Die Zugriffslokalität referenzierter Daten ist eine wichtige Eigenschaft verteilter Anwendungen. Lokales Zwischenspeichern abgefragter entfernter Daten (Caching) wird vielfach bei der Entwicklung solcher Anwendungen eingesetzt, um diese Eigenschaft auszunutzen. Anschliessende Zugriffe auf diese Daten können so beschleunigt werden, indem sie aus dem lokalen Zwischenspeicher bedient werden. Gegenwärtige Middleware-Architekturen bieten dem Anwendungsprogrammierer jedoch kaum Unterstützung für diesen nicht-funktionalen Aspekt. Die vorliegende Arbeit versucht deshalb, Caching als separaten, konfigurierbaren Middleware-Dienst auszulagern. Durch die Einbindung in den Softwareentwicklungsprozess wird die frühzeitige Modellierung und spätere Wiederverwendung caching-spezifischer Metadaten gewährleistet. Zur Laufzeit kann sich das entwickelte System außerdem bezüglich der Cachebarkeit von Daten adaptiv an geändertes Nutzungsverhalten anpassen. / Locality of reference is an important property of distributed applications. Caching is typically employed during the development of such applications to exploit this property by locally storing queried data: Subsequent accesses can be accelerated by serving their results immediately form the local store. Current middleware architectures however hardly support this non-functional aspect. The thesis at hand thus tries outsource caching as a separate, configurable middleware service. Integration into the software development lifecycle provides for early capturing, modeling, and later reuse of cachingrelated metadata. At runtime, the implemented system can adapt to caching access characteristics with respect to data cacheability properties, thus healing misconfigurations and optimizing itself to an appropriate configuration. Speculative prefetching of data probably queried in the immediate future complements the presented approach.

Die komponentenbasierten Softwareentwicklung verspricht die vereinfachte Entwicklung von komplexen Anwendungen. Um die Wiederverwendbarkeit zu verbessern und die Flexibilität zu erhöhen, müssen Komponenten dazu möglichst an verschiedene Umgebungsbedingungen angepasst werden können, sowohl innerhalb einer als auch in unterschiedlichen Anwendungen. Diese Prozesse werden als Komponentenadaption bezeichnet. In dieser Arbeit wird ein neues Adaptionskonzept für Komponenten entwickelt. Die sogenannten Adaptierbare Komponenten verwenden ein hierarchisches Komponentenmodell und werden aus einer Menge von Subkomponenten zusammengesetzt. Die Kernidee zur Umsetzung der Adaptivität besteht darin, bestimmte Parameterwerte einer Adaptierbaren Komponente auf unterschiedliche interne Konfigurationen der Subkomponenten abzubilden. Zur Beschreibung der möglichen internen Konfigurationen von Adaptierbaren Komponenten werden vier verschiedene graphische Modellierungstechniken entwickelt, die alle auf der graphischen Notation von UML-Komponentendiagrammen basieren und diese erweitern. Eine sogenannte Parameterabbildung definiert die Zuordnung von Parameterwerten auf bestimmte Konfigurationen. Die Konzepte Adaptierbarer Komponenten setzen keine neue Komponentenplattform voraus, sondern werden durch eine Kombination von Modelltransformation und spezieller Laufzeitunterstützung auf existierende Komponentenplattformen abgebildet. Ein dazu entwickeltes generisches Verfahren definiert die Schritte zur Unterstützung einer neuen Komponentenplattform. Mit Hilfe von zwei Fallstudien wird gezeigt, dass sich die Modellierungskonzepte von Adaptierbaren Komponenten für komplexe Beispiele anwenden lassen. Mit EJB, JavaBeans und Microsoft COM wird die Modelltransformation und Laufzeitunterstützung anhand des generischen Verfahrens exemplarisch für populäre Komponentenplattformen demonstriert.

