Migración de datos automática a partir de la información de los esquemas conceptuales 1

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1 Migración de datos automática a partir de la información de los esquemas conceptuales 1 J.Pérez 1, J.A.Carsí 1, I.Ramos 1, V.Anaya 1, J.Silva 1, Departamento de Sistemas Informáticos y Computación Universidad Politécnica de Valencia Camino de Vera s/n E Valencia España 1 {jeperez pcarsi iramos vanaya Resumen. En este trabajo se estudia la migración de datos, para cumplir los nuevos requisitos de un sistema de información que ha de evolucionar para satisfacer las necesidades del entorno, manteniendo los datos generados hasta el momento. Para ello, se parte de los esquemas conceptuales inicial y final que representan la evolución del sistema. Esta evolución se usa para generar automáticamente un plan de migración para las bases de datos subyacentes a los esquemas conceptuales, que posteriormente será validado por el analista. Así se da solución a un problema poco tratado en la Ingeniería del Software y se presenta una herramienta que lo soporta, centrándose en la fase de generación automática del plan de migración. Dicha herramienta está siendo desarrollada en el Departamento de Sistemas Informáticos y Computación de la Universidad Politécnica de Valencia en colaboración con la empresa CONSOFT. Palabras Clave: Evolución del Software, Migración de datos, Generación automática de planes de migración, Patrones de migración, Funciones de transformación. 1. Introducción Los requisitos de los sistemas de información están sometidos a continuas variaciones, bien por cambios en su entorno o por cambios en el propio sistema. Junto al sistema de información han de evolucionar sus aplicaciones para que cumplan los nuevos requisitos, esta evolución se ve reflejada en los esquemas conceptuales de las mismas. Tras la evolución de un esquema conceptual se puede generar automáticamente a partir del modelo una nueva base de datos; sin embargo, los datos del sistema de información se encuentran en una base de datos distinta, la asociada al esquema que representaba los requisitos iniciales. Por lo tanto, es necesario realizar la migración de la información entre las bases de datos origen y destino, permitiendo así una evolución de la aplicación a nivel funcional con su información asociada. 1 Financiado por el proyecto FEDER Generación Automática de Sistemas Software en Ambientes Orientados a Objetos TIC 1FD

2 La migración de los datos es fundamental para satisfacer los nuevos requisitos de forma correcta, ya que son una parte importante del sistema de información. A partir de la información semántica recogida en los esquemas conceptuales y de las correspondencias entre ambos es posible generar de manera automática los planes de migración que permitirán trasladar la información entre las bases de datos, una vez hayan sido validados por el analista. Posteriormente, se ejecutarán dichos planes en las bases de datos para adaptar la información a los nuevos requisitos. Esta es la base de la herramienta que da soporte a la migración automática de datos. La estructura del presente trabajo es la siguiente: en primer lugar se presenta el contexto de partida y la motivación de la solución que se presenta. En el apartado 3 se hace un análisis de algunos trabajos que se han realizado en este campo y qué tipo de herramientas hay en el mercado que pueden ayudar a resolver este problema. En el apartado 4 se explicita el modo en que la herramienta genera y visualiza las diferencias entre los dos esquemas conceptuales de partida, cómo se tratan los aspectos relacionados con el plan de migración y la salida que produce la fase de la herramienta que se presenta en este artículo. Finalmente, en el apartado 6 se presentan las conclusiones y futuros trabajos. 2. Contexto La herramienta CASE, a la que da apoyo la herramienta de migración de datos que se presenta, es SOSY Modeler, que utiliza OASIS [Pas95] como soporte formal para definir modelos conceptuales de sistemas de información orientados a objetos y permite generar aplicaciones automáticamente a partir de la información capturada en dichos modelos. El punto de partida de este trabajo es el desarrollado en [Car99], sobre el uso de OASIS como marco conceptual en el que plantea la evolución del software. Para ello se extendió el modelo de OASIS con reflexión introduciendo metaclases, que definen de manera precisa (sintaxis y semántica) los servicios necesarios para modificar un modelo conceptual OASIS de un sistema de información. El trabajo que se presenta forma parte de la herramienta para la migración automática de datos que partiendo de la evolución de esquemas conceptuales OASIS genera planes de migración de datos ejecutables en las bases de datos. Concretamente, se corresponde con la segunda fase de la herramienta, ya que ésta se compone de las tres partes que se detallan a continuación: 1.- La primera fase de la herramienta implementa una serie de algoritmos de comparación entre los esquemas conceptuales inicial y final según distintos ordenes y criterios para obtener las correspondencias entre los dos esquemas conceptuales OASIS [Sil01]. La tasa de aciertos del algoritmo, entendiendo como acierto la correcta correspondencia entre elementos 2 de los esquemas origen y destino, depende 2 Elementos de un esquema conceptual que se han de tener en cuenta para realizar una correcta migración de datos entre las bases de datos. Éstos son clases, atributos, agregaciones y especializaciones.

