Web Application Engineering & Content Management VU 2.0

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1 Web Application Engineering & Content Management VU 2.0 Vortragsunterlagen zur Vorlesung an der Technischen Universität Wien Wintersemester 2015/2016 ZT Dipl.-Ing. Dr. Markus Univ.-Lektor Schranz Dipl.-Ing. Dr. Markus Schranz Staatlich befugter und beeideter Ingenieurkonsulent für Informatik staatlich befugter und beeideter Ingenieurkonsulent für Informatik Service Architect pressetext.austria, culturall

2 Organisation An folgenden Tagen werden Veranstaltungen zum Thema Web Application Engineering & Content Management angeboten: Vorlesung von bis Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 Mittwoch VO 17:35 19:00 2

3 Organisation An folgenden Tagen werden Veranstaltungen zum Thema Web Application Engineering & Content Management angeboten: Übungen von bis Freitag* LU 13:00 17:00 Freitag* LU 13:00 18:00 Achtung: Organisation zum Übungsstart: Anmeldung in Gruppen lt. Freitag, Übungs-Kick-Off in 2 separaten Einheiten: 13:30-15:00 Uhr Gruppen :00-16:30 Uhr Gruppen 6-12 Prüfung von bis Mittwoch Prfg 17:30 19:45 3

4 Unterlagen zur LVA Powerpoint Vorlagen am Web

5 VU-Übersicht Web Application Engineering Kategorisierung, Spezifika, Vorgehensmodelle, XP Web Application Management Technologien, WAS Modelle des Web Application Engineerings Architektur und Performance Web Content Management CMS Theorie, Einsatzbereich, Nutzen, Spezifika Web Commerce Sicherheitserweiterungen,moderne Technologien Web 2.0/AJAX, social web 5

6 Agenda Web Application Engineering Realisierung von Web Applikationen Problematiken des Web Application Engineerings Dynamische Contents und adequate Technologien Modelle der Web-Umsetzung Framework-Lösungen, Web Application Server Praktisches Laborbeispiel, Mason Architekturen in Soft- und Hardware Web Architekturen, Service Architekturen Ausblick: Spezielle Anwendungen, Content Management 6

7 Reminder: Motivation Def.: Eine Web-Anwendung ist ein Softwaresystem, das auf Spezifikationen des World Wide Web Consortium (W3C) beruht und Web-spezifische Ressourcen wie Inhalte und Dienste bereitstellt, die über eine Benutzerschnittstelle, den Web-Browser, verwendet werden. Software-Aspekt d.h. statische Seiten alleine stellen keine Web-Anwendung dar Benutzerschnittstellen-Aspekt d.h. Web Services alleine stellen keine Web-Anwendung dar 7

8 Web Application Engineering Theorie Kategorisierung von Web Applikationen Gliederung nach Historie und Komplexität Basiskonzepte und -technologien Internet, WWW Protokollspezifika Authentication, CGI Moderne Web Application Server Ansätze der Realisierung Wasserfallmodell vs. Agile Web-Entwicklung Konzeptideen aus XP Konkrete Herausforderungen bei der Realisierung 8

9 Umsetzung statischer vs. dynamischer Inhalte Umsetzung von relativ statischer Information am World Wide Web Private Homepages Kleine Informationssites (~5 pages) => Einfach Page Editoren bis simple CMS Umsetzung von dynamischen Informationsangeboten CGI-Programmierung Serverseitige Interpretation => Moderne Web Application Server 9

10 Integration und Umsetzung dynamischer Inhalte Dynamische Inhalte aus Legacy Applications Eine Applikation, die relevante Informationen liefert, welche als solche in das WWW eingebunden werden soll (Lagerbestandssystem, Katalog, Bibliothekssystem, Telefonbuch, ) Moderne Datenbanken Die Organisation besitzt bereits eine Datenbank und will deren Inhalte über das Web anbinden Managementsysteme Teure Systeme, die die Steuerung eines ganzen Großbetriebes übernehmen sollen direkt über WWW erreichbar sein (SAP) Anbindung über vorhandene oder zu programmierende Schnittstellen 10

11 Integration und Umsetzung dynamischer Inhalte Lösungen folgen einer 3 + -tier Architecture Browser Server Legacy Application 11

12 Modelle der Umsetzung: Templating Fallbeispiel: Forschungsprojekt JESSICA Design, Implementierung und Wartung von komplexen Web Applikationen Management von Layout und Inhalten Corporate Identities Integration von statischer und dynamischer Information Integration of external data sources, DBs Isolation und Reuse der Daten Verfügbarkeit der Daten auf unterschiedlichen Medien 12