Die Konzepte zur Erstellung von Software-Produktlinien dienen der ingenieurmäßigen, unternehmensinternen Wiederverwendung existierender Software-Artefakte. Existierende Ansätze nutzen von Hand erstellte und gewartete Kompositionsprogramme zum Assemblieren der Produkte entsprechend einer Variantenauswahl. Der Einsatz einer automatischen Planungskomponente sowie eines einfachen, erweiterbaren Komponenten-Meta-Modells hilft dabei, die dabei anfallenden Daten computergestützt zu verarbeiten. Die Integration beider Konzepte zu einem hybriden Ansatz ermöglicht die Neuerstellung von Produkten, die nicht von Anfang an als Produktlinie konzipiert sind, ohne eine spätere Umarbeitung unter Nutzung der automatischen Planungskomponente unnötig zu erschweren.

Model Driven Development is used to improve software quality and efficiency by automatically transforming abstract and formal models into software implementations. This is particularly sensible if the model’s integrity can be proven formally and is preserved during the model’s transformation. A standard to specify software model integrity is the Object Constraint Language (OCL). Another topic of research is the dynamic development of software components, enabling software system composition at component run-time. As a consequence, the system’s verification must be realized during system run-time (and not during transformation or compile time). Many established verification techniques cannot be used for run-time verification. A method to enable model-based run-time verification will be developed during this work. How OCL constraints can be transformed into executable software artifacts and how they can be used in the component-based system Treaty will be the major task of this diploma thesis. / Modellgetriebene Entwicklung dient der Verbesserung von Qualität und Effizienz in der Software-Entwicklung durch Automatisierung der notwendigen Transformationen von abstrakten bzw. formalen Modellen bis zur Implementierung. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Integrität der ursprünglichen Modelle formal bewiesen werden kann und durch die Transformation gewährleistet wird. Ein Standard zur Spezifikation der Integrität von Softwaremodellen ist die Object Constraint Language (OCL). Eine weitere Forschungsrichtung im Software-Engineering ist die Entwicklung von dynamischen Komponenten-Modellen, die die Komposition von Softwaresystemen im laufenden Betrieb ermöglichen. Dies bedeutet, dass die Systemverifikation im laufenden Betrieb realisiert werden muss. Die meisten der etablierten Verifikationstechniken sind dazu nicht geeignet. In der Diplomarbeit soll ausgehend von diesem Stand der Technik eine Methode zur modellbasierten Verifikation zur Laufzeit entwickelt werden. Insbesondere soll untersucht werden, wie OCL-Constraints zur Laufzeit in ausführbare Software-Artefakte übersetzt und in dem komponentenbasierten System Treaty verwendet werden können.

Software development is a complex task. Executable applications comprise a mutlitude of diverse components that are developed with various frameworks, libraries, or communication platforms. The technical complexity in development retains resources, hampers efficient problem solving, and thus increases the overall cost of software production. Another significant challenge in market-driven software engineering is the variety of customer needs. It necessitates a maximum of flexibility in software implementations to facilitate the deployment of different products that are based on one single core. To reduce technical complexity, the paradigm of Model-Driven Software Development (MDSD) facilitates the abstract specification of software based on modeling languages. Corresponding models are used to generate actual programming code without the need for creating manually written, error-prone assets. Modeling languages that are tailored towards a particular domain are called domain-specific languages (DSLs). Domain-specific modeling (DSM) approximates technical solutions with intentional problems and fosters the unfolding of specialized expertise. To cope with feature diversity in applications, the Software Product Line Engineering (SPLE) community provides means for the management of variability in software products, such