3 del criterio que se utilice y de si éste dispone de la información necesaria en el proceso de comparación. 2.- A partir de las correspondencias establecidas, la segunda fase genera de forma automática las expresiones asociadas a los cambios sufridos por el esquema conceptual hasta evolucionar al esquema conceptual final, es decir, las diferencias existentes entre ambos esquemas. De este modo, las expresiones generadas permiten crear el plan de migración de datos con la ayuda del analista. La funcionalidad de esta parte de la herramienta consiste en visualizar las diferencias existentes entre los dos esquemas conceptuales OASIS de los que se pretende migrar sus poblaciones, para que el analista pueda comprobar y validar la evolución del modelo inicial al final. Una vez validadas las diferencias obtenidas, se pueden ir incorporando al plan de migración cada una de las expresiones asociadas a los cambios. Éstas pueden ser modificadas por el analista, cuando el cambio no exprese todo lo que él desee, y son validadas por la herramienta. El resultado final es un plan de migración que incorpora todos los cambios necesarios para realizar la migración de los datos de la base de datos del esquema conceptual inicial a la base de datos del esquema conceptual al que ha evolucionado [Per01]. 3.- Finalmente, la tercera parte ejecuta el plan de migración de datos. Para ello, un traductor se encarga de hacer las traducciones necesarias para cada uno de los cambios del plan de migración para generar código ejecutable. La salida que genera el traductor son paquetes DTS de Microsoft SQL Server, que se ejecutan provocando la migración de la información entre las bases de datos. La ejecución del plan de migración se puede realizar de dos formas diferentes: modo compilador y modo interpretado. Esta última opción, permite al analista después de ejecutar cada uno de los pasos, ver en que estado se ha quedado la BD y así, poder comprobar que se ha migrado la información de la BD origen a la BD destino, de forma correcta [Ana01]. 3. Estado del arte En la actualidad, son los SGBD los que dan un soporte para evolución de los datos, ya sean relacionales como ORACLE [Ora01] o SQL Server [Sql01] u orientadas a objetos como O2[Ard01], Poet [Poe01] o Versant [Ver01] ya que éstas son las que almacenan la información que se genera con las aplicaciones. Dichos SGBD permiten, bien de manera interactiva manipulando directamente la estructura de la base de datos a través de una interfaz gráfica de usuario, bien mediante la ejecución de scripts en los que previamente se debe codificar la modificación a realizar, modificar los esquemas de las bases de datos, siendo los administradores de las bases de datos los responsables últimos de que las modificaciones que se realicen sean correctas. Pero no ofrecen un claro soporte a la migración de los datos, siendo un problema frecuente y absurdamente desatendido por la Ingeniería del Software. Respecto a la visualización de las diferencias entre esquemas conceptuales, existen herramientas como Visual Differencing proporcionada por Rational Rose [Rat01] que permite visualizarlas. La visualización es en forma árbol mostrando la unión de los esquemas que se están comparando. Las diferencias encontradas se muestran desde el

