Generisches White-Box Testframework für Modelltransformation

Das Projekt TETRABox Ein Generisches White-Box Testframework für Modelltransformationen steht im Kontext der Modellgetriebenen Softwareentwicklung. Modellgetriebene Softwareentwicklungsansätze stellen Modelle in den Mittelpunkt der Betrachtung und erhöhen so den Abstraktionsgrad der Entwicklung. Modelle werden durch automatisierte Transformationen in ausführbaren Quellcode überführt, um so die Produktivität wie auch die Qualität zu verbessern. Angesichts der prominenten Rolle von Transformationen und des verstärkten Einsatzes in sicherheitskritischen Bereichen wie beispielsweise der Flugzeugindustrie sind adäquate Testmethoden zur Sicherstellung der Korrektheit von Modelltransformationen von eminenter Bedeutung. Erste verfügbare Test-Frameworks für Modelltransformationen fokussieren allerdings zum einen nur auf gewisse Teilbereiche des Testprozesses, wobei insbesondere die zentralen Phasen der Testmodellgenerierung sowie der Fehlerlokalisierung momentan noch wenig Berücksichtigung finden und sind zum anderen an bestimmte Teststrategien und Transformationssprachen gebunden. Existierende Ansätze zur Testmodellgenerierung basieren zumeist auf black-box Techniken, d.h. die Transformationsdefinition selbst bleibt unberücksichtigt, was zu nicht getesteten Transformationsteilen führen kann. Schließlich fehlen Ansätze zur Fehlerlokalisierung, da bestehende Testansätze nur das Fehlschlagen eines Testfalles erkennen, eine präzise Identifikation der fehlgeschlagenen Teile einer Transformation jedoch nicht erfolgt. Das Ziel dieses Projekts besteht daher darin, ein umfassendes Testframework für Modelltransformationen namens TETRABox zur Verfügung zu stellen, dessen Konzeption und Realisierung in hohem Maße auf den im Zuge des Vorgänger-Projekts "TROPIC" gewonnenen Erfahrungen aufbaut. Dabei soll TETRABox alle Testphasen beginnend mit der Testmodellgenerierung bis hin zur Fehlerlokalisierung mit Hilfe von konfigurierbaren Komponenten unterstützen. Um eine breite Anwendbarkeit von TETRABox zu gewährleisten, sollen die Testkomponenten unabhängig von einer bestimmten Transformationssprache entwickelt werden, wobei die Einbindung neuer Transformationssprachen durch Abbildung auf einen gemeinsamen Formalismus in Form eines Kontrollflussgraphen ermöglicht wird. Darüber hinaus, erlaubt TETRABox die Testmodellgenerierung auf Basis der Transformationsdefinition im Sinne vonwhite-box Testen mittels symbolischer Ausführung. Zur Fehlerlokalisierung werden Orakel-Funktionen eingesetzt, die eine präzise Identifikation der fehlerhaften Teile einer Transformation ermöglichen und so einen Einstiegspunkt für die Debugging-Phase liefern. Die Evaluierung des TETRABox Frameworks basiert auf drei methodischen Säulen. Zunächst soll die Effektivität der Testmodellgenerierung durch Mutationstesten von existierenden Transformationen aus dem ATL Model Transformation Zoo gemessen, sowie die Ergebnisse mit existierenden Testtechniken verglichen werden. Die Präzision der Fehlerlokalisierung soll mit Hilfe einer empirischen Studie mit ca. 200 Studenten unserer Model Engineering Lehrveranstaltungen evaluiert werden, wobei zu diesem Zweck unterschiedliche Arten von Fehlern gezielt in existierende Transformationen eingefügt werden, die von den Studenten mit und ohne TETRABox gefunden werden müssen. Schließlich sollen die Ergebnisse der Evaluierung sowie die Funktionalität des Frameworks gemeinsam mit unseren (inter-)nationalen Kollaborationspartnern im Rahmen von Workshops diskutiert werden, um so ein gemeinsames Verständnis des Nutzens von TETRABox zu erreichen. In Summe, würde die Realisierung von TETRABox die Realisierung der Vision der Modellgetriebenen Softwareentwicklung einen Schritt näher rücken lassen.

Modelltransformationen sind eine Schlüsseltechnologie für den Erfolg der Modellgetriebenen Entwicklung. Die Kernidee der Modellgetriebenen Entwicklung ist es, Softwaresysteme auf einer höheren Abstraktionsebene durch ein Netzwerk von Modellen zu spezifizieren, bevor diese Softwaresysteme mittels Codegenerierung für bestimmte Plattformen realisiert werden. Modelltransformationen unterstützen nicht nur die Manipulation bestehender Modelle, sie erlauben auch die Generierung neuer Modelle, indem für bestimmte Zwecke (z.B. Performanz- oder Sicherheitsanalysen) Informationen hinzugefügt oder entfernt werden (Stichwort: Fokussierung). Aufgrund ihrer herausragenden Rolle in der Modellgetriebenen Entwicklung und ihrer zunehmenden Verwendung in sicherheitskritischen Bereichen (wie Produktionstechnik, Automotive oder Smart Cities) werden systematische Techniken zum Testen der Korrektheit von Modelltransformationen dringend benötigt. Obwohl in der Vergangenheit erste Testansätze für Modelltransformationen vorgeschlagen wurden, zeigen diese Limitierungen für wichtige Testphasen wie der Auswahl der relevanten Testmodelle sowie der Fehlerlokalisierung in Modelltransformationen. Darüber hinaus sind bestehende Ansätze meistens spezifisch für eine Modelltransformationssprache und berücksichtigen nicht die innere Transformationsstruktur sowie Informationen über den Testprozessfortschritt. Um das Testen von Modelltransformationen besser zu unterstützen, wurde in diesem Projekt ein umfassendes Testrahmenwerk für Modelltransformationen namens TETRABox (A Generic White-Box TEsting Framework for Model TRAnsformations) entwickelt. TETRABox unterstützt alle Testphasen, von der Testfallauswahl bis zur Fehlerlokalisierung unter Berücksichtigung der inneren Struktur von Transformationen sowie des Testfortschritts. Um TETRABox für beliebige Transformationssprachen zur Verfügung zu stellen, wurden wiederverwendbare Konzepte entwickelt, die unabhängig von bestimmten Transformationssprachen definiert wurden. Gleichzeitig wurden diese Konzepte für bestimmte Modelltransformationssprachen wie die ATLAS Transformation Language (ATL) instanziiert um deren Anwendbarkeit zu demonstrieren. Zusätzlich wurde eine generische Unterstützung für das Testing & Debugging von ausführbaren Modellierungssprachen (Modelltransformationssprachen können als eine spezielle Art von ausführbaren Modellierungssprachen angesehen werden) in der offenen Sprachentwicklungsumgebung GEMOC realisiert. Diese Erweiterungen unterstützen uns bei der Spezifikation bestehender und zukünftiger Modelltransformationssprachen und bieten automatisch Unterstützung für Testing & Debugging von Modelltransformationen in einer integrierten Werkzeugumgebung.