近年來，模型驅動的軟體開發方式已在軟體開發社群引起廣泛的討論與研究。知名的物件管理組織並提出模型驅動架構來推廣這種新的軟體開發方式。一般使用模型驅動架構觀念的開發方法多著重在模型交換、模型變更及產生程式碼的精準度，但對於應用樣板程式在產生程式的使用上卻很少有特別的規範，故本研究選擇樣板程式的應用進行探討。在模型建構方面，我們依循一般將業務性及非業務性的模型分開設計及管理的方式，以方便系統開發人員在設計模型時，可以專注於業務性的功能設計，非業務性的功能便可依系統的需求選擇特定的組合；但在程式碼產生部分，本研究則應用剖面導向程式設計中的織入方式來產生程式碼。我們以Orr, Doug所製作的原型程式為基礎，建立一個應用剖面樣板於模型驅動開發的流程，並且以一個應用實例及使用工具來闡明整體導入的過程及運用價值。經由這樣的實例，可以讓系統開發者感受應用剖面樣板於模型驅動開發所帶來的方便及效率的提昇。 / Recently, model-driven software development has attracted great attention from the software development community. The Object Management Group (OMG) has also proposed the so-called Model-Driven Architecture (MDA) to promote it. As far as we know, most system development approaches using the MDA concept emphasize on model exchange, model change and degree of preciseness on code generation and do not discuss much about the usage of templates for code generation. Therefore, this research proposes to study the code generation part of MDA using templates. Like other MDA-based approaches, our development process also design and manage functional models and non-functional models separately, allowing system developers to focus on functional models design and to easily choose existing functions for non-functional models by requirements. What makes our approach different is we add an attachment model which facilitates the code generation steps by using the weaving mechanism found in aspect-oriented programming (AOP). In this study, we elaborate the attachment model proposed by Orr, Doug and propose an example of model-driven development process using it for code generation. Moreover, we utilize the prototype of Orr, Doug’s to create a complete example which re-engineers an existing application by replacing its system platform and extending its business functions using this process.

近年來越來越多資訊應用領域，開始採用領域特定語言（Domain Specific Language）以表達並解決其領域問題。然而這些特定領域語言多數卻缺乏可大大提升生產力的高品質編輯輔助工具。其主因乃因為從頭開發一套高品質編輯輔助工具所費不貲，然這些特定領域語言普及程度卻遠不如一般通用語言，是以缺乏誘因驅使軟體商開發相關工具。為能快速開發輔助工具，現今的工具開發平台如Eclipse、IDEA，以及NetBeans等，均提供整合開發環境(IDE)的發展支援，以利開發者在平台上快速擴增新語言之編輯環境。即使如此，要發展一套IDE，開發者不僅需深入熟悉所用平台，而且仍需繁瑣與長時間之開發過程。基於此，為求更簡化IDE開發過程，本研究嘗試增強、重構先前開發之雛型系統EGOE【9】，發展出一套遵循模型驅動架構(MDA)之高品質語言編輯環境生成系統：EGOE II。經由此系統的輔助，IDE開發者僅需提供程式語言文法定義(Grammar)及IDE輔助機制客制化資訊，即能套用系統內部的模型轉換程式及程式樣板(Templates)，自動生成以Eclipse為平台的高效能、高品質，且提供豐富編輯輔助的程式語言IDE。 / In recent years more and more fields of applications began to use DSLs(Domain Specific Language) to solve their problems. However, most of these languages were created without accompanying high-quality language specific editors(LSE) to help increase the productivity of the language. The reason for the lack of such tools is mostly economic consideration: because of the very high cost of developing a LSE from scratch, it is not worthwhile to invest a LSE on a less frequently used language. To avoid developing an LSE from scratch, however, most present tool platforms such as Eclipse, IDEA or NetBeans have offered required editor frameworks and APIs to help developers to be able to build LSEs on these platform more quickly and easily. Even so, however, it is still thought hard to develop a LSE by way of platform support since developers need a long and steep learning before they can get adept at a platform and, moreover, the process of developing a LSE remains long, tedious and error-prone. Accordingly, to enable even quicker development of LSEs, we proposed and have developed in this paper a high quality editing environment generating system called EGOE II, which follows the MDA approach and is the refactoring and enhancement of our previous prototype EGOE system. With EGOE II, the developer need only offer an editor-specific specification of the target language, which includes the grammar and editor-related customization informations; he can then apply to it the model translator and program templates provided by the system to automatically produce a high-quality editor on Eclipse platform for the target language.

The research presented in this thesis is aimed at developing reliable information systems through the application of model-driven and formal techniques. These are techniques in which a precise, formal model of system behaviour is exploited as source code. As such a model may be more abstract, and more concise, than source code written in a conventional programming language, it should be easier and more economical to create, to analyse, and to change. The quality of the model of the system can be ensured through certain kinds of formal analysis and fixed accordingly if necessary. Most valuably, the model serves as the basis for the automated generation or configuration of a working system. This thesis provides four research contributions. The first involves the analysis of a proposed modelling language targeted at the model-driven development of information systems. Logical properties of the language are derived, as are properties of its compiled form---a guarded substitution notation. The second involves the extension of this language, and its semantics, to permit the description of workflows on information systems. Workflows described in this way may be analysed to determine, in advance of execution, the extent to which their concurrent execution may introduce the possibility of deadlock or blocking: a condition that, in this context, is synonymous with a failure to achieve the specified outcome. The third contribution concerns the validation of models written in this language by adapting existing techniques of software testing to the analysis of design models. A methodology is presented for checking model consistency, on the basis of a generated test suite, against the intended requirements. The fourth and final contribution is the presentation of an implementation strategy for the language, targeted at standard, relational databases, and an argument for its correctness, based on a simple, set-theoretic semantics for structure and operations.

Automatically generating a program from its specification eliminates a large source of errors that is often unavoidable in a manual approach. While a general purpose code generator is impossible to build, it is possible to build a practical code generator for a specific domain. This thesis investigates the theory behind Booster — a domain specific, object based specification language and automatic code generator. The domain of Booster is information systems — systems that consist of a rich object model in which the objects refer to each other to form a complicated network of associations. The operations of such systems are conceptually simple (changing the attributes of objects, adding or removing new objects and creating or destroying associations) but they are tricky to implement correctly. The thesis focuses on the theoretical foundation of the Booster approach, in particular on three contributions: semantics, model completion, and code generation. The semantics of a Booster model is a single abstract data type (ADT) where the invariants and the methods of all the classes in the model are promoted to the level of the ADT. This is different from the traditional view that considers each class as a separate ADT. The thesis argues that the Booster semantics is a better model of object oriented systems. The second important contribution is the idea of model completion — a process that augments the postconditions of methods with additional predicates that follow from the system’s invariant and the method’s original intention. The third contribution describes a simple but effective code generation technique that is based on interpreting postconditions as executable statements and uses weakest preconditions to ensure that the generated code refines its specification.

Face à la complexité des logiciels multitâches, liée aux contextes économique et concurrentiel très pressants, la portabilité des applications et la réutilisabilité des processus de déploiement sont devenues un enjeu majeur. L'ingénierie dirigée par les modèles est une approche qui aspire répondre à ces besoins en séparant les préoccupations fonctionnelles des systèmes multitâches de leurs préoccupations techniques, tout en maintenant la relation entre eux. En pratique, cela se concrétise par des transformations de modèles capables de spécialiser les modèles pour des plates-formes cibles. Actuellement, les préoccupations spécifiques à ces plates-formes sont décrites implicitement dans les transformations eux même. Par conséquence, ces transformations ne sont pas réutilisables et ne permettent pas de répondre aux besoins hétérogènes et évolutifs qui caractérisent les systèmes multitâches. Notre objectif est alors d'appliquer le principe de séparation de préoccupation au niveau même de la transformation des modèles, une démarche qui garantie la portabilité des modèles et la réutilisabilité des processus de transformation.Pour cela, cette étude propose premièrement une modélisation comportementale détaillée des plates-formes d'exécutions logicielles. Cette modélisation permet d'extraire les préoccupations spécifiques à une plate-forme de la transformation de modèle et les capturer dans un modèle détaillé indépendant et réutilisable. Dans un second temps, en se basant sur ces modèles, elle présente un processus générique de développement des systèmes concurrents multitâches. L'originalité de cette approche réside dans une véritable séparation des préoccupations entre trois acteurs à savoir le développeur des chaînes de transformation, qui spécifient une transformation de modèle générique, les fournisseurs des plates-formes qui fournissent des modèles détaillés de leurs plates-formes et le concepteur des applications multitâche qui modélise le système. A la fin de cette étude, une évaluation de cette approche permet de montrer une réduction dans le coût de déploiement des applications sur plusieurs plates-formes sans impliquer un surcoût de performance. / Given the complexity of multitasked software, linked to very pressing economic and competitive contexts, application portability and deployment process reusability has become a major issue. The model driven engineering is an approach that aspires to meet these needs by separating functional concerns of multitasking systems from their technical concerns, while maintaining the relationship between them. In practice, this takes the form of model transformations that specializes models for target platforms. Currently, concerns specific to these platforms are described implicitly in the transformations themselves. Consequently, these transformations are not reusable and do not meet the heterogeneous evolutionary needs that characterize multitasking systems. Our objective is then to apply the principle of separation of concern even at the level of transformation models, an approach that guarantees portability and reusability of models transformation process.To do this, this study provides first a detailed behavioral modeling of software execution platform. This modeling allows to extract specific concerns from model transformation and to capture them in a detailed platform model independent and reusable. In a second step, based on these models, it presents a generic process for developing concurrent systems. The originality of this approach is a true separation of concerns between three actors: the developer of transformation tool, who specifies a generic model transformation, platform providers that provide detailed models of their platforms and the multitasked system designer that models the system. At the end of this study, an evaluation of this approach shows a reduction in the cost of deploying applications on multiple platforms without incurring an additional cost of performance.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les systèmes temps réel peuvent être grands, distribués et avoir un environnement dynamique. Cela exige la mise en place de différents modes de fonctionnement et techniques de fiabilité. Par ailleurs, ces différents changements dynamiques d'architecture et de comportement ont un impact sur les caractéristiques temporelles des systèmes qui nécessitent une étude particulière de la capacité des comportements d'adaptation à garantir les contraintes fixées aux systèmes. Le travail présenté dans cette thèse est focalisé sur la spécification de l'adaptabilité d'un système temps réel et l'étude sur de jeux de configurations prédéfinis de l'impact temporel des actions d'adaptation dynamique. Pour cela, nous présentons une méthodologie outillée basée sur la notion de Mode du profil MARTE. Chaque mode représente un comportement possible du système pour un environnement bien déterminé associé à une configuration logicielle. L'approche développée propose de modéliser le comportement adaptatif à travers la définition du contexte, de la variabilité, des opérations de reconfigurations et de la configuration de base. L'analyse d'ordonnançabilité est ensuite effectuée au niveau du modèle en intégrant l'impact des comportements d'adaptation. Deux paradigmes de modélisation peuvent alors être exploités pour effectuer cette analyse : les requêtes et les flots de données. Cela permet de vérifier que les contraintes temporelles de notre système resteront satisfaites en intégrant les opérations de reconfiguration issues du comportement adaptatif. Enfin, l'approche permet de générer des implantations des comportements adaptatifs à partir des modèles afin d'automatiser l'intégration des mécanismes d'adaptation dans les systèmes temps réel. / Real-time systems can be large, distributed and have a dynamic environment. This requires the introduction of various operating modes and reliability techniques. Different operating modes are associated with a different architecture and behavior. Dynamic changes between these modes have an impact on the temporal characteristics of systems which requires an analysis whether the constraints of the system are also fulfilled during adaptations. The work presented in this thesis is focused on specifying the adaptability and the study of the temporal impact of dynamic adaptation actions on a predefined set of configurations. For this purpose, we present a tooled methodology based on the concept of Mode of the MARTE profile. Each mode represents a possible behavior of the system for a well determined environment associated with a software configuration. The influence of these operations on the temporal behavior of the system is done via schedulability analysis. This methodology proposes to model the adaptive behavior through the definition of the context, the variability, the reconfiguration operations and of the base configuration. The schedulability analysis is performed at the model level by incorporating the impact of the behavior of adaptation. Two paradigms of modeling can be exploited to perform this analysis: request/reply and data flow. This allows to verify that the temporal constraints of our system will remain satisfied even with the inclusion of reconfiguration operations executing the adaptive behavior. Finally, the approach allows generating the implementation of adaptive behavior from the model to automate the integration of adaptation mechanisms in real-time systems.

Cette thèse, à caractère industriel, vise à répondre à une problématique de production de l’entreprise ITK. Par la mise en oeuvre des techniques de l’ingénierie dirigée par les modèles, nous proposons un environnement de modélisation et de simulation pour la croissance des plantes. Outre sa facilité d’utilisation pour les agronomes, le prototype obtenu permet la génération automatique de code Java des modèles à intégrer dans des outils d’aide à la décision exécutés sur une plateforme Java Enterprise Edition. / This PhD thesis has an industrial purpose. It is motivated by a software production issue met within the ITK company. Using the techniques provided by model-driven engineering, we propose a modeling and simulation environment dedicated to plant growth. The prototype achieved proves to be easy to use for crop modelers. It is also enhanced with a Java code generation feature. The models obtained from this code generation are designed to be integrated into decision support systems running on a Java Entreprise Edition platform.

La couche Infrastructure- as-a-Service (IaaS) de Cloud Computing offre un service de déploiement des images de machines virtuelles (VMIs) à la demande. Ce service fournit une plate-forme flexible pour les utilisateurs de cloud computing pour développer , déployer et tester leurs applications. Le déploiement d'une VMI implique généralement le démarrage de l'image, l'installation et la configuration des paquets de logiciels. Dans l'approche traditionnelle, lorsqu'un utilisateur de cloud demande une nouvelle plate-forme, le fournisseur de cloud sélectionne une image de modèle approprié pour cloner et déployer sur ​​les nœuds de cloud​​. L'image de modèle contient des paquets de logiciel pré-installés. Si elle ne correspond pas aux exigences, alors elle sera personnalisée ou la nouvelle image sera créé à partir de zéro pour s'adapter à la demande. Dans le cadre de la gestion des services de cloud, l'approche traditionnelle face aux questions difficiles de la manipulation de la complexité de l'interdépendance entre les paquets de logiciel, mise à l'échelle et le maintien de l' image déployée à l'exécution. Les fournisseurs de cloud souhaitent automatiser ce processus pour améliorer la performance de processus d'approvisionnement des VMIs, et de donner aux utilisateurs de cloud plus de flexibilité pour la sélection ou la création des images appropriées, tout en maximisant les avantages pour les fournisseurs en termes de temps, de ressources et de coût opérationnel. Cette thèse propose une approche pour gérer l'interdépendance des paquets de logiciels, pour modéliser et automatiser le processus de déploiement VMIs, et pour soutenir la reconfiguration VMIS à l'exécution, appelée l'approche dirigée par les modèle (Model-Driven approach). Nous nous adressons particulièrement aux défis suivants: (1) la modélisation de la variabilité des configurations d'image de machine virtuelle, (2) la réduction la quantité de transfert de données à travers le réseau, (3) l'optimisation de la consommation d'énergie des machines virtuelles; (4) la facilité à utiliser pour les utilisateurs de cloud; (5) l'automatisation du déploiement des VMIs; (6) le support de la mise à l'échelle et la reconfiguration de VMIS à l'exécution; (7) la manipulation de la topologie de déploiement complexe des VMIs . Dans notre approche, nous utilisons des techniques d'ingénierie dirigée par les modèles pour modéliser les représentations d'abstraction des configurations de VMI, le déploiement et les processus de reconfiguration d'image de machine virtuelle. Nous considérons que les VMIS comme une gamme de produits et utiliser les modèles de caractère pour représenter les configurations de VMIs. Nous définissons également le déploiement, les processus de reconfiguration et leurs facteurs (par exemple: les images de machines virtuelles, les paquets de logiciel, la plate-forme, la topologie de déploiement, etc.) comme les modèles. D'autre part, l'approche dirigée par les modèles s'appuie sur les abstractions de haut niveau de la configuration de VMIs et le déploiement de VMIs pour rendre la gestion d'images virtuelles dans le processus d'approvisionnement pour être plus flexible et plus facile que les approches traditionnelles. / The Cloud Computing Infastructure-as-a-Service (IaaS) layer provides a service for on demand virtual machine images (VMIs) deployment. This service provides a flexible platform for cloud users to develop, deploy, and test their applications. The deployment of a VMI typically involves booting the image, installing and configuring the software packages. In the traditional approach, when a cloud user requests a new platform, the cloud provider selects an appropriate template image for cloning and deploying on the cloud nodes. The template image contains pre-installed software packages. If it does not fit the requirements, then it will be customized or the new one will be created from scratch to fit the request. In the context of cloud service management, the traditional approach faces the difficult issues of handling the complexity of interdependency between software packages, scaling and maintaining the deployed image at runtime. The cloud providers would like to automate this process to improve the performance of the VMIs provisioning process, and to give the cloud users more flexibility for selecting or creating the appropriate images while maximizing the benefits for providers intern of time, resources and operational cost. This thesis proposes an approach to manage the interdependency of the software packages, to model and automate the VMIs deployment process, to support the VMIs reconfiguration at runtime, called the Model-Driven approach. We particularly address the following challenges: (1) modeling the variability of virtual machine image configurations; (2) reducing the amount of data transfer through the network; (3) optimizing the power consumption of virtual machines; (4) easy-to-use for cloud users; (5) automating the deployment of VMIs; (6) supporting the scaling and reconfiguration of VMIs at runtime; (7) handling the complex deployment topology of VMIs. In our approach, we use Model-Driven Engineering techniques to model the abstraction representations of the VMI configurations, the deployment and the reconfiguration processes of virtual machine image. We consider the VMIs as a product line and use the feature models to represent the VMIs configurations. We also define the deployment, re-configuration processes and their factors (e.g. virtual machine images, software packages, platform, deployment topology, etc.) as the models. On the other hand, the Model-Driven approach relies on the high-level abstractions of the VMIs configuration and the VMIs deployment to make the management of virtual images in the provisioning process to be more flexible and easier than traditional approaches.