4 punto de vista del esquema origen y el criterio de comparación es único, no se puede aplicar a subconjuntos del esquema y no es modificable de forma manual. Esta herramienta realiza la comparación entre esquemas conceptuales, pero su resultado no es utilizado posteriormente, y por lo tanto, no persigue el mismo objetivo que el presente trabajo, utilizar las diferencias entre esquemas para obtener de forma automática las expresiones que constituirán el plan de migración de datos. 4. Visualización de diferencias entre esquemas conceptuales y generación de un plan de migración de datos La primera fase de la herramienta realiza una comparación entre los esquemas conceptuales, para conocer la evolución sufrida por el esquema y la base de datos asociada; obteniendo como resultado las correspondencias entre los elementos de ambos esquemas. Dicha información es utilizada por los procesos de generación y visualización de diferencias de la herramienta Generación y visualización de diferencias entre esquemas conceptuales La herramienta es capaz de generar y visualizar las diferencias entre los dos esquemas conceptuales, gracias a la información proporcionada por los servicios que implementan los distintos algoritmos de comparación y los esquemas conceptuales inicial (EC) y final (EC ). Con esta información es posible mostrar las diferencias con un mayor nivel de detalle, ya que se dispone de todas las características de los elementos de ambos esquemas y del conocimiento sobre la evolución acontecida. Un ejemplo de evolución de esquema, podría ser el siguiente: migrar a la clase Personal los objetos de las clases Vendedor y Comercial del esquema inicial, cuyo número de ventas diarias sea mayor de 50 y el número de clientes inscritos diariamente sea superior a 10 respectivamente, teniendo en cuenta que el atributo DNI ha sufrido un cambio de nombre y en el esquema final se llama NIF (ver figura 1). Si el analista no consigue las correspondencias que expresan la evolución que se ha producido, mediante los distintos criterios de comparación que ofrece la herramienta, puede establecerlas manualmente. Para ello se le proporcionan todos los elementos del esquema conceptual inicial que pueden ocupar el lugar del que se quiere sustituir, es decir, aquellos que son del mismo tipo (clase, atributo, especialización o agregación) o compatibles, por ejemplo: una relación de agregación puede evolucionar a una clase elemental y son de diferente tipo. Durante este proceso es necesario interactuar con el analista, por lo que se ha diseñado una interfaz gráfica en la que se muestra la correspondencia entre los elementos del esquema conceptual final (EC') y los del esquema conceptual inicial (EC). Se han contemplado varias representaciones visuales para mostrar los elementos que forman parte de ambos esquemas y finalmente se ha optado por una visualización en forma arborescente (ver figura 2). Por otro lado, mediante un código de colores y de símbolos muestra las diferencias entre ambos esquemas, además de indicar los cambios, mediante expresiones asociadas a los elementos (ver figura 3).

