Traceability data provides the knowledge on dependencies and logical relations existing amongst artefacts that are created during software development. In reasoning over traceability data, conclusions can be drawn to increase the quality of software. The paradigm of Model-driven Software Engineering (MDSD) promotes the generation of software out of models. The latter are specified through different modelling languages. In subsequent model transformations, these models are used to generate programming code automatically. Traceability data of the involved artefacts in a MDSD process can be used to increase the software quality in providing the necessary knowledge as described above. Existing traceability solutions in MDSD are based on the integral model mapping of transformation execution to generate traceability data. Yet, these solutions still entail a wide range of open challenges. One challenge is that the collected traceability data does not adhere to a unified formal definition, which leads to poorly integrated traceability data. This aggravates the reasoning over traceability data. Furthermore, these traceability solutions all depend on the existence of a transformation engine. However, not in all cases pertaining to MDSD can a transformation engine be accessed, while taking into account proprietary transformation engines, or manually implemented transformations. In these cases it is not possible to instrument the transformation engine for the sake of generating traceability data, resulting in a lack of traceability data. In this work, we address these shortcomings. In doing so, we propose a generic traceability framework for augmenting arbitrary transformation approaches with a traceability mechanism. To integrate traceability data from different transformation approaches, our approach features a methodology for augmentation possibilities based on a design pattern. The design pattern supplies the engineer with recommendations for designing the traceability mechanism and for modelling traceability data. Additionally, to provide a traceability mechanism for inaccessible transformation engines, we leverage parallel model matching to generate traceability data for arbitrary source and target models. This approach is based on a language-agnostic concept of three similarity measures for matching. To realise the similarity measures, we exploit metamodel matching techniques for graph-based model matching. Finally, we evaluate our approach according to a set of transformations from an SAP business application and the domain of MDSD.

Die Stadtmetapher des Softwarevisualisierungsgenerators der Forschungsgruppe Softwarevisualisierung in 3D und virtueller Realität soll um zwei Varianten der Darstellung von Klassenattributen und -methoden erweitert werden. Nach Evaluation bereits existierender Stadtmetaphern mit dem Fokus auf die Anwendbarkeit verschiedener visualisierter Aspekte auf die Stadtmetapher des Softwarevisualisierungsgenerators folgt eine Definition der zu implementierenden Varianten zur Darstellung der Klassenbestandteile. Als Basis einer der umzusetzenden Varianten dient dabei der Ansatz von CodeCity, der die Zerlegung des Gebäudes in sogenannte Bricks vorsieht. Eine zweite Variante der Visualisierung soll das Gebäude ebenfalls in Segmente gliedern, jedoch konsequent aufeinander stapeln. Zusätzlich werden Zugriffsmodifikatoren beziehungsweise Methodentypen farblich verschieden gekennzeichnet sowie eine Sortierung der Elemente nach mehreren Kriterien vorgenommen.:Gliederung (I) Abbildungsverzeichnis (III) Tabellenverzeichnis (V) Verzeichnis der Listings (VI) Abkürzungsverzeichnis (VII) 1 Einleitung (1) 1.1 Motivation und Problemstellung (1) 1.2 Zielstellung der Arbeit (1) 1.3 Methodisches Vorgehen (2) 1.4 Aufbau der Arbeit (2) 2 Darstellungen von Klassenbestandteilen (3) 2.1 Softwarevisualisierung (3) 2.2 Die Stadtmetapher (5) 2.3 Methoden als Gebäude (6) 2.3.1 ImSoVision (6) 2.3.2 Vizz3d - Unified City (7) 2.3.3 Software World (9) 2.4 Klassen als Gebäude (15) 2.4.1 EvoSpaces / Software City (15) 2.4.2 SArF Map (17) 2.4.3 Verso (18) 2.5 Gebäude als ambivalente Glyphe (20) 2.5.1 CodeMetropolis (20) 2.5.2 CodeCity (22) 3 Erweiterung des Softwarevisualisierungsgenerators (24) 3.1 Der Softwarevisualisierungsgenerator (24) 3.2 Anforderungsanalyse der Teilelemente (25) 3.3 Erweiterung des Metamodells (26) 3.4 Modell-Transformationen und Modifikationen (28) 3.4.1 Modell-zu-Modell-Transformation der Backsteine (28) 3.4.2 Modell-zu-Modell-Transformation der Paneele (30) 3.4.3 Modellmodifikationen (31) 3.4.4 Modell-zu Text-Transformation (36) 3.5 Evaluation der Varianten (38) 4 Zusammenfassung und Ausblick (42) Anhang – Erläuterungen zur Konfiguration und Ausführung (VIII) Literatur- und Quellenverzeichnis (XI) Selbstständigkeitserklärung (XV)