Les profils permettent de customiser UML pour un domaine particulier. Cette customisation se fait par l’ajout de concepts (stéréotypes) relatifs au domaine, l’ajout de contraintes sur ces concepts ainsi que la résolution de points de variation sémantiques. Il existe un processus établit et documenté dans l’état de l’art permettant de construire la syntaxe de ces langages basés sur UML. En revanche, ce processus ne couvre pas l’aspect formalisation de la sémantique et les propositions issues de l’état de l’art ne présentent pas d’approches systématiques pour traiter ce problème.La formalisation de la sémantique est un point essentiel de la construction d’un langage car elle permet de donner le sens des constructions syntaxiques. Pour être efficace, la formalisation de la sémantique d’un langage doit être menée conjointement à une action de normalisation. L’intérêt d’avoir une sémantique formelle et standard pour un langage est qu’elle permet aux modèles définis dans ce langage d’être exploités (analyse, exécution, simulation, etc.) de manière équivalente entre les outils. Cette équivalence permet aux utilisateurs d’observer des interprétations identiques d’un même modèle entre différents outils et donc d’avoir une compréhension commune du modèle et de la sémantique associée. Dans le contexte des profils, les actions de normalisations menées par l’OMG se concentrent exclusivement sur la syntaxe et la formalisation de la sémantique est négligée. Nous proposons de répondre à ce problème en nous appuyant sur les spécifications fUML et PSCS qui définissent une sémantique normative pour un sous-ensemble d’UML.Dans un premier temps, nous définissons deux méthodologies alternatives s’appuyant sur ces standards permettant de formaliser la sémantique d’exécution d’un profil UML. Dans la première méthodologie la sémantique d’exécution d’un profil est formalisée au niveau du modèle de domaine. La forme exécutable d’un modèle applicatif profilé est obtenue par transformation de modèle. Dans la seconde méthodologie, la sémantique est définie directement pour le profil. Le modèle qui la formalise est une extension du modèle sémantique de fUML/PSCS formalisée avec fUML. Les modèles sémantiques obtenus sont conformes à fUML ce qui les rend par construction exécutables et directement exploitables dans n’importe quel outil implantant les normes UML et fUML. Dans un deuxième temps, nous comparons nos approches sur la base de trois critères : l’effort de modélisation requis pour produire le modèle sémantique, la préservation de la sémantique de base d’UML définie par fUML/PSCS et la possibilité d’identifier rapidement les relations entre les stéréotypes et leurs sémantiques. Cette comparaison, nous permet de montrer la capacité de notre seconde méthodologie à prendre en compte des extensions clefs de la sémantique de base d’UML dans le contexte des profils. Ces éléments clefs sont : la délégation du contrôle, l’instanciation et les communications. L’ensemble de nos contributions ont été outillées dans le contexte de l’outil d’exécution de modèles MOKA qui est intégré au modeleur UML/SysML Papyrus. / UML profiles enable the UML to be tailored to a particular domain. To do so, a profile adds domain specific concepts (i.e., stereotypes) and constraints to UML and disambiguates specific semantic variation points. The design process for abstract syntax of profiles is well documented in the literature. However, specification of the semantics is neglected. According to our researches, there are no proposals in the state-of-the-art that define a systematic approach to solve this problem.Semantic formalization is a key point of language design. It enables to formally define the meaning of syntactic elements. In order to be efficient, the formalization activity must be realized in parallel with a standardization activity. The interest to have a language with a formal standardized semantic is to enable models defined using this latter to be interpreted (analysis, execution, simulation) in equivalent way between tools implementing the semantics. This equivalence enables users to observe similar interpretations of the same model between different tools and therefore to have a shared understanding of this model and the associated semantic.In the context of UML profiles, normalization activities leaded by the OMG are focused on the syntax. The semantic formalization aspect is neglected. We propose to address this problem by relying on fUML and PSCS OMG (Object Management Group) specifications. These standards formalize execution semantics for a subset of UML (classes, composite structures, and activities).Firstly, we define two methodologies relying on these standards to formalize execution semantics of UML profiles execution semantics. The first methodology defines the execution semantics for the domain model underlying the profile. The executable form of an applicative model defined using the profile is obtained by model transformation. In the second methodology, semantics are defined directly for the profile by extending the semantic model of fUML/PSCS using fUML. By being conform to fUML, the semantic model is by construction executable and can be directly used in any tools implementing the UML and fUML standards.Secondly, we compare our approaches against the following criteria: the modelling effort required to build the semantic model, the capability of the methodology to preserve the UML semantics (i.e., the one defined by fUML/PSCS) and the capability to identify clearly the relationships between the stereotypes and their semantics. This comparison enables us to demonstrate the capacity of the second methodology to define key extensions of the UML semantics in the context of a profile. These latter are: the control delegation, the instantiation, and the communications. The contributions have been implemented in our model execution framework Moka which is integrated in the open-source UML/SysML modeling tool Papyrus.