5 N_VENTAS_DIA > 50 N_CLIENTES_DIA > 10 Figura 1. Evolución de esquemas conceptuales Los cambios se muestran desde la perspectiva del esquema conceptual final, ya que el objetivo es llenar de información la base de datos final a partir de la base de datos inicial. Esta visualización muestra en el primer nivel del árbol las clases y relaciones del esquema final en el orden en que se han citado. Si se despliegan cualquiera de estos elementos, se encuentra a un segundo nivel de anidamiento el elemento o elementos del esquema conceptual origen del que provienen sus datos, que serán de su mismo tipo o compatibles. Finalmente, en el tercer nivel de anidamiento del árbol se encuentran los atributos de la clase destino de la que cuelgan, la cual aparece en el primer nivel del árbol. Se ha de destacar que en este último nivel del árbol aparece en la parte derecha de la pantalla de exploración el atributo origen del cual se extraen los datos para el atributo destino seleccionado. Dicho atributo origen pertenece a la clase del esquema conceptual inicial del que cuelga el atributo destino. La figura 2 muestra la representación arbórea de la evolución presentada en la figura 1. Esta representación muestra que los objetos de la clase Personal provienen de los objetos de las clases Comercial y Vendedor. También da a conocer que los valores de los atributos NIF y Nombre, de la clase Personal provienen de los atributos DNI y Nombre de las clases Comercial y Vendedor, cuya especificación no aparece en la estructura arborescente, sino en las propiedades que aparecen en la ventana de exploración asociada al árbol de visualización. Por otro lado, siempre que se siga la estructura del árbol a la hora de validar la información, la complejidad de ésta se reduce, ya que primero se validan las clases y luego los atributos, teniendo la certeza de que los atributos que se asocien a un atributo del esquema final, han de pertenecer a la clase del esquema inicial que se ha asociado a la clase del esquema final a la que pertenece dicho atributo. Un ejemplo lo demuestra, podría ser el siguiente: cuando los resultados del algoritmo de comparación no obtiene las correspondencias que expresan la evolución que se ha producido en el sistema de información y se realiza manualmente la correspondencia entre dos clases. Este cambio lleva asociada la selección de una de las clases que aparecen en el esquema conceptual inicial, mientras que el cambio del atributo lleva

6 asociada la selección de los atributos que pertenecen a la clase inicial que se ha seleccionado con anterioridad y que ya se ha validado. PERSONAL Nivel de clases VENDEDOR COMERCIAL NIF Nombre NIF Nombre Nivel de atributos En cada nivel se visualiza el elemento del esquema conceptual final, antes que el elemento del esquema conceptual inicial. Figura 2. Estructura de visualización de equivalencias entre esquemas conceptuales Otro punto a considerar es la visualización de las operaciones realizadas en el esquema conceptual inicial que lo hicieron evolucionar al esquema conceptual final. Las posibles operaciones que pueden sufrir los elementos de un esquema conceptual son: inserción, modificación y borrado. No obstante, al visualizar las diferencias desde la perspectiva del esquema conceptual final, solamente se consideran la inserción y modificación de elementos. Los borrados no se visualizan en el árbol, por no existir en el esquema conceptual destino, pero se puede disponer de esta información. Figura 3. Visualización de diferencias entre dos esquemas conceptuales 4.2. Plan de migración de datos Un plan de migración está formado por un conjunto de cambios expresados en el lenguaje de migración, cuya ejecución permite llevar la información de una BD origen a una BD destino de forma adecuada. La creación del plan de migración

7 completo debe realizarse incorporando cada uno de los cambios necesarios para que pueda hacerse dicha migración Lenguaje de migración/transformación de la información Cada uno de los posibles cambios que pueden realizarse en las bases de datos, se expresa mediante un lenguaje pivote declarativo. Este lenguaje expresa los cambios basándose en la metáfora de la orientación a objetos debido a que la información que maneja la herramienta son esquemas conceptuales orientados a objetos. De esta forma se permite especificar el plan de migración de forma correcta y próxima al usuario de la aplicación, independientemente del SGBD en el que se vaya a ejecutar finalmente. En cada cambio se permite especificar la información que se detalla a continuación: La función de transformación define la sentencia que permitirá la ejecución del cambio en la BD, escrita de acuerdo con el lenguaje de migración diseñado. Esta propiedad se ha incorporado para clases, atributos, especializaciones o agregaciones, incluyendo dentro de la misma función de transformación todos los cambios de las propiedades asociadas al elemento al que pertenece dicha función. Por ejemplo: el atributo NIF de la clase Personal del esquema destino se corresponde con el atributo DNI de la clase Vendedor del esquema origen aplicándole una conversión de tipo de datos de integer a string (función: IntToStr ). Por lo tanto en la propiedad Función de Transformación asociada al atributo NIF de la clase Personal, se le asociará el siguiente valor: IntToStr(Vendedor.DNI) (ver figura 3). El filtro poblacional permite incorporar restricciones en la migración de la población de clases y agregaciones, por ejemplo migrar aquellos Vendedores cuyo n_ventas_día sea mayor de 50. Un filtro poblacional especifica una condición booleana que se evalúa a cierto o a falso. Finalmente, la condición permite incluir un control en la especificación del valor que toma un atributo, es decir, aplicar una función de transformación u otra dependiendo de la condición que se cumpla. Por ejemplo: Si el atributo N_VENTAS_DIA del VENDEDOR era superior a 100, el atributo Salario de PERSONAL se duplica y si es inferior se mantiene el que tenía en el atributo Salario de VENDEDOR. Al igual que un filtro, una condición se evalúa a cierto o a falso Patrones para la generación automática del plan de migración La herramienta de migración genera de forma automática tanto la estructura del plan de migración de datos, como cada una de las expresiones que lo componen. Dichas expresiones serán validadas por el analista a posteriori, obteniendo de esta forma un plan de migración válido. Esta generación automática se ha basado en dos tipos de patrones: -Patrones de expresiones de migración: Existe un patrón para cada uno de los cambios que puede sufrir cada uno de los tipos de elemento de un esquema conceptual y para todas posibles combinaciones de cambios que se han detectado. Cada patrón tiene asociada una expresión de migración por defecto, construida utilizando el lenguaje de migración diseñado al efecto. Cada expresión será evaluada con los atributos y valores de los cambios que se detecten en una determinada migración. De esta forma, se consigue generar de forma automática la expresión asociada a un cambio determinado. Por ejemplo, la solución del patrón de expresiones

8 de migración del atributo cuando se produce un cambio de nombre, tipo de datos y de propiedad de valores nulos es la siguiente: <<Basándose en la gramática que define el lenguaje de migración diseñado para especificar un plan de migración, se define una expresión genérica que especifique de forma correcta la función de transformación de un atributo, cuando se ha producido un cambio en el nombre, el tipo de datos y la propiedad de valores no nulos. En el caso del cambio del tipo de datos se realiza una conversión de tipos en la función de transformación del siguiente modo: tipo_datos_origentotipo_datos_destino (atributo_origen) El patrón que se aplica en este caso, es una composición entre los patrones de cambio del nombre, tipo de datos y propiedad de valores nulos. Por lo tanto, la expresión genérica que expresará dicha función de transformación es la que aparece a continuación: Filtro: <IDENT_clase>. <IDENT_attr> <> NULL Función de transformación: <generic_func> ( <IDENT_clase>. <IDENT_attr> ) >> - Patrones de migración: Establecen el modo en que se van a migrar cada uno de los elementos de un esquema conceptual y de dónde se van a obtener sus datos. Para ello, se ha de tener en cuenta los cambios que pueden sufrir cada elemento y el tipo de elemento a migrar, ya que en cada caso los cambios que se pueden dar son diferentes, así como la semántica que tienen asociada. Estos patrones permiten construir el plan de migración con el orden y la semántica adecuada, definiendo de forma genérica las acciones necesarias para migrar los datos de un tipo de elemento de un esquema conceptual. Un tipo de elemento puede tener variantes al patrón genérico de migración, éstas se generan dependiendo del valor que toman determinados factores que afectan a dicho tipo elemento, por ejemplo en el caso de la relación de especialización, el cambio de su condición implica diferentes patrones. Por ejemplo, la solución del patrón de migración de la clase elemental es la siguiente: << Sea E el conjunto de esquemas, C el alfabeto de clases, A el conjunto de atributos, G el conjunto de filtros que se aplican sobre la población de la clase origen, GC conjunto de condiciones que se aplican sobre el atributo origen, F el conjunto de funciones de transformación, CE el conjunto de las correspondencias entre los esquemas conceptuales, CC el conjunto de las correspondencias entre las clases de los esquemas conceptuales origen y destino, CA el conjunto de las correspondencias entre los atributos de los esquemas conceptuales. E1, E2 E E1.C1, E2.C2 C EC1.C1.a1, EC2.C2.a2 A f 1,.., f n F g 1,...,g n G gc 1,...,gc n GC CE1 CE CC1 CC CA1 CA CE1.origen=E1 CE1.destino=E2 CC1.origen=E1.C1 CC1.destino=E2.C2 CA1.origen=E1.C1.a1 CA1.destino=E2.C2.a2 población(e2.c2) = { y x población(e1.c1) i x g i i=1,..,n y=x ( y y a2 = f n of n-1...of 1 (x a1) i x a1 gc i ( y ai = x ai ai E1.C1 ai E2.C2 ai a2))}>>

9 4.3. Salida de la herramienta La implementación de la herramienta se ha realizado modelando con la propia herramienta CASE a la que da soporte de migración, SOSY Modeler, y generando automáticamente la aplicación en Visual Basic. El modelo (ver figura 4) realizado es compartido con la primera fase de la herramienta y produce como resultado un documento XML que representa el plan de migración que se ejecutará posteriormente sobre la base de datos, tras un proceso de traducción. Figura 4. Modelo Conceptual de la fase de generación del plan de migración de la herramienta La salida de esta fase de la herramienta es el plan de migración asociado a los esquemas conceptuales inicial y final considerados. Este plan de migración será ejecutado en las bases de datos para realizar la migración de la población de la base de datos inicial a la final. El plan de migración que se produce será ejecutado por la tercera fase de la herramienta. Para ello, con el objetivo de que la fase de ejecución tenga el mayor conocimiento posible del proceso de migración, en lugar de darle el plan de migración de forma textual, se le proporciona de forma estructurada en formato XML. De este modo, se facilita la lectura del plan de migración y el proceso de traducción. 5. Conclusiones Se ha presentado una solución al problema de migración mediante la generación semiautomática de un plan de migración de datos partiendo de la evolución de los esquemas conceptuales de una aplicación, proceso soportado por una herramienta.

10 La evolución de esquemas proporciona toda la información necesaria para obtener las diferencias entre ambos, permitiendo generar un plan de migración que migre la información de la forma que espera el analista. Por otro lado, los cambios sufridos por un esquema, siguen un orden y unos patrones de migración, mediante los cuales es posible crear automáticamente un conjunto de funciones de transformación que guían al analista en la construcción y validación de un plan de migración de una forma fácil, flexible y fiable. A través de un plan de migración expresado con independencia del SGBD sobre el que esté diseñada la base de datos, tan sólo es necesario incorporar el proceso de traducción adecuado para dicho SGBD, de forma que el plan de migración se pueda ejecutar de forma satisfactoria. En el caso de la herramienta de migración se expresa siguiendo una metáfora orientada objetos. Bibliografía [Ana01] Anaya, V. Generación de módulos de transformación para la migración de información entre bases de datos a partir de un plan de migración, Proyecto Fin de Carrera, Facultad de Informática, Universidad Politécnica de Valencia, septiembre 2001 [Ard01] Ardent Software, O2, [Car99] Carsí J.A., OASIS como marco Conceptual para la Evolución del Software, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Valencia, noviembre [Ora01] Oracle Corporation, Oracle, [Pas95] Pastor O. Et al., OASIS versión 2 (2.2): A Class-Definition Language to Model Information Systems using an Object-Oriented Approach, SPUPV , Universidad Politécnica de Valencia, España, [Per01] Pérez, J. Generación de un plan de migración de datos para esquemas conceptuales OASIS generados con OO-Method/CASE, Proyecto Fin de Carrera, Facultad de Informática, Universidad Politécnica de Valencia, septiembre 2001 [Poe01] POET Software, POET, [Rat01] Rational Software, Rational Rose, [Sil01] Silva, J.F. Comparación de esquemas conceptuales OASIS para la obtención de las diferencias producidas por un proceso de evolución, Proyecto Fin de Carrera, Facultad de Informática, Universidad Politécnica de Valencia, julio [Sql01] Microsoft, SQL Server, [Ver01] Versant Object Technology, Versant,

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