Tài liệu Thao tác mô hình trong phát triển hướng mô hình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HUY HOÀNG THAO TÁC MÔ HÌNH TRONG PHÁT TRIỂN HƢỚNG MÔ HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội-2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HUY HOÀNG THAO TÁC MÔ HÌNH TRONG PHÁT TRIỂN HƢỚNG MÔ HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐẶNG ĐỨC HẠNH Hà Nội-2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, đƣợc thực hiện qua sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Đặng Đức Hạnh. Các nội dung nghiên cứu và kết quả đạt đƣợc trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, do tôi tổng hợp, đúc kết bổ sung và biên soạn theo sự hiểu biết của minh thông qua nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo: Sách, báo cáo khoa học và các tài liệu đƣợc công bố trên website, thƣ viện điện tử của cá nhân - tổ chức nghiên cứu khoa học trên khắp thế giới. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Ngƣời thực hiện Nguyễn Huy Hoàng . i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Luận văn xin cảm ơn đề tài nghiên cứu khoa học cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, mã số QG.14.06 do TS. Đặng Đức Hạnh làm chủ đề tài. Luận văn hoàn thành đƣợc hỗ trợ một phần bởi đề tài nghiên cứu nêu trên. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Đặng Đức Hạnh – Giảng viên Bộ môn Công nghệ Phần mềm – Khoa Công nghệ Thông tin – Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, ngƣời đã định hƣớng nghiên cứu, tận tình hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Với bản thân tôi, lĩnh vực nghiên cứu này còn là mới nhƣng qua sự định hƣớng về cách tiếp cận, hƣớng dẫn phƣơng pháp nghiên cứu của Thầy tôi đã thu đƣợc những kiến thức nhất định sau khi thực hiện luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các giảng viên Khoa Công nghệ Thông tin – Trƣờng Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội, các giảng viên sau đại học khoá K18 trƣờng Đại học Công nghệ - ĐHQGHN, những ngƣời đã giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Cuối cùng, tối xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các bạn bè khoá sau đại học K18 ngành CNTT, các đồng nghiệp, những ngƣời thân trong gia đình đã hết sức tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Mặc dù luận văn đã hoàn thành nhƣng do kiến thức của ngƣời thực hiện còn hạn chế nên chắc chắn đề tài còn nhiều vấn đề hạn chế. Tôi chân thành mong nhận đƣợc các ý kiến góp ý của tất cả mọi ngƣời để có định hƣớng trong các nghiên cứu tiếp theo. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Ngƣời thực hiện Nguyễn Huy Hoàng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................................ii MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... vi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ..........................................................................vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................ x CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU................................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .........................................................................................................1 1.2 Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................2 1.3 Cấu trúc luận văn.............................................................................................2 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN PHÁT TRIỂN HƢỚNG MÔ HÌNH............................. 3 2.1 Phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống ........................................3 2.2 Giới thiệu phát triển hƣớng mô hình - MDD ................................................4 2.3 Các khái niệm trong phát triển hƣớng mô hình. ..........................................5 2.3.1 Model ...........................................................................................................5 2.3.2 Metamodel ...................................................................................................6 2.3.3 Metametamodel ...........................................................................................6 2.3.4 Chuyển đổi mô