Traceability data provides the knowledge on dependencies and logical relations existing amongst artefacts that are created during software development. In reasoning over traceability data, conclusions can be drawn to increase the quality of software. The paradigm of Model-driven Software Engineering (MDSD) promotes the generation of software out of models. The latter are specified through different modelling languages. In subsequent model transformations, these models are used to generate programming code automatically. Traceability data of the involved artefacts in a MDSD process can be used to increase the software quality in providing the necessary knowledge as described above. Existing traceability solutions in MDSD are based on the integral model mapping of transformation execution to generate traceability data. Yet, these solutions still entail a wide range of open challenges. One challenge is that the collected traceability data does not adhere to a unified formal definition, which leads to poorly integrated traceability data. This aggravates the reasoning over traceability data. Furthermore, these traceability solutions all depend on the existence of a transformation engine. However, not in all cases pertaining to MDSD can a transformation engine be accessed, while taking into account proprietary transformation engines, or manually implemented transformations. In these cases it is not possible to instrument the transformation engine for the sake of generating traceability data, resulting in a lack of traceability data. In this work, we address these shortcomings. In doing so, we propose a generic traceability framework for augmenting arbitrary transformation approaches with a traceability mechanism. To integrate traceability data from different transformation approaches, our approach features a methodology for augmentation possibilities based on a design pattern. The design pattern supplies the engineer with recommendations for designing the traceability mechanism and for modelling traceability data. Additionally, to provide a traceability mechanism for inaccessible transformation engines, we leverage parallel model matching to generate traceability data for arbitrary source and target models. This approach is based on a language-agnostic concept of three similarity measures for matching. To realise the similarity measures, we exploit metamodel matching techniques for graph-based model matching. Finally, we evaluate our approach according to a set of transformations from an SAP business application and the domain of MDSD.

Softwareentwicklungsprojekte bringen viele verschiedene Artefakte hervor. Artefakte stellen unterschiedliche Aspekte wie Struktur (statische Informationen), Verhalten (dynamische Informationen) oder Evolution (historisierte Informationen) von Softwaresystemen dar. Die Softwarevisualisierung ist darauf ausgelegt, solche Artefakte in eine visuelle Form zu überführen. Externe Umfragen und eine intensive Literaturrecherche zeigen jedoch Defizite dieses Gebietes auf. So sind viele Werkzeuge zur Visualisierung vom Entwicklungsprozess entkoppelt, bieten unzureichenden Im- und Export von Visualisierungen und besitzen teilweise einen geringen Automatisierungsgrad des Visualisierungsprozesses, insbesondere bei Werkzeugen zur dreidimensionalen Visualisierung. In dieser Arbeit wurde durch Adaption und Kombination bestehender Theorien und Werkzeuge der generativen und der modellgetriebenen Softwareentwicklung in Verbindung mit Techniken aus der Softwarevisualisierung ein Konzept entwickelt, das beschreibt, wie dreidimensionale Visualisierungen von Softwaresystemen vollautomatisch generiert werden können. Im Mittelpunkt steht ein Generator, der ausgehend von einer Anforderungsspezifikation vollautomatisiert 3D-Modelle erzeugt. Zur Validierung des entwickelten Konzeptes wurde ein Prototyp implementiert, der auf die Visualisierung der Struktur von Softwaresystemen abzielt. Dieser lässt sich als Plugin in die Entwicklungsumgebung Eclipse integrieren und erzeugt aus Ecore-basierten Modellen nach Benutzeranforderungen mittels Modelltransformationen ein 3D-Modell im freien und standardisierten X3D-Format. Die Transformationen sind dabei mit dem Werkzeug openArchitectureWare realisiert. Schließlich wurde der Prototyp selbst einer Evaluation gemäß etablierten Kriterien aus der Softwarevisualisierung unterzogen.