as feature models and appropriate tools for mapping features to implementation assets. Model-driven development, domain-specific modeling, and the dedicated management of variability in SPLE are vital for the success of software enterprises. Yet, these paradigms exist in isolation and need to be integrated in order to exhaust the advantages of every single approach. In this thesis, we propose a way to do so. We introduce the paradigm of Multi-Domain Engineering (MDE) which means model-driven development with multiple domain-specific languages in variability-intensive scenarios. MDE strongly emphasize the advantages of MDSD with multiple DSLs as a neccessity for efficiency in software development and treats the paradigm of SPLE as indispensable means to achieve a maximum degree of reuse and flexibility. We present HybridMDSD as our solution approach to implement the MDE paradigm. The core idea of HybidMDSD is to capture the semantics of particular DSLs based on properly defined semantics for software models contained in a central upper ontology. Then, the resulting semantic foundation can be used to establish references between arbitrary domain-specific models (DSMs) and sophisticated instance level reasoning ensures integrity and allows to handle partiucular change adaptation scenarios. Moreover, we present an approach to automatically generate composition code that integrates generated assets from separate DSLs. All necessary development tasks are arranged in a comprehensive development process. Finally, we validate the introduced approach with a profound prototypical implementation and an industrial-scale case study. / Softwareentwicklung ist komplex: ausführbare Anwendungen beinhalten und vereinen eine Vielzahl an Komponenten, die mit unterschiedlichen Frameworks, Bibliotheken oder Kommunikationsplattformen entwickelt werden. Die technische Komplexität in der Entwicklung bindet Ressourcen, verhindert effiziente Problemlösung und führt zu insgesamt hohen Kosten bei der Produktion von Software. Zusätzliche Herausforderungen entstehen durch die Vielfalt und Unterschiedlichkeit an Kundenwünschen, die der Entwicklung ein hohes Maß an Flexibilität in Software-Implementierungen abverlangen und die Auslieferung verschiedener Produkte auf Grundlage einer Basis-Implementierung nötig machen. Zur Reduktion der technischen Komplexität bietet sich das Paradigma der modellgetriebenen Softwareentwicklung (MDSD) an. Software-Spezifikationen in Form abstrakter Modelle werden hier verwendet um Programmcode zu generieren, was die fehleranfällige, manuelle Programmierung ähnlicher Komponenten überflüssig macht. Modellierungssprachen, die auf eine bestimmte Problemdomäne zugeschnitten sind, nennt man domänenspezifische Sprachen (DSLs). Domänenspezifische Modellierung (DSM) vereint technische Lösungen mit intentionalen Problemen und ermöglicht die Entfaltung spezialisierter Expertise. Um der Funktionsvielfalt in Software Herr zu werden, bietet der Forschungszweig der Softwareproduktlinienentwicklung (SPLE) verschiedene Mittel zur Verwaltung von Variabilität in Software-Produkten an. Hierzu zählen Feature-Modelle sowie passende Werkzeuge, um Features auf Implementierungsbestandteile abzubilden. Modellgetriebene Entwicklung, domänenspezifische Modellierung und eine spezielle Handhabung von Variabilität in Softwareproduktlinien sind von entscheidender Bedeutung für den Erfolg von Softwarefirmen. Zur Zeit bestehen diese Paradigmen losgelöst voneinander und müssen integriert werden, damit die Vorteile jedes einzelnen für die Gesamtheit der Softwareentwicklung entfaltet werden können. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der dies ermöglicht. Es wird das Multi-Domain Engineering Paradigma (MDE) eingeführt, welches die modellgetriebene Softwareentwicklung mit mehreren domänenspezifischen Sprachen in variabilitätszentrierten Szenarien beschreibt. MDE stellt die Vorteile modellgetriebener Entwicklung mit mehreren DSLs als eine Notwendigkeit für Effizienz in der Entwicklung heraus und betrachtet das SPLE-Paradigma als unabdingbares Mittel um ein Maximum an Wiederverwendbarkeit und Flexibilität zu erzielen. In der Arbeit wird ein Ansatz zur Implementierung des MDE-Paradigmas, mit dem Namen HybridMDSD, vorgestellt.