hình. ...................................................................................7 2.3.5 Mô hình nguồn ............................................................................................7 2.3.6 Mô hình đích ...............................................................................................7 2.3.7 Ngôn ngữ chuyển mô hình...........................................................................7 2.3.8 Luật chuyển mô hình ...................................................................................7 2.3.9 Ánh xạ ..........................................................................................................8 2.4 Kiến trúc hƣớng mô hình – MDA ..................................................................8 2.4.1 Giới thiệu kiến trúc hướng mô hình ............................................................8 2.4.2 Các kiểu mô hình trong MDA .....................................................................9 2.4.3 Những Lợi ích MDA mang lại ...................................................................11 2.5 Một số chuẩn liên quan MDD .......................................................................12 2.5.1 UML - Unified Modeling Language ..........................................................13 2.5.2 XMI - XML Metadata Interchange ............................................................14 2.5.3 MOF - Meta Object Facility ....................................................................14 2.5.4 OCL Object Contraint Language ..............................................................14 iii CHƢƠNG 3 3.1 CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH TRONG MDD ......................................... 16 Các hƣớng tiếp cận giải quyết vấn đề trong chuyển mô hình ...................16 3.1.1 Chuyển đổi mô hình sang mã nguồn .........................................................16 3.1.2 Chuyển đổi mô hình sang mô hình ............................................................17 3.2 Một số công cụ trong chuyển đổi mô hình ...................................................18 3.2.1 EMF - Eclipse Modeling Framework .......................................................18 3.2.2 Atlas Transformation Language - ATL .....................................................20 3.2.3 AndroMDA ................................................................................................20 3.2.4 ArcStyler ....................................................................................................20 3.2.5 OptimaJ .....................................................................................................20 3.2.6 QVT - Query/View/Transformation ..........................................................21 3.3 Một số phƣơng pháp sinh mã hƣớng mô hình ............................................21 3.3.1 Phương pháp Template + Filterling ........................................................22 3.3.2 Phương pháp Template + Metamodel .....................................................23 3.3.3 Phương pháp sinh mã Inline-Code ...........................................................24 3.4 Ngôn ngữ xây dựng Template trong các bộ sinh mã ..................................25 3.4.1 Sử dụng ngôn ngữ .....................................................................................25 3.4.2 Sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt miền .........................................................26 3.4.3 Sử dụng ngôn ngữ chuyển đổi mô hình chuyên dụng ...............................26 CHƢƠNG 4 4.1 CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH ACCELEO M2T ................. 