Linguagens de Descrição Arquitetural: Motivação e ACME. Jair C Leite

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1 Linguagens de Descrição Arquitetural: Motivação e ACME Jair C Leite Motivação A visão emergente da arquitetura de software, a partir de meados de 90, possui requisitos que não são atendidos por linguagens de modelagem tradicionais Problemas Elas oferecem apenas um única forma de conexão: Chamada de função, procedimento ou método Não permitem a descrição hierárquica de sistemas em diferentes níveis de abstração Não permitem definição de famílias de sistemas Não oferecem para a análise de propriedades não funcionais (desempenho, segurança, disponibilidade) 1

2 Linguagens de Descrição Arquitetural Linguagens de Descrição Arquitetural são aquelas projetadas para descrever a arquitetura na visão de componentes, conectores e configurações Existem varias linguagens para descrição de arquiteturas ACME é uma linguagem de referência para ADLs A UML 1.x não oferece recursos para ser considerada uma ADL A UML 2.0 oferece alternativas para alguns aspectos de ADL Exemplos de ADLs Em geral cada ADL oferece capacidades específicas AESOP: permite o uso de estilos arquiteturais ADAGE: permite a descrição de frameworks arquiteturais para sistemas de aviação C2: permite a descrição de sistemas de interface com usuário usando um estilo baseado em mensagem Wright: suporta a especificação e análise de interações entre componentes arquiteturais Rapide: permite a simulação e análise de diferentes soluções arquiteturais UniCon: possui um compilador alto-nível com suporte a diferentes tipos de componentes e conectores 2

3 ACME Motivação: Proliferação de ADLs Necessidade de um formato padrão Metas Permitir a integração de diferentes ferramentas oferecendo uma forma comum de intercâmbio arquitetural Permitir o desenvolvimento de arquitetura compatível com múltiplas ADLs Esclarecer o relacionamento entre diferentes ADLs ACME Linguagens e ferramentas Possuem 3 capacidades fundamentais Descrição arquitetural Oferecer os recursos necessários para satisfazer todos os requisitos de uma descrição arquitetural Intercâmbio arquitetural Formato de intercâmbio genérico para arquiteturas produzidas por diferentes ferramentas Fundamentos extensíveis para ferramentas de design e análise arquitetural Diminuir os custos para o desenvolvimento de novas ferramentas 3

4 ACME - Objetivos Secundários Oferecer um esquema para representação de arquiteturas que irá permitir o desenvolvimento de novas ferramentas para análise e visualização de estruturas arquiteturais Oferecer uma fundamentação para o desenvolvimento de ADLs Servir como veículo para criar convenções e padrões para informação arquitetural Oferecer descrições expressivas que são fáceis de ler e escrever ACME - Exemplo Client RPC Server System simple_client_server = { Component client = { Port send-request Component server = { Port receive-request Connector rpc = { Roles {caller, callee Attachments: { client.send-request to rpc.caller ; server.receive-request to rpc.callee 4

5 ACME - Características Ontologia arquitetural Sete elementos para design arquitetural Mecanismo de Anotação Suporte a associação de informação não estrutural usando sub-linguagens definidas externamente Mecanismo de Tipos Para definir estilos e padrões reutilizáveis Framework de semântica aberta Para analisar as descrições arquiteturais ACME - Elementos Sete tipos de entidades para representação arquitetural: Componentes Conectores Sistemas Portas Papéis Representações Rep-Maps 5

6 ACME - Componentes Componentes Elementos primários de computação e armazenagem de dados Exemplos típicos: Clientes Servidores Client Filtros Objetos Repositórios (blackboard) Banco de dados Server ACME - Conectores Representam interações entre componentes Intermediários na comunicação e coordenação entre componentes Exemplos: Chamadas de função, procedimento ou método Eventos RPC (chamada de procedimento remota) Tubos (entre filtros) Protocolos de comunicação Client RPC Server 6

7 ACME - Sistemas Representam configurações de componentes e conectores A topologia de um componentes é descrita por uma lista de attachments System Client RPC Server ACME - Attachments Um attachment define como conectores e componentes estão ligados numa configuração As ligações são feitas conectando-se portas do componentes a papeis dos conectores Portas Client Server Papéis 7