The development of self-adaptive software requires the engineering of an adaptation engine that controls and adapts the underlying adaptable software by means of feedback loops. The adaptation engine often describes the adaptation by using runtime models representing relevant aspects of the adaptable software and particular activities such as analysis and planning that operate on these runtime models. To systematically address the interplay between runtime models and adaptation activities in adaptation engines, runtime megamodels have been proposed for self-adaptive software. A runtime megamodel is a specific runtime model whose elements are runtime models and adaptation activities. Thus, a megamodel captures the interplay between multiple models and between models and activities as well as the activation of the activities. In this article, we go one step further and present a modeling language for ExecUtable RuntimE MegAmodels (EUREMA) that considerably eases the development of adaptation engines by following a model-driven engineering approach. We provide a domain-specific modeling language and a runtime interpreter for adaptation engines, in particular for feedback loops. Megamodels are kept explicit and alive at runtime and by interpreting them, they are directly executed to run feedback loops. Additionally, they can be dynamically adjusted to adapt feedback loops. Thus, EUREMA supports development by making feedback loops, their runtime models, and adaptation activities explicit at a higher level of abstraction. Moreover, it enables complex solutions where multiple feedback loops interact or even operate on top of each other. Finally, it leverages the co-existence of self-adaptation and off-line adaptation for evolution. / Die Entwicklung selbst-adaptiver Software erfordert die Konstruktion einer sogenannten "Adaptation Engine", die mittels Feedbackschleifen die unterliegende Software steuert und anpasst. Die Anpassung selbst wird häufig mittels Laufzeitmodellen, die die laufende Software repräsentieren, und Aktivitäten wie beispielsweise Analyse und Planung, die diese Laufzeitmodelle nutzen, beschrieben. Um das Zusammenspiel zwischen Laufzeitmodellen und Aktivitäten systematisch zu erfassen, wurden Megamodelle zur Laufzeit für selbst-adaptive Software vorgeschlagen. Ein Megamodell zur Laufzeit ist ein spezielles Laufzeitmodell, dessen Elemente Aktivitäten und andere Laufzeitmodelle sind. Folglich erfasst ein Megamodell das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Laufzeitmodellen und zwischen Aktivitäten und Laufzeitmodellen als auch die Aktivierung und Ausführung der Aktivitäten. Darauf aufbauend präsentieren wir in diesem Artikel eine Modellierungssprache für ausführbare Megamodelle zur Laufzeit, EUREMA genannt, die aufgrund eines modellgetriebenen Ansatzes die Entwicklung selbst-adaptiver Software erleichtert. Der Ansatz umfasst eine domänen-spezifische Modellierungssprache und einen Laufzeit-Interpreter für Adaptation Engines, insbesondere für Feedbackschleifen. EUREMA Megamodelle werden über die Spezifikationsphase hinaus explizit zur Laufzeit genutzt, um mittels Interpreter Feedbackschleifen direkt auszuführen. Zusätzlich können Megamodelle zur Laufzeit dynamisch geändert werden, um Feedbackschleifen anzupassen. Daher unterstützt EUREMA die Entwicklung selbst-adaptiver Software durch die explizite Spezifikation von Feedbackschleifen, der verwendeten Laufzeitmodelle, und Adaptionsaktivitäten auf einer höheren Abstraktionsebene. Darüber hinaus ermöglicht EUREMA komplexe Lösungskonzepte, die mehrere Feedbackschleifen und deren Interaktion wie auch die hierarchische Komposition von Feedbackschleifen umfassen. Dies unterstützt schließlich das integrierte Zusammenspiel von Selbst-Adaption und Wartung für die Evolution der Software.