31 Tổng quan về Acceleo ....................................................................................31 4.1.1 Lịch sử phát triển của Acceleo ..................................................................31 4.1.2 Kiến trúc của Acceleo M2T .......................................................................31 4.1.3 Nguyên lý cơ bản của Acceleo M2T ..........................................................32 4.1.4 Template trong Acceleo M2T ....................................................................33 4.2 Công cụ chuyển đổi mô hình Acceleo – JavaEE Generator ......................37 4.2.1 Các mô hình sử dụng trong Accleo JavaEE Generator ............................37 4.2.2 Module sinh mã trong Acceleo-JavaEE Generator ..................................42 CHƢƠNG 5 5.1 CÀI ĐẶT VÀ THỰC NGHIỆM VỚI ACCELEO M2T.................... 47 Nội dung và phạm vi thực nghiệm................................................................47 5.1.1 Nội dung thực nghiệm ...............................................................................47 5.1.2 Phạm vi thực nghiệm .................................................................................49 5.2 Thiết kế các mô hình ......................................................................................49 5.2.1 Mô hình thực thể (Entity model) ...............................................................50 5.2.2 Mô hình trình diễn (Cinematic Model) .....................................................51 iv 5.3 Cập nhật bộ công cụ Acceleo JavaEE Generator .......................................70 5.3.1 Bổ sung template sinh mã SQL .................................................................70 5.3.2 Cập nhật các template sinh mã Hibernate ................................................73 5.4 Thực hiện sinh mã và đánh giá kết quả .......................................................74 5.4.1 Sinh mã ứng dụng Công báo điện tử .........................................................74 5.4.2 Đánh giá hiệu quả sinh mã của Acceleo JavaEE Generator ....................75 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 79 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 81 v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT API ATL CASE CIM CWM DSL DSM EMF EMOF JET JMI JSP M2M M2T MDA MDD MDE MDR MDRE MDSD MDSE MOF MVC OCL OMG PIM PM PSM QVT RTM UI UML XMI XML Application Programming Interface ATLAS Transformation Language Computer Aided Software Engineering Computation Independent Model Common Warehouse Metamodel Domain-Specific Language Domain-Specific Metamodel Eclipse Modeling Framework Essensial MOF Java Emitter Templates Java Metadata Interface Java Server Pages Model to Model Model to Text Model-Driven Architecture Model-Driven Development Model-Driven Engineering Metadata Repository Model Driven Reverse Engineering Model-Driven Software Development Model-Driven Software Engineering Meta-Object Facility Model-View-Controller Object Constraint Language Object Management Group Platform-Independent Model. Platform Model Platform-Specific Model Query/View/Transformation Run Time Modeling User Interface Unified Modeling Language XML Metadata Interchange eXtensible Markup Language vi DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Mình hoạ phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống .............................3 Hình 2.2 Áp dụng chuẩn MDA với mô hình thác nƣớc ..................................................5 Hình 2.3 Mô hình đƣợc viết bởi một ngôn ngữ và mô tả hệ thống [3] ...........................6 Hình 2.4 Biểu diễn khái niệm metamodel [3] .................................................................6 Hình 2.5 Mô tả chuyển đổi mô hình [3] ..........................................................................7 Hình 2.6 Mô phỏng kiến trúc – MDA ............................................................................8 Hình 2.7 Kiến trúc metadata MOF [3] ............................................................................9 Hình 2.8 Các mô hình trong MDA [1] .........................................................................10 Hình 2.9 Khả năng tƣơng tác sử dụng cầu nối trong MDA ..........................................12 Hình 2.10 Mối liên hệ giữa các chuẩn của OMG ..........................................................13 Hình 3.1 Khung Eclipse Modeling Framework [8] .......................................................19 Hình 3.2 Mô hình Ecore và nguồn của nó [6] ...............................................................19 Hình 3.3 Chuyển đổi mô hình sang mã theo MDA .......................................................22 Hình 3.4 Mô hình phƣơng pháp Template + Fillerling .................................................22 Hình 3.5 Mô hình phƣơng pháp Template + Metamodel ..............................................24 Hình 3.6 Mô hình phƣơng pháp sinh mã Inline-Code...................................................24 Hình 3.7 Sinh mã dựa trên Template.............................................................................25 Hình 3.8 JET Engine .....................................................................................................27 Hình 3.9 Quy trình chuyển đổi của JET ........................................................................28 Hình 3.10 Quy trình chuyển đổi trong oAW [5] ...........................................................29 Hình 4.1 Minh hoạ kiến trúc của Acceleo M2T [15] ....................................................32 Hình 4.2 Nguyên lý cơ bản của Acceleo M2T ..............................................................32 Hình 4.3 Các bƣớc sinh mã trong Acceleo M2T ...........................................................34 Hình 4.4 Ví dụ mô hình nguồn biểu diễn lớp NhanVien ..............................................34 Hình 4.5 Metamodel của biểu đồ lớp UML ..................................................................35 Hình 4.6 Ví dụ File generate.mtl sinh lớp Java .............................................................35 Hình 4.7 Ví dụ: Mã nguồn NhanVien.Java đƣợc sinh ra ..............................................36 Hình 4.8 Entity metamodel trong Entity Designer .......................................................38 Hình 4.9 Ví dụ về một mô hình thực thể xây dựng bởi Entity Designer ......................38 Hình 4.10 Cinematic Metamodel trong Cinematic Designer ........................................39 Hình 4.11 Ví dụ Flow Diagram trên Cinematic Designer .............................................40 vii Hình 4.12 Ví dụ về Package Diagram trên Cinematic Designer ...................................40 Hình 4.13 Ví dụ về UI-Structure trong Cinematic Designer .........................................40 Hình 4.14 SOA Metamodel trong SOA Designer .........................................................41 Hình 4.15 Ví dụ biểu đồ SOA biểu diễn trong SOA Designer .....................................42 Hình 4.16 Ví dụ biểu đồ Component Contract trong SOA Designer ............................42 Hình 4.17 Kiến trúc MVC của Struts Framework.........................................................43 Hình 4.18 Kiến trúc của Hibernate Framework ............................................................45 Hình 5.1 Đặc tả biểu đồ Usecase – Quản lý công báo ..................................................47 Hình 5.2 Đặc tả biểu đồ Usecase – Quản lý văn bản ....................................................48 Hình 5.3 Đặc tả biểu đồ Usecase - Quản trị hệ thống ...................................................48 Hình 5.4 Đặc tả biểu đồ Usecase - Quản lý danh mục ..................................................48 Hình 5.5 Đặc tả biểu đồ Usecase – Khách viếng thăm hệ thống ..................................49 Hình 5.6 Mô hình tổng quan đặc tả ứng dụng Công báo điện tử ..................................50 Hình 5.7 Biểu đồ tổng quan các Block – Entity Model ................................................50 Hình 5.8 Biểu đồ thực thể của Bock Vanban – Entity Model .......................................51 Hình 5.9 Biểu đồ thực thể Bock Uer – Entity Model ....................................................51 Hình 5.10 Biểu đồ thực thể Block danhmuc - Entity Model .........................................51 Hình 5.11 Biểu đồ tổng quan các Package - Cinematic Model ....................................52 Hình 5.12 Biểu đồ tổng quan gói FrontEnd - Cinematic Model ...................................53 Hình 5.13 Biểu đồ Flow ViewCongBao trong gói FrontEnd – Cinematic Model ........54 Hình 5.14 Biểu đồ tổng quan gói BackEnd - Cinemantic Model..................................56 Hình 5.15 Biểu đồ Flow-Manage trong gói BackEnd – Cinematic Model ...................56 Hình 5.16 Biểu đồ Flow-ManageLinhVuc trong gói BackEnd – Cinematic Model.....58 Hình 5.17 Biểu đồ Flow-ManageLoaiVanBan trong gói BackEnd – Cinematic Model .......................................................................................................................................59 Hình 