8 Exemplo (novamente) System Portas Client Server Papéis System simple_client_server = { Component client = { Port send-request Component server = { Port receive-request Connector rpc = { Roles {caller, callee Attachments: { client.send-request to rpc.caller ; server.receive-request to rpc.callee ACME - Portas Interfaces dos componentes são definidas por portas Cada porta identifica um ponto de interação entre o componente e seu ambiente Um componente pode prover múltiplas interfaces usando diferentes tipos de portas Exemplos Assinaturas de Métodos Coleção de chamadas de procedimentos que devem ser invocadas Um evento 8

9 ACME - Papéis Interfaces dos Conectores são definidas por papéis Cada papel de um conector define um participante da interação representada pelo conector Conectores Binários têm dois papéis: Em RPC: Caller (chamador) e Callee (chamado) Em um Pipe: Leitor e Escritor Outros tipos de conectores podem ter mais que dois papéis. Exemplo: Broadcast de eventos pode ter um papel de um announcer e um número arbitrário de papeis de receiver. Connector EventBus = { Role Pusblisher; Role Listener1; Role Listener2; Connector req = { Role requestor; Role requestee; ACME Exemplo (revisão) System ClientServerSystem = { Component server = { Port requests; ; Component client1 = { Port makerequest; ; Connector req = { Role requestor; Role requestee; ; Attachments { server.requests to req.requestor; client.makerequest to req.requestee; 9

10 ACME - Representação Usado para descrição da representação hierárquica de arquiteturas O uso de múltiplas representações permite expressar múltiplas visões das entidades arquiteturais Component server = { Port receiverequest; Representation serverdetails = { Component connectionmanager = { Port {securitycheck ACME Representação - exemplo O exemplo abaixo mostra um componentes que é detalhado em dois componentes. Component thecomponent = { Port easyrequests; Port hardrequests; Representation { System details = { Component fastbutdumbcomponent = {Port p; ; Component slowbutsmartcomponent = { Port p;; ; Bindings { easyrequests to fastbutdumbcomponent.p; hardrequests to slowbutsmartcomponent.p ; ; ; easyrequests thecomponent fastbutdumbcomponent hardrequests slowbutsmartcomponent 10

11 Visualização das representações System Portas Client Server Papéis Representação com pouca memória Representação de alto desempenho ACME - Propriedades Para acomodar a ampla variedade de informações auxiliares, ACME suporta anotação de estruturas arquiteturais com listas de propriedades Cada propriedade tem: nome, tipo opcional e valor Qualquer um dos sete tipos de entidades arquiteturais ACME podem ser anotadas Component Server = { Port requests; Properties {responsetime : Float = << units="ms">>; Component server = { Port receiverequest; Properties { idempotent : boolean = true; maxconcurrentclients : integer = 1; multithreaded : boolean = false; sourcecode : externalfile = "CODE-IB/server.c" 11

12 ACME - Exemplo com Propriedades System simple_cs = { Component client = { Port send-request; Properties { Aesop-style: style-id = client-server; Unicon-style: style-id = cs; source-code: external = CODE-LIB/client.c Component server = { Port receive-request Properties { idempotence: boolean = true; max_concurrent_clients : integer = 1; source-code: external = CODE-LIB/server.c Connector rpc = { Roles {caller, callee Properties { synchronous : boolean = true; max_roles : integer = 2; protocol = Wright =... Attachments: { client.send-request to rpc.caller ; server.receive-request to rpc.callee ACME Modelando Tubos e Filtros System TwoFiltersOnePipe = { Component Filter1 = { Port out; Property implementation : String = "while (!eof) { compute; out.write"; Component Filter2 = { Port in; Property implementation : String = "while (!in.eof) { compute; in.read"; Filter 1 out from Pipe to Conector Pipe = { Role from; Role to; Property buffersize: int = 10; Attachments { Filter1.out to Pipe.from; Filter2.in to Pipe.to; in Filter 2 12