Model-driven software development (MDSD) and component-based software development are both paradigms for reducing complexity and for increasing abstraction and reuse in software development. In this thesis, we aim at combining the advantages of each by introducing methods from component-based development into MDSD. In MDSD, all artefacts that describe a software system are regarded as models of the system and are treated as the central development artefacts. To obtain a system implementation from such models, they are transformed and integrated until implementation code can be generated from them. Models in MDSD can have very different forms: they can be documents, diagrams, or textual specifications defined in different modelling languages. Integrating these models of different formats and abstraction in a consistent way is a central challenge in MDSD. We propose to tackle this challenge by explicitly separating the tasks of defining model components and composing model components, which is also known as distinguishing programming-in-the-small and programming-in-the-large. That is, we promote a separation of models into models for modelling-in-the-small (models that are components) and models for modelling-in-the-large (models that describe compositions of model components). To perform such component-based modelling, we introduce two architectural styles for developing systems with component-based MDSD (CB-MDSD). For CB-MDSD, we require a universal composition technique that can handle models defined in arbitrary modelling languages. A technique that can handle arbitrary textual languages is universal invasive software composition for code fragment composition. We extend this technique to universal invasive software composition for graph fragments (U-ISC/Graph) which can handle arbitrary models, including graphical and textual ones, as components. Such components are called graph fragments, because we treat each model as a typed graph and support reuse of partial models. To put the composition technique into practice, we developed the tool Reuseware that implements U-ISC/Graph. The tool is based on the Eclipse Modelling Framework and can therefore be integrated into existing MDSD development environments based on the framework. To evaluate the applicability of CB-MDSD, we realised for each of our two architectural styles a model-driven architecture with Reuseware. The first style, which we name ModelSoC, is based on the component-based development paradigm of multi-dimensional separation of concerns. The architecture we realised with that style shows how a system that involves multiple modelling languages can be developed with CB-MDSD. The second style, which we name ModelHiC, is based on hierarchical composition. With this style, we developed abstraction and reuse support for a large modelling language for telecommunication networks that implements the Common Information Model industry standard.

Software has been subject to change, at all times, in order to make parts of it, for instance, more reusable, better to understand by humans, or to increase efficiency under a certain point of view. Restructurings of existing software can be complex. To prevent developers from doing this manually, they got tools at hand being able to apply such restructurings automatically. These automatic changes of existing software to improve quality while preserving its behaviour is called refactoring. Refactoring is well investigated for programming languages and mature tools exist for executing refactorings in integrated development environments (IDEs). In recent years, the development paradigm of Model-Driven Software Development (MDSD) became more and more popular and we experience a shift in the sense that development artefacts are considered as models which conform metamodels. This can be understood as abstraction, which resulted in the trend that a plethora of new so-called model-based Domain-Specific Languages (DSLs) arose. DSLs have become an integral part in the MDSD and it is obvious that models are subject to change, as well. Thus, refactoring support is required for DSLs in order to prevent users from doing it manually. The problem is that the amount of DSLs is huge and refactorings should not be implemented for new for each of them, since they are quite similar from an abstract viewing. Existing approaches abstract from the target language, which is not flexible enough because some assumptions about the languages have to be made and arbitrary DSLs are not supported. Furthermore, the relation between a strategy which finds model deficiencies that should be improved, a resolving refactoring, and the improved quality is only implicit. Focussing on a particular quality and only detecting those deficiencies deteriorating this quality is difficult, and elements of detected deficient structures cannot be referred to in the resolving refactoring. In addition, heterogeneous models in an IDE might be connected physically or logically, thus, they are dependent. Finding such connections is difficult and can hardly be achieved manually. Applying a restructuring in a model implied by a refactoring in a dependent model must also be a refactoring, in order to preserve the meaning. Thus, this kind of dependent refactorings require an appropriate abstraction mechanism, since they must be specified for dependent models of different DSLs. The first contribution, Role-Based Generic Model Refactoring, uses role models to abstract from refactorings instead of the target languages. Thus, participating structures in a refactoring can be specified generically by means of role models. As a consequence, arbitrary model-based DSLs are supported, since this approach does not make any assumptions regarding the target languages. Our second contribution, Role-Based Quality Smells, is a conceptual framework and correlates deficiencies, their deteriorated qualities, and resolving refactorings. Roles are used to abstract from the causing structures of a deficiency, which then are subject to resolving refactorings. The third contribution, Role-Based Co-Refactoring, employs the graph-logic isomorphism to detect dependencies between models. Dependent refactorings, which we call co-refactorings, are specified on the basis of roles for being independent from particular target DSLs. All introduced concepts are implemented in our tool Refactory. An evaluation in different scenarios complements the thesis. It shows that role models emerged as very powerful regarding the reuse of generic refactorings in arbitrary languages. Role models are suited as an interface for certain structures which are to be refactored, scanned for deficiencies, or co-refactored. All of the presented approaches benefit from it.