5.18 Biểu đồ Flow-ManageCoQuanBH trong gói BackEnd – Cinematic Model 62 Hình 5.19 Biểu đồ Flow-ManageVanBan trong gói BackEnd – Cinematic Model ......62 Hình 5.20 Biểu đồ Flow-ManageCongBao trong gói BackEnd – Cinematic Model ....65 Hình 5.21 Biểu đồ tổng quan gói System – Cinematic Model ......................................66 Hình 5.22 Biểu đồ Flow-Login trong gói System – Cinematic Model .........................66 Hình 5.23 Biểu đồ Flow ManageAccount trong gói System – Cinematic Model ........67 Hình 5.24 Biểu đồ Flow-Monitor trong gói System – Cinematic Model .....................69 Hình 5.25 Tạo mới template sqlCreate.mtl ...................................................................70 viii Hình 5.26 Nội dung Template sqlCreate.mtl – phần 1 .................................................71 Hình 5.27 Nội dung template sqlCreate.mtl phần -2 ....................................................71 Hình 5.28 Mã nguồn sinh ra bởi sqlCreate.mtl .............................................................73 Hình 5.29 Cập nhật daoHibernateDirect.mtl trong module sinh mã Hibernate ...........73 Hình 5.30 Cập nhật daoHibernateCfg.mtl trong module sinh mã Hibernate ................74 Hình 5.31 Cấu hình module StrutsArchitecture sinh mã từ mô hình Cinematic ..........74 Hình 5.32 Cấu hình module StrutsPresentation sinh mã từ mô hình Cinematic ...........75 Hình 5.33 Cấu hình module HibernateArchitectureEntity sinh mã từ Entity Model ....75 Hình 5.34 Thời gian và số lƣợng file sinh bởi Acceleo JavaEE Generator ..................76 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 5-1 Thành phần trong Flow-ViewCongBao – gói FrontEnd – Cinematic Model .......................................................................................................................................55 Bảng 5-2 Danh sách Flow trong gói BackEnd – Cinemantic Model ............................56 Bảng 5-3 Thành phần trong Flow-Manage - gói BackEnd – Cinematic Model ...........57 Bảng 5-4 Thành phần trong Flow-ManageLinhVuc – gói BackEnd – Cinematic Model .......................................................................................................................................58 Bảng 5-5 Thành phần trong Flow-ManageLoaiVanBan – gói BackEnd – Cinematic Model. ............................................................................................................................60 Bảng 5-6 Thành phần trong Flow-ManageCoQuanBH – gói BackEnd –Cinematic Model. ............................................................................................................................61 Bảng 5-7 Thành phần trong Flow-ManageVanBan – gói BackEnd – Cinematic Model. .......................................................................................................................................63 Bảng 5-8 Thành phần trong Flow-ManageCongBao – gói BackEnd – Cinematic Model. ............................................................................................................................64 Bảng 5-9 Thành phần trong Flow-ManageAccount – gói System – Cinematic Model 67 Bảng 5-10 Thành phần trong Flow-Mornitor – gói System – Cinematic Model ..........69 x CHƢƠNG 1 1.1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong bối cảnh của thời đại tri thức, để phát triển vững mạnh và tiến bộ nhanh chóng trong thời đại này, đối với hầu hết các lĩnh vực đều yêu cầu có những ứng dụng về công nghệ thông tin để quản lý và hỗ trợ cho nghiệp vụ của tổ chức. Nói đến công nghệ thông tin, phần mềm đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Trong giai đoạn hiện nay phát triển phần mềm đã trở thành ngành công nghiệp và ở nƣớc ta đƣợc xác định là ngành công nghiệp mũi nhọn và đƣợc quan tâm hàng đầu. Tuy nhiên, một số trở ngại nhất định khiến trong phát triển phần mềm đó là việc dung hoà giữa hiệu suất và chất lƣợng vẫn còn là các mục tiêu khó đạt [14]:  Khó nắm bắt chính xác yêu cầu của khách hàng: Các đơn vị phát triển phần mềm thƣờng có hiểu biết hạn chế về lĩnh vực của khách hàng. Khách hàng không có kiến thức về qui trình phát triển phần mềm. Thậm chí, khách hàng còn không biết hoặc không đƣa ra yêu cầu rõ ràng. Điều này thƣờng dẫn đến nhu cầu thay đổi liên tục trong quá trình phát triển phần mềm.  