Für den Visualisierungsgenerator der Forschungsgruppe „Softwarevisualisierung in drei Dimensionen und virtueller Realität“ soll eine Stadtmetapher zur Darstellung von Software implementiert werden. Als Vorlage dient „CodeCity“, dessen Umsetzung der Stadtmetapher auf den Generator übertragen werden soll. Die Anforderungsermittlung basiert auf der Analyse beider Bestandteile, um ein strukturiertes Vorgehen zu gewährleisten. Die Implementierung der Generatorartefakte erfolgt mittels Xtext zur Erstellung eines Metamodells, das die Entitäten der neuen Metapher beschreibt, und Xtend, das genutzt wird um die Datenmodelle zu modifizieren und in Quelltext umzuwandeln. Darauf aufbauend folgt abschließend die Abstraktion zu einem Prozessmodell für die generative und modellgetriebene Softwarevisualisierung, das als Leitfaden für zukünftige Implementierungen dienen soll.

Software development processes incorporate a variety of different artifacts (e.g., source code, models, and documentation). For multiple reasons the data that is contained in these artifacts does expose some degree of redundancy. Ensuring global consistency across artifacts during all stages in the development of software systems is required, because inconsistent artifacts can yield to failures. Ensuring consistency can be either achieved by reducing the amount of redundancy or by synchronizing the information that is shared across multiple artifacts. The discipline of software engineering that addresses these problems is called Round-Trip Engineering (RTE). In this thesis we present a conceptual framework for the design RTE systems. This framework delivers precise definitions for essential terms in the context of RTE and a process that can be used to address new RTE applications. The main idea of the framework is to partition models into parts that require synchronization - skeletons - and parts that do not - clothings. Once such a partitioning is obtained, the relations between the elements of the skeletons determine whether a deterministic RTE system can be built. If not, manual decisions may be required by developers. Based on this conceptual framework, two concrete approaches to RTE are presented. The first one - Backpropagation-based RTE - employs change translation, traceability and synchronization fitness functions to allow for synchronization of artifacts that are connected by non-injective transformations. The second approach - Role-based Tool Integration - provides means to avoid redundancy. To do so, a novel tool design method that relies on role modeling is presented. Tool integration is then performed by the creation of role bindings between role models. In addition to the two concrete approaches to RTE, which form the main contributions of the thesis, we investigate the creation of bridges between technical spaces. We consider these bridges as an essential prerequisite for performing logical synchronization between artifacts. Also, the feasibility of semantic web technologies is a subject of the thesis, because the specification of synchronization rules was identified as a blocking factor during our problem analysis. The thesis is complemented by an evaluation of all presented RTE approaches in different scenarios. Based on this evaluation, the strengths and weaknesses of the approaches are identified. Also, the practical feasibility of our approaches is confirmed w.r.t. the presented RTE applications.

Statische Codemetriken sind wichtige Indikatoren für die Qualität eines Softwaresystems. Sie beleuchten dabei unterschiedliche Aspekte eines Softwaresystems. Deshalb ist es notwendig, mehrere Codemetriken zu nutzen, um die Qualität eines Softwaresystems in seiner Gesamtheit bewerten zu können. Wünschenswert wäre zudem eine Darstellung, die die Struktur des Gesamtsystems und die Bewertung einzelner Elemente eines Softwaresystems in einer Darstellung kombiniert. Die Arbeit untersucht deshalb, welche Metaphern geeignet sind, um eine solche Darstellung zu ermöglichen. Ein zweites Ziel der Arbeit war es, eine solche Visualisierung automatisch erzeugen zu können. Dafür wurde ein Generator entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Zur Konzeption dieses Generators kamen Techniken aus der generativen Softwareentwicklung zum Einsatz. Bei der Umsetzung des Generators wurde auf Techniken aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung zurückgegriffen, vor allem auf Techniken aus dem openArchitectureWare-Framework. Der Generator kann in Eclipse eingebunden werden und ist in der Lage, aus einem Java-Projekt die Struktur und die Metrikwerte automatisch zu extrahieren. Diese Werte werden daraufhin in ein dreidimensionales Modell überführt, das auf dem offenen Extensible 3D Standard basiert. Der Generator ermöglichte zudem die Evaluierung zweier unterschiedlicher Metaphern, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde.

