Persistance, requêtage, et transformation efficaces de grands modèles

Efficient persistence, query, and transformation of large models

• Auteur / Autrice : Gwendal Daniel
• Direction : Jordi Cabot, Gerson Sunyé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et applications
• Date : Soutenance le 14/11/2017
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DAPI - NaoMod
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Royer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jordi Cabot, Gerson Sunyé, Jean-Claude Royer, Marie-Pierre Gervais, Jean-Michel Bruel, Sébastien Gérard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Pierre Gervais, Jean-Michel Bruel

Mots clés

Mots clés contrôlés

NoSQL

OCL (informatique)

Systèmes de grandes dimensions

Ingénierie dirigée par les modèles

Mots clés libres

IDM

Passage à l’échelle

Requêtage de modèle

Transformation de modèle

NoSQL

OCL

Gremlin

MDE

Scalability

Model queries

Model transformations

NoSQL

OCL

Gremlin

Résumé

L’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) est une méthode de développement logicielle ayant pour but d’améliorer la productivité et la qualité logicielle en utilisant les modèles comme artefacts de premiers plans durant le processus développement. Dans cette approche, les modèles sont typiquement utilisés pour représenter des vues abstraites d’un système, manipuler des données, valider des propriétés, et sont finalement transformés en ressources applicatives (code, documentation, tests, etc). Bien que les techniques d’IDM aient montré des résultats positifs lors de leurs intégrations dans des processus industriels, les études montrent que la mise à l’échelle des solutions existantes est un des freins majeurs à l’adoption de l’IDM dans l’industrie. Ces problématiques sont particulièrement importantes dans le cadre d’approches génératives, qui nécessitent des techniques efficaces de stockage, requêtage, et transformation de grands modèles typiquement construits dans un contexte mono-utilisateur. Plusieurs solutions de persistance, requêtage, et transformations basées sur des bases de données relationnelles ou NoSQL ont été proposées pour améliorer le passage à l’échelle, mais ces dernières sont souvent basées sur une seule sérialisation model/base de données, adaptée à une activité de modélisation particulière, mais peu efficace pour d’autres cas d’utilisation. Par exemple, une sérialisation en graphe est optimisée pour calculer des chemins de navigations complexes,mais n’est pas adaptée pour accéder à des valeurs atomiques de manière répétée. De plus, les frameworks de modélisations existants ont été initialement développés pour gérer des activités simples, et leurs APIs n’ont pas évolué pour gérer les modèles de grande taille, limitant les performances des outils actuels. Dans cette thèse nous présentons une nouvelle infrastructure de modélisation ayant pour but de résoudre les problèmes de passage à l’échelle en proposant (i) un framework de persistance permettant de choisir la représentation bas niveau la plus adaptée à un cas d’utilisation, (ii) une solution de requêtage efficace qui délègue les navigations complexes à la base de données stockant le modèle,bénéficiant de ses optimisations bas niveau et améliorant significativement les performances en terme de temps d’exécution et consommation mémoire, et (iii) une approche de transformation de modèles qui calcule directement les transformations au niveau de la base de données. Nos solutions sont construites en utilisant des standards OMG tels que UML et OCL, et sont intégrées dans les solutions de modélisations majeures telles que ATL ou EMF.

The Model Driven Engineering (MDE) paradigm is a softwaredevelopment method that aims to improve productivity and software quality by using models as primary artifacts in all the aspects of software engineering processes. In this approach, models are typically used to represent abstract views of a system, manipulate data, validate properties, and are finally transformed to application artifacts (code, documentation, tests, etc). Among other MDE-based approaches, automatic model generation processes such as Model Driven Reverse Engineering are a family of approaches that rely on existing modeling techniques and languages to automatically create and validate models representing existing artifact. Model extraction tasks are typically performed by a modeler, and produce a set of views that ease the understanding of the system under study. While MDE techniques have shown positive results when integrated in industrial processes, the existing studies also report that scalability of current solutions is one of the key issues that prevent a wider adoption of MDE techniques in the industry. This isparticularly true in the context of generative approaches, that require efficient techniques to store, query, and transform very large models typically built in a single-user context. Several persistence, query, and transformation solutions based on relational and NoSQL databases have been proposed to achieve scalability, but they often rely on a single model-to-database mapping, which suits a specific modeling activity, but may not be optimized for other use cases. For example a graph-based representation is optimized to compute complex navigation paths, but may not be the best solution for repeated atomic accesses. In addition, low-level modeling framework were originally developed to handle simple modeling activities (such as manual model edition), and their APIs have not evolved to handle large models, limiting the benefits of advance storage mechanisms. In this thesis we present a novel modeling infrastructure that aims to tackle scalability issues by providing (i) a new persistence framework that allows to choose the appropriate model-to-database mapping according to a given modeling scenario, (ii) an efficient query approach that delegates complex computation to the underlying database, benefiting of its native optimization and reducing drastically memory consumption and execution time, and (iii) a model transformation solution that directly computes transformations in the database. Our solutions are built on top of OMG standards such as UML and OCL, and are integrated with the de-facto standard modeling solutions such as EMF and ATL.