Đối phó thường trực với yêu cầu thay đổi. Thay đổi có thể diễn ra bất kỳ lúc nào trong quá trình phát triển phần mềm. Rất nhiều loại thay đổi có thể xảy ra nhƣ lỗi mã nguồn, thay đổi thiết kế, thay đổi nhân sự, thay đổi yêu cầu… Thay đổi càng trễ chi phí khắc phục càng cao.  Môi trường phát triển không đồng nhất. Đối với những dự án phần mềm lớn đội ngũ phát triển có thể bao gồm nhiều đội với nhiều nhân viên có những kỹ năng lập trình, giao tiếp khác nhau đến từ nhiều nơi trên thế giới và sử dụng những những nền tảng kỹ thuật khác biệt. Việc phối hợp các môi trƣờng này thƣờng đòi hỏi chi phí cao và làm phức tạp hóa quá trình phát triển. Mặt khác, trong phát triển thƣơng mại, các công ty phát triển phần mềm luôn đặt mục tiêu nâng cao khả năng tự động hoá, tăng năng suất lao động, giảm thiểu chi phí sản xuất, nâng cao chất lƣợng sản phẩm… bằng cách áp dụng các công nghệ mới vào quy trình sản xuất. Để giải quyết các vấn đề nêu trên, các nhà phát triển phần mềm cần áp dụng nhiều phƣơng pháp luận vào thực tiễn trong đó phƣơng pháp phát triển phần mềm hƣớng mô hình. Phƣơng pháp phát triển phần mềm hƣớng mô hình ra đời với ý tƣởng chính là tập trung vào việc mô hình hoá phần mềm, từ đó thông qua việc chuyển đổi mô hình, các mô hình nguồn chuyển đổi tự động sang các mô hình đích, mô hình đích có thể là các mô hình đặc tả, mã nguồn, tài liệu... Chính vì khả năng ƣu việt của phƣơng pháp phát 1 triển hƣớng mô hình khiến tôi lựa chọn đề tài “Thao tác mô hình trong phát triển hướng mô hình”. 1.2 Phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu và trình bày phƣơng pháp luận về kiến trúc hƣớng mô hình nói chung, phát triển hƣớng mô hình nói riêng, các công cụ chuyển đổi mô hình sang mô hình (M2M), mô hình sang văn bản (M2T). Cụ thể hơn luận văn đi sâu vào nghiên cứu và ứng dụng công cụ chuyển đổi mô hình sang văn bản – Acceleo M2T. 1.3 Cấu trúc luận văn Luận văn đƣợc cấu trúc thành 5 chƣơng:  Chƣơng 1: Mở đầu – Đặt vấn đề và nêu ra định hƣớng nghiên cứu.  Chƣơng 2: Tổng quan phát triển hƣớng mô hình (MDD) – Trình bày những kiến thức cơ bản về kiến trúc hƣớng mô hình (MDA) và một số chuẩn liên quan MDD.  Chƣơng 3: Chuyển đổi mô hình trong phát triển hƣớng mô hình MDD- Trình bày phƣơng pháp luận về chuyển đổi mô hình, các hƣớng tiếp cận trong chuyển đổi mô hình, một số công cụ chuyển đổi mô hình đang đƣợc áp dụng. Nghiên cứu phƣơng pháp chuyển đổi mô hình sang văn bản, chƣơng này trình bày một số phƣơng pháp (pattern) sinh mã và ngôn ngữ xây dựng các khuôn mẫu (template) trong bộ sinh mã.  Chƣơng 4: Công cụ chuyển đổi mô hình sang văn bản Acceleo– Chƣơng này trình bày cơ sở lý thuyết của công cụ chuyển đổi mô hình sang văn bản Acceleo. Nghiên cứu mã nguồn mở chuyển đổi mô hình sang mã nguồn Acceleo JavaEE Generator (Struts Framework, Hibernate Framework, Spring Framework).  Chƣơng 5: Cài đặt và thực nghiệm với Acceleo M2T – Hiệu chỉnh công cụ chuyển đổi Acceleo JavaEE Generator nhằm đảm bảo việc chuyển đổi mô hình sang mã nguồn Struts, Hibernate hoạt động trên nền tảng Web theo kiến trúc MVC với cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server và đƣa ra đánh giá khả năng sinh mã của bộ công cụ. 2 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN PHÁT TRIỂN HƢỚNG MÔ HÌNH Chƣơng này của luận văn trình bày khái quát Phát triển phần mềm hƣớng mô hình (Model Driven Software Development – MDSD). Để hiểu rõ hơn về phát triển hƣớng mô hình, Luận văn đƣa ra các khái niệm, cơ sở lý thuyết về kiến trúc hƣớng mô hình, các chuẩn liên quan đến phát triển hƣớng mô hình và sự so sánh với phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống. 2.1 Phương pháp phát triển phần mềm truyền thống Ngày nay, việc phát triển phần mềm theo phƣơng pháp truyền thống vẫn đang đƣợc áp dụng phổ biến. Với các hệ thống phần mềm ở quy mô nhỏ thì phƣơng pháp này vẫn đáp ứng và khả dụng. Tuy nhiên khi nhu cầu tin học hoá hầu hết các nghiệp vụ trong mọi lĩnh vực của một tổ chức thì quy mô của một hệ thống phần mềm là lớn và lúc đó việc sử dụng phƣơng pháp truyền thông sẽ gặp phải các khó khăn. Một ví dụ minh hoạ các pha phát triển phần mềm trên mô hình thác nƣớc nhƣ Hình 2.1. Thu thập yêu cầu Dạng tài liệu đặc