VS_Theorie

System, in dem sich Hard- oder Softwarekomponenten auf vernetzten Computern befinden und nur über den Austausch von Nachrichten kommunizieren und Ihre Aktionen koordinieren

• Nebenläufigkeit
• Fehlende globale Zeit
• Unabhängige Ausfälle

• VS für fachlich geschlossene Funktionalität
• Verteilung der Logik auf mehrere Komponenten
• Jede Komponente kann auf separatem Knoten (Rechner) liegen
• nutzt ein VS als Kommunikationsinfrastruktur

• FTP
• Web
• Email
• Online-Shop
• Gruppenterminkalender

• Gemeinsame Ressourcennutzung
• Transparenz
• Skalierbarkeit
• Offenheit

• Leistungstransparenz
• Skalierungstransparenz
• Mobilitätstransparenz
• Ortstransparenz
• Zugriffstransparenz
• Nebenläufigkeitstransparenz
• Fehlertransparenz
• Replikationstransparenz

• Ressourcenkapselung
• Synchronisation paralleler Zugriffe
• Beachtung der Problematik bereits beim Design eines Objekts, das Ressourcen kapselt, auf die parallel zugegriffen wird

• Kostenkontrolle
• Ressourcenkontrolle
• Leistungskontrolle

• Schnittstellen (veröffentlicht)
• Kommunikation (einheitlicher veröffentlichter Mechanismus)
• Heterogenität (unterschiedliche Hard/Software)

• Vertraulichkeit
• Integrität
• Verfügbarkeit

• Erkennen
• Tolerieren
• Maskieren
• Ignorieren

• Zuverlässigkeit
• Sicherheit
• Anpassbarkeit
• Leistung

• Antwortzeiten
• Durchsatz
• Lastverteilung
• Caching und Replikation

• Universelle Verfügbarkeit von Daten und Applikationen
• Dynamisches Angebot von Rechenleistung
• Kooperation über Firmengrenzen hinweg
• Gewährleistung von Zugriffsrechten und Datensicherheit

• Interaktionsmodell
• Fehlermodell
• Sicherheitsmodell

• Kommunikation
• Koordination
• Rahmenbedingungen

• Dienstverweigerung / Auslassungsfehler
• Verarbeitungsabbruch
• Timing
• Zufällig

• Client-Prozess
• Server-Prozess
• Peer-Prozess

• Mobiler Code (Applets)
• Kooperierende Server (domain-Name-Server)
• Replizierte Server
• Proxy-Modell

• Mobilder Code und aktueller Zustand
• Reist in einem Netzwerk von Computer zu Computer
• Nimmt jeweils einen oder mehrere Lokale Aufrufe vor
• Reduzierte Kommunikationszeit- und kosten
• Potenzielles Sicherheitsrisiko für die ausführende Umgebung

• Gleichberechtigte Prozesse interagieren miteinander
• Jeder Prozess kann als Client- und Serverprozess auftreten
• Unabhängig von einem zentralen Server

• keine Konfiguration notwendig
• automatische Erkennung vorhandener Dienste
• automatische Bereitstellung eigener Dienste anhand der Konfiguration
• Reaktion auf Verbindungsabbrüche
• Sicherheitsprobleme
• Datenschutzprobleme

Komponenten einer verteilten Anwendung laufen auf unterschiedlichen Knoten in unterschiedlichen Prozessen bzw. Threads. Mechanismus zum Nachrichtenaustausch zwischen Prozessen und zum sicheren Ressourcenzugriff

• über Hauptspeicher
• über Dateien
• über Pipes (lokal)
• über Sockets

• Entfernte Prozeduraufrufe (prozedural und synchron)
• Entfernte Methodenaufrufe (objektorientiert und synchron)
• Nachrichtenorientiertes Modell (beliebig programmiert und asynchron)

• Entkopplung von Client und Server durch Schnittstellendefinition
• Einführung von Stub und Skeleton als Zugriffsschnittstelle auf Client- und Serverseite
• Stub und Skeleton werden aus der Schnittstellenspezifikation generiert
• verantwortlich für Marshaling und Unmarshaling
• Stub und Skeleton ermöglichen die Zusicherung von Zugriffs- und Ortstransparenz