Canvases gelten als leichtgewichtiges Werkzeug für die Darstellung komplizierter Sachverhalte. Die Arbeit „Organisierte Software-Startups mit kollaborativen Canvases" beschäftigt sich mit der Konzeption eines Canvas-Frameworks für die Unterstützung von Softwareprojekten. Ein Überblick über die Eigenschaften des Werkzeugs sowie existierende Canvases aus den Bereichen der Geschäftsmodellierung und der Softwareprojektsteuerung bilden die Einführung in das Thema. Im Anschluss werden zwei weitere Canvases für Projektplanung und Kundengespräche eingeführt, deren Eignung im Rahmen einer universitär durchgeführten Studie evaluiert wird. Aus den Feldern der insgesamt drei Canvases für den Kontext der Softwareentwicklung werden in einer Variabilitätsanalyse Kriterien herausgearbeitet, die die Anpassung des Werkzeugs für den individuellen Projektkontext ermöglichen. Den Abschluss bildet die Diskussion möglicher Ansätze zur Vollständigkeitsbewertung ausgefüllter Canvases.

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In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur Entwicklung und Evolution ontologiegetriebener Softwaresysteme erarbeitet. Ontologiegetriebene Softwaresysteme sind Softwaresysteme, bei denen Ontologien als zentrale Designdokumente zum Einsatz kommen. Ontologien sind gleichzeitig zentrale Bestandteile des ausführbaren Systems und dienen zur Strukturbeschreibung und Datenhaltung. Dabei werden Teile des Softwaresystems automatisch aus den Strukturbeschreibungen der Ontologie abgeleitet. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Weiterentwicklung solcher Systeme und stellt dafür einen Katalog von Ontologie-Refactorings auf. Es werden mehrere Werkzeuge, gemeinsam als OntoMore bezeichnet, implementiert, um die Umsetzbarkeit des aufgestellten Konzepts zu zeigen. OntoMore kann Ontologien in Metamodelle und Modelle des EMF umwandeln und somit in Softwaresysteme integrieren. Außerdem ist es in der Lage, Refactorings auf beiden Strukturen synchron auszuführen. Dieser Prozess wird als Co-Refactoring bezeichnet. Damit wird die konsistente Evolution von Ontologien und Modellen sichergestellt. Die Implementierung wird anhand einer Beispiel-Ontologie zum Freelancer-Management evaluiert. / In this thesis an approach is elaborated for the development and evolution of ontology-driven software systems. Ontology-driven software systems are software systems for which ontologies serve as main design documents. Ontologies are furthermore central parts of the running system. They describe the structure of the system and hold data. Parts of the software system are automatically derived from the structure descriptions of the ontology. This work concentrates on the evolution of those systems, thereby defining a catalogue of ontology refactorings. A tool suite called OntoMore is implemented to show the feasibility of the elaborated approach. OntoMore can transform ontologies in metamodels and models of EMF to integrate them in software systems. It can furthermore execute refactorings synchronously on both structures, which is called Co-Refactoring. Hence the consistent evolution of ontologies and models is ensured. The implementation is evaluated with an example ontology about the freelancer domain.