tả: Văn bản Phân tích yêu cầu Dạng tài liệu: Văn bản, biểu đồ Thiết kế Dạng tài liệu: Văn bản, biểu đồ Cài đặt mã nguồn Mã chương trình Kiểm thử Tài liệu: Mã chương trình, văn bản Triển khai sử dụng Hình 2.1 Mình hoạ phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống Trong phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống, giả sử những ngƣời phát triển phần mềm đã tuân thủ rất chặt chẽ quy trình phát triển, các tài liệu ở các pha Thu thập yêu cầu, phân tích yêu cầu, thiết kế hệ thống, cài đặt mã nguồn… đã thể hiện các ràng buộc và sự liên quan cần có. Điều đó vẫn không tránh khỏi các vấn đề: 3  Khi có sự thay đổi về yêu cầu của ngƣời dùng, các pha sẽ đều phải thực hiện lại từ đầu. Điều này dẫn đến mất nhiều thời gian và gây khó khăn cho ngƣời phát triển trong việc quản lý.  Sản phẩm cuối cùng sẽ phụ thuộc vào một nền tảng công nghệ cụ thể, khi nhu cầu công nghệ thay đổi sẽ dẫn đến phải xây dựng hệ thống lại từ đầu. Trên đây là một số vấn đề mà phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống đã và đang gặp các thách thức. 2.2 Giới thiệu phát triển hướng mô hình - MDD “Kỹ nghệ hƣớng mô hình (MDE) là phƣơng pháp xem xét ở mức đại điện thống nhất, tất cả mọi thành phần đƣợc quy về mô hình”[10]. Trong lĩnh vực phát triển phần mềm thì MDE đƣợc hiểu nhƣ phát triển hƣớng mô hình (MDD) hƣớng tới việc sử dụng các mô hình nhƣ là tác nhân chính trong toàn bộ vòng đời phát triển của ứng dụng, các ứng dụng đƣợc sinh mã từ các mô hình trừu tƣợng. Cũng theo Jean Bezivin [10] trong lĩnh vực phát triển phần mềm thì MDE hay MDD có ba hƣớng tiếp cận:  Phát triển phần mềm hƣớng mô hình – MDSD (Model Driven Software Development) phục vụ cho việc sinh mã từ mô hình. Việc chuyển đổi mô hình đƣợc thực hiện trong thời gian phát triển.  Tái kỹ nghệ hƣớng mô hình - MDRE (Model Driven Reverse Engineering) áp dụng cho việc sinh các mô hình từ mã. Việc chuyển đổi thƣờng đƣợc thực hiện trong lúc bảo trì.  Mô hình thời gian thực thi - RTM (Run Time Modeling) thực hiện việc chuyển đổi mô hình trong khi thực thi ứng dụng, không phải là trong lúc phát triển hay khi bảo trì. Các ứng dụng phổ biến ở đây nhằm đạt đƣợc khả năng tƣơng tác giữa các hệ thống không đồng nhất. MDD ra đời với các mục tiêu giải quyết một số vấn đề:  Mã nguồn đƣợc tự động sinh ra từ việc chuyển đổi mô hình, tính tự động hoá càng cao đồng nghĩa với việc thời gian và hiệu suất đƣợc cải tiến.  Chất lƣợng phần mềm đƣợc nâng cao khi các luật chuyển đổi đƣợc định nghĩa và thẩm định rõ ràng.  Không bị phụ thuộc vào việc thay đổi nền tảng (platform), khi cần thay đổi nền mới chỉ phụ thuộc vào việc điều chỉnh các luật chuyển đổi và sự thay đổi sẽ tự động đƣợc áp dụng.  Khả năng tái sử dụng cũng đƣợc nâng cao, các mô hình, luật chuyển đổi hoàn toàn có thể sử dụng cho những ứng dụng khác nhau do có sự tách biệt giữa các thành phần liên quan. 4 Thu thập yêu cầu Dạng tài liệu đặc tả: Văn bản CIM Phân tích yêu cầu Platform Independent Model PIM Thiết kế Platform Specific Model PSM Cài đặt mã nguồn Mã chương trình Kiểm thử Tài liệu: Mã chương trình, văn bản Triển khai sử dụng Hình 2.2 Áp dụng chuẩn MDA với mô hình thác nƣớc So sánh với phƣơng pháp phát triển phần mềm truyền thống (xem mục 2.1). Sử dụng phƣơng pháp phát triển hƣớng mô hình, áp dụng chuẩn MDA (xem mục 2.4) vào quy trình phát triển phần mềm theo mô hình thác nƣớc (xem Hình 2.2). Tại mỗi pha phát triển, các tài liệu đƣợc đặc tả bởi các mô hình hình thức do vậy việc chuyển đổi tự động giữa các mô hình là khả dụng. Thông qua các công cụ chuyển đổi mô hình, từ mô hình độc lập nền - PSM có thể chuyển đổi sang các mô hình phụ thuộc nền- PSM; từ mô hình phụ thuộc nền – PSM có thể đƣợc chuyển đổi sang dạng mã nguồn, tài liệu… Vì vậy các vấn đề gặp khó khăn với phƣơng pháp truyền thống đã có thể đƣợc tháo gỡ. 2.3 Các khái niệm trong phát triển hướng mô hình. 2.3.1 Model Mô hình là một phƣơng pháp biểu diễn hệ thống một cách đơn giản nhằm giúp hiểu hơn về hệ thống. Mô hình đƣợc biểu diễn bằng các ký hiệu đồ hoạ và thƣờng đƣợc diễn đạt bởi ngôn ngữ đặc tả miền cụ thể hoặc dƣới dạng ngôn ngữ hình thức. Chúng ta có thể định nghĩa mô hình nhƣ sau: “Mô hình là một mô tả một phần của hệ thống hoặc toàn bộ hệ thống được viết bởi ngôn ngữ hình thức” [3]. “Ngôn ngữ hình thức là ngôn ngữ với mẫu được xác định rõ ràng và ngữ nghĩa phù hợp với việc biên dịch tự động bởi máy tính”[3]. 5 Hình 2.3 Mô hình đƣợc viết bởi một ngôn ngữ và mô tả hệ thống [3] 2.3.2 Metamodel Metamodel [3] cũng là một mô hình, nó thể hiện ở mức trừu tƣợng hơn và sử dụng để biểu diễn mô hình (model). Ngôn ngữ để biểu diễn metamodel đƣợc gọi là metalanguage. Hình 2.4 Biểu diễn khái niệm metamodel [3] Nói cách khác, metamodel của mô hình A mô tả cấu trúc hợp lệ của mô hình A. Trong chuyển đổi mô hình thì metamodel là điều kiện tiên quyết. 2.3.3 Metametamodel Một Metametamodel của mô hình A là metamodel đƣợc sử dụng để mô tả metamodel của model A. Nó có thể đƣợc hiểu nhƣ ngữ pháp của một ngôn ngữ đƣợc sử dụng để mô tả ngữ pháp của ngôn ngữ A. 6 2.3.4 Chuyển đổi mô hình. Trong lĩnh vực phát triển hƣớng mô hình thì chuyển đổi mô hình là trọng tâm, nó đƣợc xem nhƣ một hộp đen cung cấp các cơ chế đƣợc thiết lập nhằm cho việc tự động tạo ra và cập nhật các mô hình đích dựa trên thông tin đầu vào đƣợc biểu diễn bởi mô hình nguồn. [3] Định nghĩa về chuyển đổi mô hình: “Chuyển đổi mô hình là tập hợp các luật chuyển đổi cùng mô tả cách một mô hình tại ngôn ngữ nguồn có thể được chuyển đổi thành một mô hình ở ngôn ngữ đích” Hình 2.5 Mô tả chuyển đổi mô hình [3] 2.3.5 Mô hình nguồn Trong ngữ cảnh của chuyển đổi mô hình, nếu một mô hình đóng vai trò là đầu vào của bƣớc chuyển đƣợc gọi là mô hình nguồn. Mô hình nguồn phải tuân thủ metamodel nguồn. Có thể có một hoặc nhiều mô hình nguồn là đầu vào của bƣớc chuyển. 2.3.6 Mô hình đích Trong ngữ cảnh của chuyển đổi mô hình, nếu một mô hình đóng vai trò là đầu ra của bƣớc chuyển đƣợc gọi là mô hình đích. Mô hình đích phải tuân thủ metamodel đích. Có thể có một hoặc nhiều mô hình đích đƣợc sinh ra sau một bƣớc chuyển. Thuật ngữ mô hình đích thƣờng đƣợc sử dụng trong chuyển đổi mô hình sang mô hình (M2M – Model To Model). 2.3.7 Ngôn ngữ chuyển mô hình Một ngôn ngữ chuyển mô hình là một tập từ vựng và một ngữ pháp đƣợc định nghĩa ngữ nghĩa tốt cho khả năng chuyển mô hình. 2.3.8 Luật chuyển mô hình Theo [3] định nghĩa “Một luật chuyển đổi mô hình là sự mô tả cách một hoặc nhiều cấu trúc trong ngôn ngữ nguồn có thể được chuyển đổi thành một hoặc nhiều cấu trúc trong ngôn ngữ đích”. Một luật chuyển đổi mô hình là thực thể nhỏ nhất trong chuyển mô hình. Nó mô tả cách một phần của mô hình nguồn có thể đƣợc chuyển thành một phần của mô hình đích. Một luật chứa một mẫu nguồn và một mẫu đích, đối với một phần xuất hiện của mẫu nguồn trong mô hình nguồn sẽ có ánh xạ tƣơng ứng với một phần của mẫu đích trong mô hình đích. 7 2.3.9 Ánh xạ Ánh xạ là các đặc tả cho một cơ chế chuyển đổi các phần tử của một mô hình đƣợc xây dựng tuân theo một metamodel cụ thể này sang các phần tử của một mô hình đƣợc xây dựng tuân theo một metamodel khác.[16]. Các nhãn trong chuyển đổi mô hình là khái niệm biểu diễn một khái niệm trong mô hình đích và đƣợc áp dụng cho một phần tử của mô hình nguồn để chỉ ra phần tử đó đƣợc chuyển đổi nhƣ thế nào. [16]. 2.4 Kiến trúc hướng mô hình – MDA 2.4.1 Giới thiệu kiến trúc hướng mô hình Kiến trúc hƣớng mô hình - MDA (Model Driven Architecture ) [20] là một phƣơng pháp chuyên biệt hoá trong phát triển hƣớng mô hình đƣợc đề xuất bởi tổ chức OMG (Object Management Group) từ năm 2001. MDA đƣợc đề xuất bắt nguồn từ nhu cầu làm rõ và đặc tả các tác vụ của hệ thống, xác định rõ ràng thành phần nào phụ thuộc vào nền tảng, thành phần nào không phụ thuộc vào nền tảng và đồng thời phân nhỏ các mức độ phụ thuộc vào nền tảng. Hƣớng tiếp cận của MDA trong phát triển phần mềm là sự chuyển đổi các mô hình. Hình 2.6 Mô phỏng kiến trúc – MDA Trong Hình 2.6 mô tả mô hình MDA bao gôm: Một bộ công cụ chuyển đổi lấy mô hình nguồn là một PIM (xem mục 2.4.2.2) chuyển đổi thành mô hình đích là một PSM (xem mục 2.4.2.3). Ở một ngữ cảnh khác với một bộ công cụ chuyển đổi có thể chọn mô hình nguồn là PSM (xem mục 2.4.2.3) và chuyển đổi thành mô hình đích dạng văn bản (mã nguồn, tài liệu…). MDA định hƣớng cho các ứng dụng đạt đƣợc các điểm sau:  Thể hiện sự tách biệt rõ ràng giữa hệ thống và nền tảng.  Đặc tả mô hình hệ thống trên nền tảng độc lập.  Xác định một nền tảng chuyên biệt mà hệ thống phù hợp. 8