• R (Request)
• RR (request und Reply)
• RRA (Request, Reply und Acknowledge)

• Zugriff auf den Zustand nur über Methoden (Kapselung)
• keine Verwendung des Konstruktors möglich (Factoryklassen/Methoden notwendig)
• Zusätzlicher Fehlertypus (Remoteexception)

• Client führt Stellvertreterobjekt des eigentlichen Serverobjekts ein (Proxy)
• Proxy und Serverobjekt implementieren die gleiche Schnittstelle
• Client kennt nur die Schnittstelle und nutzt diese für Aufrufe

• Definiere Interface
• Definiere Serverklasse mit Implementierung des Interfaces und instanziere ein Objekt mit Anmeldung bei Registry
• Definiere Clientklasse mit Referenz auf Objekt in der Registry und rufe dessen Methoden auf
• Generierung von Bytecode aller 3 Klassen mittels javac
• Generierung von stub und skeleton Bytecode mittels rmic
• Verteilung der erzeugten Dateien
• Starten der Registry auf dem Server
• Starten des Servers (Objekterzeugung und Anmeldung bei Registry)
• Starten des Clients

public interface ServerInterface extends Remote { Date getDatum() throws RemoteException;}

• implements ServerInterface
• main-Methode inklusive try-catch
• neues Objekt von der eigenen Klasse (server)
• ServerInterface stub = (ServerInterface) UnicastRemoteObject.exportObject(serverobjekt,0)
• Registry reg = LocateRegistry.getRegistry()
• reg.bind("ServerInterface", stub)

• main-Methode inklusive try-catch
• Registry reg = LocateRegistry.getRegistry(hostname)
• ServerInterface stub = (ServerInterface) reg.lookup("ServerInterface")
• Aufruf der Methode des Servers über stub.[Methode]

• Einfache Implementierung
• Entfernte Aufrufe sind transparent
• Infrastruktur mit der Java Plattform frei verfügbar
• Caching bei lokaler Verfügbarkeit der Implementierung möglich
• Alle Dienste der Java-Plattform können genutzt werden

• Verschlüsselung
• Authentifizierung
• Zugangskontrolle beim Ressourcenzugriff

• Zertifizierung durch vertrauenswürdige Organisation
• Anzahl der Kunden und damit wachsendes Vertrauen
• Mund-zu-Mund Propaganda

• Erlangen von Informationen durch unberechtigte Empfänger (Leck)
• Unberechtigte Veränderung von Informationen (Intrigieren)
• Störung des Betriebs durch einen initial nicht zu ermittelnden Verursacher (Vandalismus)

• Unberechtigtes Kopieren von Nachrichten (Lauschangriff)
• Verwendung einer fremden Authentifizierung (Maskerade)
• Nachrichten abfangen und mit verändertem Inhalt weitergeben (Intrigieren)
• Speichern abgefangener Nachrichten und erneuter Versand (Wiederholung)
• Überflutung des Kanals oder der Ressource mit Nachrichten (Verweigerung)

• Vertraulichkeit
• Integrität
• Authentizität
• Nicht-Abstreitbarkeit

• Identifikation (login)
• Authentifikation (Passwort)
• Authorisierung (Berechtigungen)

• Offenheit
• Lebenszeitbegrenzung
• Vertrauensbasis
• Angriffsmacht

Originalnachricht in einer für Menschen lesbaren Form

Verschlüsselte Nachricht, die nicht mehr unmittelbar lesbar ist

Anwendung nicht destruktiver Operationen zur Verschleierung der Beziehung zwischen Blöcken in Klartext und Chiffre

Zerstreuung klartextüblicher Wiederholung und Redundanz durch Umsetllung von Teilen des Klartextblocks

