively to define the TEL system’sADSGEML (Adaptive Educational Graphical Domain-Specific Modelling Language)and an associate editor allowing the design and adaptation of OPS in the businessfield of the TEL system to open for teachers.To evaluate and refine our proposals, we have applied them on the TEL system"Hop3x" which was designed at LIUM under another project for practicing objectorientedprogramming. We therefore developed an ADSGEML and a graphicalediting environment to enable teachers to design and adapt dynamically the openHop3x’s learning sessions at a high level of abstraction.

En génie logiciel collaboratif, les systèmes de contrôle de version (SCV) jouent un rôle crucial dans la gestion des changements de code, la promotion de la collaboration et la garantie de l'intégrité des projets partagés. Cette importance s'étend à l'ingénierie dirigée par les modèles (IDM), où les experts du domaine conçoivent des modèles spécifiques au domaine (MSD). Dans ce contexte, la collaboration avec les SCV permet de coordonner les changements de modèles et de préserver l'intégrité des MSD. Cependant, les solutions existantes se concentrent principalement sur des approches génériques, considérant les modèles comme du texte générique. Ces SCV rapportent les différences entre les versions des modèles d'une manière abstraite et non intuitive pour les experts du domaine. Cela pose également des défis lors de la résolution des conflits et de la fusion des modèles, ce qui ajoute de la complexité au flux de travail des experts du domaine. L'objectif de cette thèse est de fournir des SCV spécifiques à un domaine donné en se concentrant sur les deux principaux composants des SCV, à savoir la différenciation et la fusion. Nous présentons DSMCompare, un outil de comparaison de modèles spécifique au domaine, intégré avec des capacités de détection, de résolution et de fusion de conflits de triplets de versions. DSMCompare fournit des représentations concises des différences et conflits à différents niveaux de granularité, tout en utilisant la syntaxe graphique des MSD originaux. Dans nos évaluations, DSMCompare a démontré des améliorations notables par rapport aux solutions génériques de différenciation et de fusion, notamment une réduction de la verbosité des différences rapportée, des différences exprimée en utilisant la sémantique du domaine, une détection précise des différences sémantiques et des conflits entre différentes versions d’un modèle, une résolution correcte des conflits, une diminution des interactions manuelles requises et une amélioration globale de l'efficacité pour les experts du domaine. / In the context of collaborative software engineering, version control systems (VCS) play a crucial role in managing code changes, promoting collaboration, and ensuring the integrity of shared projects. This significance extends to model-driven engineering (MDE), where domain experts design domain-specific models (DSM). In this context, collaborating with VCS aids in coordinating model changes and preserving the integrity of DSMs. However, existing solutions primarily focus on generic approaches, considering models as generic text. VCS report the differences between model versions in an abstract and unintuitive way for domain experts. This also poses challenges when resolving conflicts and merging models, adding complexity to the workflow of domain experts. The goal of this thesis is to provide domain-specific VCS for domain experts, focusing on the two main components of VCS, namely differencing and merging. We introduce DSMCompare, a domain-specific model comparison tool integrated with three-way conflict detection, resolution, and merging capabilities. DSMCompare provides concise representations of differences and conflicts at different levels of granularity, while using the graphical syntax of the original DSMs. In our evaluations, DSMCompare demonstrated significant improvements over generic differencing and merging solutions, including a reduction in reported difference verbosity, differences expressed using the semantics of the domain, accurate detection of semantic differences and conflicts between different versions of a model, correct conflict resolution, a reduction in manual interactions needed, and an overall improvement in efficiency for domain experts.

Experimentieren in der vorliegenden Arbeit bedeutet, Experimente auf der Basis von computerbasierten Modellen durchzuführen, wobei diese Modelle Struktur, Verhalten und Umgebung eines Systems abstrahiert beschreiben. Aus verschiedenen Gründen untersucht man stellvertretend für das System ein Modell dieses Systems. Systematisches Experimentieren bei Variation der Modelleingabeparameterbelegung führt in der Regel zu sehr vielen, potentiell lang andauernden Experimenten, die geplant, dokumentiert, automatisiert ausgeführt, überwacht und ausgewertet werden müssen. Häufig besteht dabei das Problem, dass dem Experimentator (der üblicherweise kein Informatiker ist) adäquate Ausdrucksmittel fehlen, um seine Experimentier-Prozesse formal zu beschreiben, so dass sie von einem Computersystem automatisiert ausgeführt werden können. Dabei müssen Verständlichkeit, Nachnutzbarkeit und Reproduzierbarkeit gewahrt werden. Der neue Ansatz besteht darin, generelle Experimentier-Workflow-Konzepte als Spezialisierung von Scientific-Workflows zu identifizieren und diese als eine metamodellbasierte Domain-Specific-Language (DSL) zu formalisieren, die hier als Experimentation-Language (ExpL) bezeichnet wird. ExpL beinhaltet allgemeine Workflow-Konzepte und erlaubt das Modellieren von Experimentier-Workflows auf einer frameworkunabhängigen, konzeptuellen Ebene. Dadurch werden die Nachnutzbarkeit und das Publizieren von Experimentier-Workflows nicht mehr durch die Gebundenheit an ein spezielles Framework behindert. ExpL wird immer in einer konkreten Experimentierdomäne benutzt, die spezifische Anforderungen an Konfigurations- und Auswertemethoden aufweist. Um mit dieser Domänenspezifik umzugehen, wird in dieser Arbeit gezeigt, diese beiden Aspekte separat in zwei weiteren, abhängigen Domain-Specific-Languages (DSLs) zu behandeln: für Konfiguration und Auswertung. / Experimentation in my work means performing experiments based on computer-based models, which describe system structure and behaviour abstractly. Instead of the system itself models of the system will be explored due to several reasons. Systematic experimentation using model input parameter variation assignments leads to lots of possibly long-running experiments that must be planned, documented, automated executed, monitored and evaluated. The problem is, that experimenters (who are usually not computer scientists) miss the proper means of expressions (e. g., to express variations of parameter assignments) to describe experimentation processes formally in a way, that allows their automatic execution by a computer system while preserving reproducibility, re-usability and comprehension. My approach is to identify general experimentation workflow concepts as a specialization of a scientific workflow and formalize them as a meta-model-based domain-specific language (DSL) that I call experimentation language (ExpL). experimentation language (ExpL) includes general workflow concepts like control flow and the composition of activities, and some new declarative language elements. It allows modeling of experimentation workflows on a framework-independent, conceptional level. Hence, re-using and sharing the experimentation workflow with other scientists is not limited to a particular framework anymore. ExpL is always being used in a specific experimentation domain that has certain specifics in configuration and evaluation methods. Addressing this, I propose to separate the concerns and use two other, dependent domain-specific languages (DSLs) additionally for configuration and evaluation.