13 ACME Definindo famílias e tipos Family PipeFilterFam = { Component Type FilterT = { Ports (in; out; Property throughput: int; ; Conector Type PipeT = { Roles {source; target; ; Property buffersize : int; System simplepf : PipeFilterFam = { Component Filter1 : FilterT = new FilterT; Component Filter2 : FilterT = new FilterT; Component Filter3 : FilterT = new FilterT; Conector first : PipeT = new PipeT; Conector second : PipeT = new PipeT; Attachments { Filter1.out to first.source; Filter2.in to first.target; Filter2.out to second.source; Filter3.in to second.target; Armani Armani Uma extensão de ACME Composta por: Uma Linguagem para descrever a arquitetura de software (ADL) - ACME Uma Linguagem de Restriçoes (Constraint language) que é uma linguagem baseada em lógica de predicados de primeira ordem O ambiente Armani (Armani environment) 13

14 Armani Linguagem Declarativa Estrutura Arquitetural e restrições (constraints) sobre a estrutura Constraints Permite determinar INVARIANTES associados a elementos arquiteturais Exemplos: Topologia Properties Tipos de Elementos Comportamento do Sistema Possiveis configurações durante a execução Exemplo de Constraints System simplecs = { // simple rule requiring a primary server Invariant exists s : server in self.components s.isprimaryserver == true; // simple performance heuristic Heuristic forall s : server in self.components s.transactionrate >= 100; // do not allow client-client connections Function no-peer-connections(sys : System) = forall c1, c2 in sys.components connected(c1, c2) ->!(declarestype(c1,clientt) and declarestype(c2, clientt)); ; 14

15 Tipos Armani tem um sistema de tipos: permite verificar as restrições para um dado tipo (útil para evolução) suporta duas categorias de tipos de expressões: Tipos de Elementos: component, connector, port and role types Tipos de Propriedades: primitive, compound O sistema de tipos de Armani system é chamado de Estilo Arquitetural Exemplo de Types Component Type Component Type Client = { Port request = {Property protocol: string = sunrpc ; // all ports must support the sun-rpc protocol Invariant forall p in self.ports p.protocol = sunrpc ; Criando uma Instância Component C:Client = new Client 15

16 Estilo Arquitetural Um pacote de elementos Armani e constraints Um estilo é um tipo de um sistema Exemplo: client-server style, publishsubscribe style Tipos determinam o vocabulário do estilo Exemplo de Styles Style client-server-style = { // declare vocabulary Component Type client = {...; Component Type server = {...;... Function no-peer-connections(sys : System) = {... ;... Invariant no-peer-connections(self); Heuristic forall s : server in self.components s.transactionrate >= 100;... // end style definition 16

17 Tipos v/s Styles Tipos Define uma coleção de elementos arquiteturais relacionados Exemplos: filter component, pipe-connector, clientserver connector, dataflow-input-port Styles (chamados de Familias ) Uma coleção de tipos e um conjunto de restrições Tipos determinam o vocabulario do estilo Constraints determinam como o vocabulario pode ser usado Exemplos: pipe-filter family, client-server family Extend with clausula É possível estender uma instância de um tipo Útil para subtipagem Component Type Specialclient extends Client with { Port Request = {Property protocol ; Invariant timeout < 60.0; Component c = { ; extended with {Representation r1 = { ; Representation r2 = { ;; 17

18 Predicados Funções definidas pelo usuário que podem ser invocadas por Invariantes e Heurísticas Function no-peer-connections(sys : System) = forall c1, c2 in sys.components connected(c1, c2) ->!(declarestype(c1,clientt) and declarestype(c2, clientt)); ; Exemplo Geral System simple_cs = { Component client = { Port send-request; Properties { Aesop-style: style-id = client-server; Unicon-style: style-id = cs; source-code: external = CODE- LIB/client.c Component server = { Port receive-request Properties { idempotence: boolean = true; max_concurrent_clients : integer = 1; source-code: external = CODE- LIB/server.c Connector rpc = { Roles {caller, callee Properties { synchronous : boolean = true; max_roles : integer = 2; protocol = Wright =... Attachments: { client.send-request to rpc.caller ; server.receive-request to rpc.callee 18

19 Referência An overview of the Acme language The Acme version 2.0 BNF The Acme version 3.0 BNF is forthcoming. A rough draft of the article Modeling a System in Acme 19