Software development processes incorporate a variety of different artifacts (e.g., source code, models, and documentation). For multiple reasons the data that is contained in these artifacts does expose some degree of redundancy. Ensuring global consistency across artifacts during all stages in the development of software systems is required, because inconsistent artifacts can yield to failures. Ensuring consistency can be either achieved by reducing the amount of redundancy or by synchronizing the information that is shared across multiple artifacts. The discipline of software engineering that addresses these problems is called Round-Trip Engineering (RTE). In this thesis we present a conceptual framework for the design RTE systems. This framework delivers precise definitions for essential terms in the context of RTE and a process that can be used to address new RTE applications. The main idea of the framework is to partition models into parts that require synchronization - skeletons - and parts that do not - clothings. Once such a partitioning is obtained, the relations between the elements of the skeletons determine whether a deterministic RTE system can be built. If not, manual decisions may be required by developers. Based on this conceptual framework, two concrete approaches to RTE are presented. The first one - Backpropagation-based RTE - employs change translation, traceability and synchronization fitness functions to allow for synchronization of artifacts that are connected by non-injective transformations. The second approach - Role-based Tool Integration - provides means to avoid redundancy. To do so, a novel tool design method that relies on role modeling is presented. Tool integration is then performed by the creation of role bindings between role models. In addition to the two concrete approaches to RTE, which form the main contributions of the thesis, we investigate the creation of bridges between technical spaces. We consider these bridges as an essential prerequisite for performing logical synchronization between artifacts. Also, the feasibility of semantic web technologies is a subject of the thesis, because the specification of synchronization rules was identified as a blocking factor during our problem analysis. The thesis is complemented by an evaluation of all presented RTE approaches in different scenarios. Based on this evaluation, the strengths and weaknesses of the approaches are identified. Also, the practical feasibility of our approaches is confirmed w.r.t. the presented RTE applications.

Statische Codemetriken sind wichtige Indikatoren für die Qualität eines Softwaresystems. Sie beleuchten dabei unterschiedliche Aspekte eines Softwaresystems. Deshalb ist es notwendig, mehrere Codemetriken zu nutzen, um die Qualität eines Softwaresystems in seiner Gesamtheit bewerten zu können. Wünschenswert wäre zudem eine Darstellung, die die Struktur des Gesamtsystems und die Bewertung einzelner Elemente eines Softwaresystems in einer Darstellung kombiniert. Die Arbeit untersucht deshalb, welche Metaphern geeignet sind, um eine solche Darstellung zu ermöglichen. Ein zweites Ziel der Arbeit war es, eine solche Visualisierung automatisch erzeugen zu können. Dafür wurde ein Generator entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Zur Konzeption dieses Generators kamen Techniken aus der generativen Softwareentwicklung zum Einsatz. Bei der Umsetzung des Generators wurde auf Techniken aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung zurückgegriffen, vor allem auf Techniken aus dem openArchitectureWare-Framework. Der Generator kann in Eclipse eingebunden werden und ist in der Lage, aus einem Java-Projekt die Struktur und die Metrikwerte automatisch zu extrahieren. Diese Werte werden daraufhin in ein dreidimensionales Modell überführt, das auf dem offenen Extensible 3D Standard basiert. Der Generator ermöglichte zudem die Evaluierung zweier unterschiedlicher Metaphern, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde.