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UML을 이용해서 시스템을 리모델링하고자 하는 엔지니어들을 위한 책!

『임베디드 시스템에서 활용하는 실시간 UML』은 UML 2.0을 이용한 실시간 시스템 개발에 대해 유익하고 실용적인 적용법을 알려준다. 실시간 시스템의 중요 요점과 설계 및 개발에 있어서 계속 발전해가는 표준의 활용에 초점을 맞춰 UML을 소개한다. 좀더 분명하게 아키텍처를 지원하고 확장성도 향상된 새 UML 2.0 표준을 중점적으로 다룬다.

본문은 실시간 임베디드 시스템에 관한 기본지식을 소개한 다음, UML 2.0을 이용한 객체지향을 구조적 측면과 동적 측면으로 나누어 설명한다. 그런 다음 스케줄가능성(Schedulability), 성능(Performance), 시간(Time)을 위한 UML 프로파일(SPT 프로파일), 실시간 시스템의 요구사항, 아키텍처 설계 및 메커니즘 설계를 해설한다.

그리고 좀더 구체적으로 데이터 구조, 오퍼레이션, 예외상황 등을 아우르는 상세 설계에 대해서도 기술한다. 또한 관련된 그림을 풍부히 제시하여 UML 설계 기법을 쉽게 설명한다. 특히 상세한 실전 예제들을 통해 각종 기법들이 임베디드 시스템에 어떻게 적용되는지를 보여준다.

〈 실시간 UML 3판에 대한 찬사 〉

『임베디드 시스템에서 활용하는 실시간 UML 3판』은 UML 2.0을 이용한 실시간 시스템 개발에 대해 유익하고 실용적인 적용법을 알려주므로, 시스템 엔지니어와 소프트웨어 엔지니어가 읽어볼 만한 가치가 있다. 쉬운 영어로 적혀 있고 깊이와 폭이 균형을 잘 이루고 있다.
- 샌포드 프리덴탈
록히드 마틴 시스템 엔지니어링 대표
OMG 시스템 엔지니어링 도메인 연구회(SIG) 의장

고도로 기술적인 내용을 모두가 이해할 수 있도록 더글라스가 또 한 번 큰 일을 해냈다. 이 책은 새로운 UML 2.0에 대한 훌륭한 입문서이며, 실시간 환경에 대한 모델링에 대해 알고 싶다면 반드시 이 책을 읽어야 한다. 저자의 위트 있는 대화체는 모든 기술서 저자들의 모범이 될 만하다.
- 게리 K. 에반스
에바네틱스 사(www.evanetics.com) 설립자 겸 객체 전도사

더글라스는 OMG의 서비스 품질 이슈 그룹의 공동의장이므로 이들 신흥 기술의 유용성에 대해 훌륭한 안목이 있다. 이 정보에 대한 명쾌한 소개는 이들 고급 기술을 적용하는 이들이 조직과 제품(실시간 임베디드 제품뿐만 아니라 성능 품질이 결정적이지는 않아도 중요한 제품)을 위해 최대한의 이익을 얻게 돕는다.
- 데레사 M. 스미스
항공 교통 소프트웨어 아키텍처 주식회사(미국/캐나다) 사장 겸 CEO

저자는 실시간 영역에서의 UML에 대한 훌륭한 개요를 다채로운 예와 함께 제공한다. 이 책은 신참자를 위한 훌륭한 교재고 전문가를 위한 참고서다.
- 소마 채터지
아이로직스 선임 제품 담당 책임자

〈 추천의 글 〉

브루스 더글라스의 책은 시간이 지날수록 장점이 더 늘어난다. 주요 변화는 물론 이제 새로운 버전인 UML 2.0에 대한 요구에 부응한다는 것이다. 1판과 마찬가지로 3판 역시 UML을 이용해서 시스템, 특히 반응적/실시간 시스템을 모델링하고 명세하고자 하는 엔지니어를 위한 가장 명쾌하고 값진 책이다. 따라서 브루스가 책을 갱신하고 그의 풍성한 펜대가 또 하나의 값진 산출물을 사람들에게 제공하는 것에 박수를 보낸다.

그럼에도 불구하고 필자도 UML 자체에 대해 특히 이전의 추천사에서 언급한 아래 두 가지 구절(하나는 예언이고 하나는 의견이다)과 관련해서 몇 마디 하고자 한다.

최근 UML의 인기는 래쇼날 사 저자가 쓴 공식 UML 책뿐만 아니라 UML을 설명하고 활용하고 정교화하거나 앞으로 하려는 책, 논문, 보고서, 세미나, 도구의 진정한 홍수를 불러올 것이다. 독자는 이 산만한 숲에서 정말로 가치 있는 나무를 찾기 위해 각별히 주의해야 할 것이다. 필자는 브루스의 책이 그 중 하나일 것이라 믿어 의심치 않는다.

그럼에도 불구하고 지금 당장은 UML이 너무 좀 크고 무겁다는 사실을 기억해야 한다. 우리는 그 일부만을 잘 이해한다. 다른 부분의 정의는 UML의 구조적인 핵심(클래스 다이어그램과 스테이트차트)과의 관계를 명확히 하기에 아직 충분히 깊게 이뤄지지 않았다.

첫 번째 구절에 대해서는 홍수를 예측하기란 너무나 어렵다. 홍수는 모든 기대를 넘어서 실체화되기 때문이다. 여기 간단한 통계가 있다. 이 글을 쓰는 지금, 아마존닷컴에서 “UML”을 제목으로 검색하면 213개 항목이 나오고, 같은 검색을 1998년과 그 이후로 제한하면 198개 항목이 나온다[역자주: 지금은 대략 400개가 넘는다]. 즉 이 책의 첫 판이 출간되었을 때는 UML 책이 15가지였고, 이제 200여 가지가 더 있다는 말이다! 그럼에도 불구하고 브루스의 책은 단연코 정말 몇 안 되는 값진 책 가운데 하나다.

UML이 너무 크고 무겁다는 두 번째 의견에 대해서는 상황이 그다지 개선되지 않았다. 거의 출시가 임박한 버전 2.0은 의심할 여지없이 UML의 개발에 있어서 하나의 이정표지만 UML이 더 간결하고 가벼워졌는지 아니면 더 크고 산만해졌는지는 자문해봐야 한다. 다방면에 걸쳐 복잡하지만 표준으로 채택되어 세계적으로 널리 사용되고 있는 것이 새로운 버전이 나오면 사람들은 최신 버전이 무엇보다도 가장 중요한 측면에 집중하기를 기대한다. 개선하고 빈틈없이 없으며 잘 요약되어 있고, 비핵심적이거나 제대로 정의되지 않은 것들은 버리기를 기대했다. 그렇게 하면 더 배우기 쉽고 쓰기 쉽고 틀림없이 구현하기 쉬운 언어가 되었을 것이고, 따라서 효과가 훨씬 더 컸을 것이다. UML 2.0이 몇 가지 흥미로운 새로운 기능(특히 이 책과 관련 있는 분야(실시간/반응적 시스템)를 위한)을 포함하고 있지만 새로운 버전의 UML은 더 크고 더 복잡해졌다.

1997년의 추천사에서 언급한 대로 객체 지향은 지속될 것이고 UML도 대규모로 명맥을 이어나갈 것이다. 버전 3.0에서는 뭔가를 추가하기보다는 필요 없는 기능을 제거하고 통합하며 좀더 명확해져서 결속되어 나가기 바란다. 어쨌거나 언어에 대한 좋은 책은 언어 자체만큼이나 매우 중요하고, 그런 면에서 이 책은 진정으로 권하고 싶은 몇 안 되는 책 중 하나다.

2003년 11월
데이빗 하렐 / 이스라엘 레호봇 소재 와이즈만 연구소

〈 이전판 추천사 〉

임베디드 시스템은 꾸준히 지속될 것이다. 반응적/실시간 시스템도 마찬가지다. 이 책이 적절히 지적한 대로 임베디드 시스템은 도처에 있다. 일반적인 데스크탑이나 노트북보다 많은 컴퓨터가 물건의 뱃속에 감춰져 있다. 컴퓨터나 컴퓨터화 시스템이 있는 곳이라면 이를 구동하는 소프트웨어가 있어야 한다. 그리고 소프트웨어는 그냥 생기지 않는다. 사람들이 작성해야 하고, 사람들이 이해하고 분석해야 하며, 사람들이 사용해야 하고, 최신 버전을 얻기 위해 사람들이 유지보수하고 갱신해야 한다. 복잡한 시스템에 대한 보통의 프로그래밍 언어보다 더 높은 추상화 수준에서의 모델링을 요구하는 것은 프로그래밍의 인간적 측면이다. 이 때문에 모델링 프로세스 자체에 대해 소프트웨어 엔지니어와 프로그래머를 안내할 방법론도 필요하다.

고수준 모델링 접근 방법을 고안하려는 노력 가운데 하나는 좋은 도표라는 의견이 많다. 다른 것이 모두 같다면 그림이 일반적으로 텍스트나 기호보다 이해하기에 낫다. 그러나 복잡한 소프트웨어를 만드는 것이 전적으로 인간만의 활동은 아니기 때문에 그림이나 다이어그램에만 관심이 있는 것은 아니다. 우리는 다이어그램 언어에 관심이 있고 이들 언어는 검증과 분석에 컴퓨터화된 지원이 필요하다.

고급 언어가 에디터와 버전 제어 유틸리티뿐만 아니라(그리고 현저하게!) 컴파일러와 디버그 도구도 필요하듯이 모델링 언어 역시 예쁜 그림, 문서 작성 유틸리티, 프로젝트 관리 도구뿐만 아니라 실행 모델과 코드 생성을 요구한다. 이는 무엇이 허용되는지를 결정하는 문법을 갖춘 시각적 형식(visual formalism)과 허용된 것들이 무슨 뜻인지를 결정하는 의미(semantics)가 필요함을 뜻한다.

그런 형식은 다이어그램 요소 사이의 토폴로지상 관계를 주로 강조하면서 최대한 시각적이어야(분명히 어떤 것들은 자연스럽게 시각화되지 않을 것이다) 하고, 차선으로 기하학, 측량, 어쩌면 아이콘을 이용할 수 있을 것이다.
수년간 고수준 모델링에 대한 주요 접근 방법은 구조적 분석(SA, structured analysis)과 객체 지향(OO, object orientation)이었다. 이들 두 가지는 초기 착상과 발달이 대략 10년 차이가 난다. SA는 1970년대 후반에 드마르코(DeMarco), 요든(Yourdon) 등이 시작했고, 고전적인 절차적 프로그래밍 개념을 모델링 수준으로 “끌어올린” 것이다. 결과는 시스템 구조를 기능적 분해와 정보의 흐름으로 (계층적인) 데이터 흐름 다이어그램을 통해 그림으로 모델링하는 것이다.

시스템 행동에 대해서는 1980년대 초중반에 (Ward/Mellor, Hatley/Pirbhai, i-Logix의 STATEMATE 팀과 같은) 몇 개의 방법론 팀이 행동을 상태 다이어그램이나 더 풍부한 언어인 스테이트차트로 나타냄으로써 기본 SA 모델을 개선하는 구체적인 권고를 했다. 조심스럽게 정의한 행동 모델링은 특히 임베디드, 반응적, 실시간 시스템에 중요하다.

객체 지향 모델링은 1980년대 후반에 시작했는데, 어떤 면에서 그 역사가 SA의 역사와 매우 비슷하다. 시스템 구조에 대한 기본 생각은 객체 지향 프로그래밍에서 모델링 수준으로 개념을 “끌어 올리는” 것이었다. 따라서 부치(Booch)의 방법론, OMT와 ROOM 방법론, 기타 여러 방법론에서 객체에 대한 기본 구조 모델은 클래스와 인스턴스, 관계와 역할, 오퍼레이션과 이벤트, 집합 연관과 상속을 다룬다. 시각성은 이 모델의 기반으로 더욱 풍부해진 ER(entity-relationship) 다이어그램의 확장판을 사용함으로써 얻어졌다.

시스템 행동에 대해서는 대부분의 OO 모델링 접근 방법이 스테이트차트 언어를 채택했다(필자는 이 결정에 대해 기분 나쁘다고 할 수 없다. [역자주: 스테이트차트 언어를 만든 사람이 이 추천사를 쓰고 있는 데이빗 하렐 자신이다]). 스테이트차트는 각 클래스와 연관되고 그 역할은 인스턴스 객체의 행동을 기술하는 것이다.

구조와 행동(즉 객체 모델과 스테이트차트) 사이의 미묘하고 복잡한 관계를 객체 지향 방법론자들은 다양한 수준의 상세화(상당히 불충분한 정도에서 적당한 정도까지)로 처리했다. 관건은 물론 구조와 행동과 그들 사이의 연결을 위한 언어가 고수준 모델을 인터프리트(interpretation)와 컴파일(compilation)(모델의 실행과 코드의 생성) 할 수 있을 정도로 충분히 잘 정의돼있는지이다.

이는 몇 가지 경우에서만 가능했는데, (셀릭(Selic)과 굴렉슨(Gullekson), 워드(Ward)의 ROOM 방법에 기반을 둔) ObjecTime 도구와 (아이로직스의 게리(Gery)와 필자의 실행 가능 객체 모델링(Executable Object Modeling) 방법에 기반을 둔) 랩소디(Rhapsody) 도구에서만 가능했다.

시스템 모델링을 위한 SA와 객체 지향 패러다임 발전간 유사성으로부터 주목할 만한 이탈은 지난 2~3년간 객체 지향 방법론자들이 협력했다는 것이다. 객체 지향 방법론자들의 노트를 비교하고, 이슈를 토론하고, 다양한 객체 지향 모델링 접근 방법 가운데 최고를 모으려는 바람으로 마침내 일반적인 UML을 만드는 데 협력했다.

알골60(Algol60)과 에이다(Ada) 때의 팀웍을 연상시키는 이 광범위한 노력은 (부치 방법론의) G. 부치와 (OMT 방법론의 공동 개발자) J. 럼바(Rumbaugh), (유스케이스의 황제) I. 제이콥슨(Jacobson)이 앞장선 래쇼날 사의 원조 하에 이뤄졌다.

UML 0.8은 1996년에 발표되었고 딱히 정해진 답이 없고 모호하며 기대보다 잘 정의되지 않았다. 대략 1년 동안 UML 팀은 래쇼날 사 외부에 있는 방법론자와 언어 설계자들의 많은 도움을 받으며 (미천하나마 기여한 필자 또한) 열심히 일했고, 1997년 초에 발표된 버전 1.1은 훨씬 더 빈틈이 없고 견실하다.

UML은 아주 최근에 OMG 표준으로 채택되었고 조금 더 노력하면 그저 공인된 (조금 무미건조하게 문서화된다면) 표준일 뿐만 아니라 객체 지향 원칙에 따라 만들어지는 소프트웨어의 주요 모델링 메커니즘이 될 가능성이 높다. 그리고 이제 점점 더 많은 소프트웨어 엔지니어가 점점 더 많은 종류의 소프트웨어를 객체 지향 방식으로 가장 잘 만들 수 있다고 주장함에 따라 이는 사소한 일이 아니다.

시스템 구조를 나타내기 위해 UML은 실제로 클래스와 객체를 위해 ER 다이어그램 같은 다이어그램 언어를 채택했다. 초기 단계에서의 행동을 모델링하기 위해선 유스케이스를 권장하고, 가끔 MSC(message sequence chart)라고도 하는 시퀀스 다이어그램을 활용한다. 행동에 대한 전체 구성 명세를 위해서는 스테이트차트를 채택했다.

이 책에서 브루스 더글라스는 공학적 지혜를 복잡한 소프트웨어(특히 실시간, 임베디드, 반응적 소프트웨어)를 만들어야 하는 사람들에게 훌륭하게 전파했다. 게다가 이 책은 UML을 주된 수단으로 삼고 있다. 최근의 UML의 표준화와 빠른 전파를 고려할 때 이 책은 매일매일 그런 시스템의 신속하고 매끄러운 개발을 걱정하는 사람들에게 유용하다.

게다가 브루스의 책은 명쾌하고 매우 잘 쓰여져 저자가 담쟁이로 덮인 높다란 상아탑이나 전문 방법론자로서의 왜곡된 교조주의적 관점에서가 아닌 이 책에서 논하는 바로 그런 종류의 시스템에 대한 폭넓은 경험으로부터 썼다는 사실로 인해 독자들의 자신감이 높아진다.

최근 UML의 인기는 래쇼날 사의 저자가 쓴 공식 UML 책뿐만 아니라 UML을 설명하고, 활용하고, 정교화하거나 하려고 하는 책, 논문, 보고서, 세미나, 도구의 진정한 홍수를 불러올 것이다. 독자는 이 산만한 숲에서 정말로 가치 있는 나무를 찾기 위해 각별히 주의해야 할 것이다. 필자는 브루스의 책이 그 가운데 하나일 것이라고 믿어 의심치 않는다.
그럼에도 불구하고 지금 당장 UML이 약간은 너무 크고 무겁다는 것을 기억해야 한다. 우리는 단지 그 일부만을 잘 이해한다. 다른 부분의 정의는 UML의 구조적인 핵심(클래스 다이어그램과 스테이트차트)과의 관계를 명확히 하기에 아직 충분히 깊게 이뤄지지 않았다.
예를 들어 유스케이스와 관련 시퀀스/협력 다이어그램은 시스템의 필요 행동을 시나리오로 풀어나가려는 사용자와 요구 사항 엔지니어에게 매우 귀중하다.

유스케이스는 모든 관련 객체에 대한 하나의 시나리오(또는 밀접히 관련된 일군의 시나리오)-객체간 행동(interobject behavior)이라고 한다 - 를 기술한다. 반면에 스테이트차트는 단일 객체의 모든 행동(객체 내 행동(intraobject behavior))을 기술한다. 필자는 이 현저한 차이를 시스템 행동의 대(大) 이중성(grand duality of system behavior)라고 하고자 한다. 이 이중성을 이해하는 좋은 알고리즘은 없다. 아직 하나의 뷰에서 다른 뷰를 도출하는 방법이나 이들 둘에 표시된 명세가 서로 일관됐는지를 효과적으로 테스트하는 방법을 모른다.

다른 심각한 도전도 여전해서 단지 표면만 긁었을 뿐이다. 예를 들어 UML이 제공하는 고수준 방법을 이용한 객체 지향 소프트웨어의 진정한 정형적 확인(formal verification), 자동적으로 보기 편하고 구조가 잘 들어나게 하는 UML 다이어그램 레이아웃, 이산 값과 연속 값을 아우르는 하이브리드 시스템을 다루는 만족스런 방법 등 여러 가지 도전이 존재한다.

복잡한 소프트웨어를 다루는 일반적인 방법으로서 객체 지향은 지속될 것이고, 따라서 UML도 그러할 것이다. 객체 지향은 시스템에 대해 생각하고 시스템을 프로그램하는 강력하고 현명한 방법이고, 오랜 동안 자존심 있는 소프트웨어 엔지니어에게 필요한 지식의 일부일 것이다. 이 책은 그 점에서 큰 도움이 될 것이다.
한편 객체 지향은 모든 문제를 풀지는 못할 것이고 따라서 UML도 그러할 것이다. 여전히 알아야 할 것들이 아직도 많다. 사실 이 분야에서 우리가 모르고 아직 이룰 수 없는 것이 우리가 알고 있고 할 수 있는 것보다 훨씬 더 많다고 해도 큰 과장이 아닐 것이다. 그럼에도 불구하고 우리가 지금 갖고 있는 것은 5년 전에 바랐던 것보다 훨씬 더 많고, 이에 대해 감사하고 겸손해야 한다.

1997년 10월
이스라엘 레호봇의 와이즈만 연구소
데이빗 하렐

1장 실시간 임베디드 시스템 세계 개요
2장 UML 2.0을 이용한 객체 지향-구조 측면
3장 UML2.0과 함께하는 객체 지향-동적 측면
4장 스케줄 가능성과 성능, 시간을 위한 UML 프로파일
5장 실시간 시스템의 요구사항 분석
6장 분석: 객체 도메인 분석
7장 분석: 객체 행동 정의
8장 아키텍처 설계
9장 메커니즘 설계
10장 상세 설계
11장 특별 주제: C4ISR 아키텍처와 UML

실시간 UML 3판에서는 실시간 시스템의 중요 요점과 설계 및 개발에 있어서 계속 발전해가는 표준의 활용에 초점을 맞춰 UML을 소개한다. 이 책은 요구사항 분석, 객체의 구조 및 행동, 아키텍처 설계 및 메커니즘 설계와 좀더 구체적으로 데이터 구조, 오퍼레이션, 예외상황 등을 아우르는 상세 설계에 대해서 쉽게 기술하고 있다. 많은 그림들을 통해서 UML 설계 기법을 설명하고 있으며, 상세한 실전 예제들은 이런 기법들이 임베디드 시스템에 어떻게 적용되는지를 보여준다.

▷ 이 책에서 다루는 내용

- 임베디드 시스템용 쾌속 객체 지향 프로세스(ROPES)
- 실시간 (SPT) UML 프로파일을 이용한 동시성 및 자원 모델링
- 원활하게 실행가능한 동작 명세 만들기
- 타이밍 다이어그램을 이용한 시나리오 모델링
- 객체 식별을 위한 핵심 전략
- 객체 상태 행동 정의하기
- 스레드 표현과 식별
- 메커니즘 설계 패턴
- C4ISR(지휘, 통신, 통제, 컴퓨터, 정보, 감시, 정찰) 명세하기
- UML로 아키텍처 모델링하기

〈 이 책의 대상 독자 〉

현업의 소프트웨어 개발자와 대학 2~3학년의 컴퓨터 과학 전공자를 대상으로 하는 책으로서 학부나 대학원 교재로도 쓸 수 있지만 초점은 이론 소개보다는 실제 개발에 있다. 이 책에 방정식은 거의 나오지 않지만 이론적 수학적 접근이 필요한 곳에는 참고 자료를 적어두었다. 이 책을 읽는 독자는 최소한 하나의 프로그래밍 언어에 어느 정도 능숙하고 최소한 피상적으로라도 객체 지향과 실시간 시스템이라는 개념을 접한 적이 있다고 가정했다.