• Geheimhaltung und Integrität
• Authentifizierung
• Digitale Signatur

• Hauptspeicher
• Dateisystem
• Verteiltes Dateisystem
• Web
• Verteilter gemeinsamer Speicher
• Entfernte Objekte
• Persistenter Objektspeicher
• Persistenter verteilter Objektspeicher

• Directory Modul (Dateiname - ID)
• File Modul (ID - Datei)
• File Access Modul (liest Inhalte/Attribute)
• Block Modul (Allokiert Blöcke)
• Device Modul (Datenträger und Caching)
• Access Control Modul (prüft Berechtigungen für Operationen)

• Transparenz
• Nebenläufige Aktualisierungen
• Dateireplikation
• Heterogenität
• Fehlertoleranz
• Konsistenz
• Sicherheit
• Effizienz

• Flacher Dateidienst
• Verzeichnisdienst
• Client-Modul

• Uhrauflösung
• Uhrabweichung
• Synchronisationsfehler
• Abweichungsgeschwindigkeit
• Korrektheit
• Monotonie

• Zeit-Timeserver + (Obergrenze max + Untergrenze min) / 2
• optimale Grenze mit N Uhren = (max+min)/1-(1/N)

• Nachricht an Zeitserver mit Zeit und Roundtrip-Time
• Zeitserver setzt seinerseits aktuelle Zeit t_s ein
• System stellt eigene Zeit auf = t_s + Roundtrip-Time / 2

• Probabilistisches Verfahren
• Asynchrones System
• Annahme, dass sich Roundtrip-Time auf beide Nachrichten gleichmäßig verteilt
• Voraussetzung ist eine relativ kurze Nachrichtenlaufzeit
• Verbesserung durch mehrfaches Senden und Verwendung des minimalen Roundtrip-Wertes

• Master ermittelt Zeit
• Master sendet Zeitanfragen an alle anderen Rechner (Slaves)
• Ermittelt Roundtrip-Time und mittelt über alle Zeitwerte inkl. dem eigenenm
• Master eliminiert vor der Mittelwertbildung alle Werte größer einem definierten Maxima für Roundtrip-Times und Uhrabweichungen als Ausreisser
• Sendet Abweichungsbetrag an jeden Slave
• Bei Ausfall des Masters Auswahl eines neuen über Auswahlalgorithmen

Bei neuer Auswahl eines Masters garentieren die Standardauswahlalgorithmen kein festes Intervall für Abschluss der Auswahl, daher keine definierte Genauigkeit mehr

• Genauigkeit
• Zuverlässigkeit
• Skalierbarkeit
• Störungsresistenz

• Multicast - leichte Ungenauigkeit, für LAN's
• Prozeduraufruf - ähnlich Algorithmus von Christian
• Symmetrisch - mehrere Server im LAN, höchste Genauigkeit

• Weitergabe von Nachrichten
• Nachrichten filtern
• Auswertung von Ereignismustern
• Persistieren der Nachrichten

• Softwareschicht zwischen VS und Anwendung zur Unterstützung der IPC
• Setzt auf Transportprotokoll und Zugriffsschnittstelle des VS auf
• verbirgt Verteilungsaspekte einer Anwendung (Transparenz)

• Kommunikationsorientiert
• Anwendungsorientiert
• Nachrichtenorientiert

• RMI
• Java Message Service
• .NET Remoting
• Windows Communication Foundation
• Webservices
• ESB-Systeme

• Setzt direkt auf Protokoll des VS auf
• Dient als Kommunikationsinfrastruktur
• Konzentriert sich auf reine Kommunikationsaspekte

• Kommunikation zwischen Middleware-Schichten
• Lokalisation und Identifikation der Kommunikationspartner
• Unterstützung von Thread- und Prozessverwaltung
• Bereitstellung eines einheitlichen Datenformats
• Logische Einordnung von Middleware

• Heterogenität der Plattform
• Heterogenität der programmiersprache
• Unterschiedliche Darstellung von Ganzzahlen
• Unterschiedliche Reihenfolge der Speicherung von Bytes
• Unterschiedliche Zeichencodierung

• Betriebssystemspezifische Middleware
• einheitliches Übertragungsformat

Transformation von Daten in ein Übertragungsformat, das geeignet mit einer Nachricht verschickt werden kann. Das Format muss Nachrichtenpartnern und Middleware bekannt sein

Rücktransformation eines Übertragungsformates in Daten einer konkreten Programmiersprache

• Fehlerhafte Übertragung auf Bitebene
• Fehlende Nachrichten
• Ausfall von Komponenten

• Sender stellt eine Nachricht in die Warteschlange des Empfängers
• Empfänger nimmt Nachricht entegen, sobald er empfangsbereit ist
• weitgehende Entkopplung von Sender und Empfänger
• Versenden einer Antwortnachricht nicht vorgesehen

• asnychrone Kommunikation
• Unterstützung verschiedener Message-Passing-Modelle
• Warteschlangenverwaltung
• Verbindungsmanagement
• Quality-of-Service-Zusicherungen

• Verwaltung von Warteschlangen unterschiedlicher Empfänger
• Initiierung von Warteschlangen
• Zuordnung von ankommenden Nachrichten zu Warteschlangen
• Überwachung des Füllungsgrades von Warteschlangen
• Transport von Nachrichten über Subnetz--Grenzen hinaus
• Transformation von Nachrichten in ein anderes Format (Broker)

• Lose Kopplung von Sender und Empfänger
• Nachrichten weitgehend unabhängig von Programmiersprache
• geeignet für Integration unterschiedlicher Anwendungen

• Point-to-Point
• Request-Reply
• Publish-Subscribe

• Queue speichert Nachricht bis sie gelesen wird oder abläuft
• Sender stellt Nachricht in die Queue genau eines Empfängers
• Empfänger verarbeiter sobald bereit und sender Empfangsbestätigung

• ermöglicht synchrone Kommunikation über asynchrone Middleware
• Verschicken einer Nachricht und Empfangen einer Antwortnachricht als eine Einheit
• mögliche Umsetzung über unterschiedliche Warteschlangen für Request und Reply

• Prozesse erhalten Rollen als Publisher bzw. Subscriber
• Subscriber abonnieren Nachrichten zu einem Thema
• mehrere Empfänger pro Nachricht möglich
• Empfänger erhält nur Nachrichten, solange er existiert
• Publisher veröffentlichen Nachrichten zu einem Thema

• pro Anwendung zwei lokale Warteschlangen
• Zugriff auf eine Warteschlange nur lokal
• Warteschlangen werden durch WS-Manager verwaltet

• ein Master
• sehr viele Chunkserver
• Chunkserver speichern Dateien
• jede Datei ist in 64 MB große Chunks gespalten

• hohe Durchsatzraten
• dafür höhere Latenzzeit
• jede Datei wird mindestens drei mal pro Cluster gespeichert
• Master speichert nur Metadaten der Chunks
• Master erhält Anfragen und verweist auf entsprechende Chunks
• nur ein Master pro Cluster

• Herstellung serieller Äquivalenz bei der nebenläufigen Abarbeitung von Operationen
• Übergang von persistentem konsistenten Zustand in selbigen

• Pessimistische Sperren (Locks)
• Zeitstempel
• Optimistische Kontrolle

• lost-update
• dirty-read
• unrepeatable-read

• Nebenläufigkeit auf gleicher Hierarchieebene
• Unabhängigkeit einzelner Subtransaktionen für größere Robustheit
• Individuelle Strategien übergeordneter Transaktionen für den Abbruch von Subtransaktionen festlegbar

• Commit erst nach Commit aller Subtransaktionen
• Rollback einer Transaktion führt zum Rollback aller zugehörigen Subtransaktionen
• Subtransaktion trifft unabhängige Entscheidung zum provisorischen Commit oder finalen Rollback
• Commit der Top-Level-Transaktion führt zum finalen Commit

• Erkennung durch Test des Wartegraphen auf Kreisfreiheit
• Entfernen des Kreises durch Löschen eines Knotens

• Lebensdauerbegrenzung von Sperren über Timeout
• Sperren aller Objekte beim Start der Transaktion
• Anforderung der Sperren in vordefinierter Reihenfolge

• Wiederholen der Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt (Verschieben)
• Abbruch aller Konfliktverursacher
• Abbruch der aktuellen Transaktionen

• Alle Teilnehmer werden angefragt, ob sie die Transaktionen erfolgreich durchführen können
• Commit an alle im positiven Fall
• Abort an alle im negativen Fall

• Andere Komponenten nutzen keine Eigenschaften der inneren Implementierung einer Komponente
• Komponente verfügt über eindeutige Kategorie und klar definierte Schnittstelle
• Services können einfach wiederverwendet werden
• Die Fachlogik muss nur einmal implementiert werden

• Sammlung von technischen Standards
• Ausgerichtet auf Kommunikationsprotokolle auf XML-Basis
• Starke Varianz beim Umfang der Unterstützung durch einzelne Hersteller
• Heute in allen EAI-Tools und Application Servern integriert

• Funktionalität mit geschäftlicher Bedeutung
• Nutzung auf eindeutige Art und Weise
• klar definierte Reaktionen und Wirkungen
• stehen im Kontext von vertraglichen Pflichten und Nutzen
• werden an den Organisationsgrenzen nach aussen angeboten

• orientieren sich an Idealvorstellungen der Geschäftsservices
• bilden Geschäftsservices ab, wo eine IT-Unterstützung sinnvoll ist
• werden von Komponenten der Anwendungslandschaft angeboten

• Elementar (Basisfunktionen)
• Zusammengesetzt
• Orchestrierbar

• Wiederverwendbarkeit
• Sinnvolle Granularität
• Eindeutige Schnittstellen
• Klare Beziehungen

• Standardbasierte Integrationsplattform zur Umsetzung einer SOA
• Mechanismen zum verteilten Betrieb, Transformatino, Sicherheit und Deployment
• Interaktion mit Webservices

• Bus-Architektur
• In der Regel JMS basiert
• XSLT Transformation
• Transport im XML Format
• Orchestrierung und Prozessmodellierung (BPEL)
• Monitoring-Mechanismen
• Skalierung / Lastverteilung / Failover

• WSDL ist nur Standard für Beschreibung der Service-Signatur
• kein Standardmechanismus für Abbildung der Verfügbarkeit von Antwortzeiten
• kein Standardmechanismus für Versionierung
• vollständige Abdeckung der SOA-Anforderunge noch nicht verfügbar

• technischer Standard zur Realisierung von SOA in Java
• Architektur zur Integration von Java-basierten SOA Komponenten
• Container-Architektur, die über Plugin-Mechanismen erweiterbar ist
• Infrastruktur basierend auf bekannten Standards
• normalisiertes Nachrichtenformat für Services basierend auf WSDL 2.0

• Routing über JMS-Destinations
• Standardisierte Client-API
• Publish-Subscribe Kommunikationsmuster
• Nachrichtenfilterung über Message-Selektoren
• Transaktionen über Messages

• Lastverteilung
• Ausfallsicherheit
• Standardisierte Spezifikation der Payload
• Definition Kommunikationsprotokoll
• Standardisierte Administrations-API
• kein Standard für Request/Reply

• hardwareunabhängige und dynamische Softwareplattform
• Anwendungen und Services in Komponentenmodell modularisieren und verwalten
• setzt Java VM voraus
• unterstützt fachliche und technische Versionierung von Komponenten
• unterstützt dynamische Module (zur Laufzeit generiert)

• Systematische Prozessanalyse
• Modularisierung und iterative Verfeinerung
• Identifikation von identischen / ähnlichen Prozessmodulen
• Entwicklung von Business-Services

• Services aus bestehenden Systemen durch Wrapping verfügbar machen
• Identifikation von Service-Kandidaten
• Aggregation zu höherwertigen Services

• Sponsoren finden in Management und Fachabteilungen
• Mittel- und langfristige Effekte vs Quick Wins
• wer finanziert gemeinsame Dienste?
• Motivation zur Entwicklung wiederverwendbarer Dienste
• Koordination der Weiterentwicklung
• Management der Beziehungen zwischen Diensten
• Integration von Partnern und Zulieferern

• 0: Initial
• 1: Dienste
• 2: Prozesse
• 3: Organisation
• 4: Governance
• 5: Optimierung

• Nebenläufigkeit
• Skalierbarkeit
• Lokalität
• Modularität

• Tasks/Kanal
• Message passing
• Datenparallelisierung
• Shared Memory

• parallele Berechnung gleichzeitig in variierender Anzahl Tasks
• Task kapselt sequentielles Programm und lokalen Speicher
• Task bietet In- und Out-Ports zur Kommunikation mit seiner Umgebung

• Partitioning - Partitioniere Algorithmus und Daten
• Communication - bestimme Kommunikation, Kommunikationsstrukturen und Algorithmen
• Agglomeration - Evaluiere Kommunikationsstrukturen
• Mapping - weise Tasks Prozessoren zu für gleichmäßige Auslastung

• Anzahl Tasks - mindestens eine Größenordnung über tatsächlicher Prozessoranzahl
• Redundanz - Vermeidung redundanter Speicherung
• Berechnungsumfang - Tasks von ähnlicher Größe
• Skalierung - Anzahl Tasks abhängig von Problemgröße
• Alternativen - Mehrere alternative Partitionierungen definieren

• Lokalität - lokal und global
• Strukturiertheit - strukturiert und unstrukturiert
• Dynamik - statisch und dynamisch
• Synchronität - synchron und asynchron

• Kommunikationsvorgänge - gleiche viele Vorgänge je Task
• Lokalität - wenige Nachbarn
• gleichzeitige Kommunikation - tetaktete gleichzeitige Kommunikationsvorgänge
• Ordnung - kein Task wartet auf andere

• Lokalität
• Redundanz
• Replikation
• Umfang
• Skalierbarkeit
• Nebenläufigkeit
• Occam's Razor (Minimal notwendige Anzahl Tasks)
• Kosten

• Dynamik
• Zentralisierung
• Kosten
• Anzahl

• Rekursive Bisection - teile Last iterativ verschieden
• Lokal - verteile Last schrittweise unter Nachbarn
• Probabilistisch - zufällige Auswahl des Prozessors für eine Task
• Zyklisch - weise jedem Prozessor jede P-te Task zu, effizient bei starker Lokalität der Last

Wenn der sequentielle Anteil eines Algorithmus zu dessen Ausführungszeit 1/s beträgt, liegt der maximal erreichbare Speedup bei s

Effizienz E = sequenzielle Zeit T_1 / (Anzahl Prozessoren P * parallele Zeit T_P)

• sequenziell - alle Prozessoren arbeiten die gleiche Schritte sequenziell ab
• parallel - verschiedene Prozessoren übernehmen verschiedene Schritte
• gleichzeitig - auf jedem Prozessor gleichzeitig unterschiedliche Schritte

• Unabhängigkeit
• Datenverteilung
• Komposition

• zusätzliche Berechnungen
• erhöhte Idle-Zeit durch ungleiche Lastverteilung
• erhöhter Kommunikationsaufwand durch unabhängige Teile
• parallele Komposition erhöht Granularität

• ein Manager verteilt Aufgaben auf viele Worker
• Manager sammelt evtl. Ergebnisse ein
• Worker arbeiten einzelnen Arbeitspalete ab
• Worker liefern evtl. Ergebnisse an Manager

• Hierarchische Manager/Worker zur Komplexitätsreduktion der Verteilung
• Dezentralisierte Manager
• Hybride Ansätze mit z.B. dezentralen Arbeitspaketen und zentraler Verteilung

• ein oder mehrere Producer erzeugen Arbeitspakete für Consumer
• Producer legen Arbeitspakete in eine Schlange
• ein oder mehrere Consumer holen Arbeitspakete aus der Schlange und verarbeiten sie
• Anzahl Procucer und Consumer gemäß durch Schritte verursachter Last

• Map
• Combine
• Reduce