13 Title Object Description Object Date/Venue Object Così fan tutte Object

14 Document Composition Templates werden als Vorlagen für Dokumente verwendet: 14

15 Web Application Engineering & Content Management VU 2.0 Umsetzung komplexer Web Applikationen - WAS ZT Dipl.-Ing. Dr. Markus Univ.-Lektor Schranz Staatlich befugter und beeideter Ingenieurkonsulent Dipl.-Ing. Dr. Markus für Informatik Schranz staatlich befugter und beeideter Ingenieurkonsulent für Informatik Service Architect pressetext.austria, culturall

16 Web Application Engineering Umsetzung komplexer Web-Applikationen Inhaltliches und technisches Management von Web-Applikationen Funktionale Anforderungen ähnlich der allgemeinen Softwareentwicklung Charakteristika aus Web-Charakteristiken und Web-Architekturen bekannt Programmentwicklung wie SW-Projekt Konzentration of Web-Applikations-Management Einsatz moderner Konzepte und Methoden (Agile Methoden, XP, Scrum) 16

17 Web Applikationsmanagement Web Service Management Web Application Services Inhaltliche Wartung Performance und Zuverlässigkeit sind kritisch Web Content Management Redaktionssysteme, Content Management Systeme Content Syndication Applications 17

18 Web Applikationsmanagement Web Application Server Application Server [Forrester Research:] An application server is a software server product that supports thin clients with an integrated suite of distributed computing capabilities. Application servers manage client sessions, host business logic, and connect to back-end computing resources, including data, transaction, and content Web Application Server: Wenn die Server-Komponente (ausschließlich) per Web-Server aufgerufen wird. Java Application Servers, z.b.: Servlet Engines Perl Application Servers, z.b.: Mason 18

19 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Mason Web Application Server moderne Konzepte zum technischen Web Service Management Lösungen für typische Site Development und Management Probleme Wartbarkeit, Performance, Zuverlässigkeit caching, debugging, templating, staging,... über CGI, stand-alone, aber am besten mit Apache::mod_perl oder PSGI-Servern 19

20 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Basic Features Simple embedded perl syntax modulare Seiten mit Komponenten Parameter handling über normale (Klassen-)Variable Templates (Base.mc hierarchy) Objekt-orientierte Techniken eigene Methoden und Attribute per Komponente, verfügbar in den Templates und anderen Komponenten Persistente Verbindungen (DB, Cache) 20

21 Mason Perl-basierter Web Application Server 21

22 Mason Perl-basierter Web Application Server 22

23 Mason Perl-basierter Web Application Server 23

24 Web Applikationsmanagement Web Application Server, Integriere Services der WAS Datenbankanbindung Java bietet DB-Objekte und deren Schnittstellen an, PHP etwa nutzt persistente DB-Zugänge und Apache::DBI verwendet persistente DBhandles, die per abstrakten DB-Klassen in mod_perl-applications verwendet werden können (z.b. Mason,Mason2) Session-Management Hier geht es darum, dass Kommunikationszustände persistent aus der Software genutzt werden können. PHP bietet $_SESSION, Mason bietet $m->{session} User Tracking und Error Handling Manche WAS bieten eine integrierte Form der Aufzeichnung aller Benutzeraktivitäten für Statistiken und Fehlerkorrekturen Etc. logging, restart mechanism, db validity checks, file rotation, sw distribution) 24

25 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Server Side Caching Einzeldaten, komplexe Datenstrukturen und ganze Komponenten können gecached werden Entsprechende Steurungsparameter entscheiden, ob der Inhalt über den Webserver oder aus dem Mason Cache erzeugt generiert werden soll (individuelle Timeouts, keys, concurrency) sinnvoller Einsatz bei ressourcenintensiven Services (z.b.: Datenbank-Queries) 25

26 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Mason Templating Mason folgt in der Ablauforganisation dem hierarchischen Aufbau der Verzeichnisse des (Apache, nginx,...) Servers entsprechend der Einstellungen im config-file wird ausgehend vom document root Verzeichnis der template Baum abgearbeitet ( Base.mc ) templates haben Zugriff auf Attribute und Methoden von Mason Komponenten 26

27 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Mason Staging Bei hochverfügbaren Services ist oft eine Trennung zwischen Entwicklungs- und Produktionsebene gefragt Der Mason Application Server verbindet beide Leistungen innerhalb eines Webservers, trennt die Bereich logisch sauber voneinander Komponenten können einzeln in die Staging-Umgebung kopiert werden, dort bearbeitet und nach gefallen wieder zurückkopiert werden verbundene Dokumente werden von Mason automatisch im richtigen Bereich gefunden 27

28 Web Applikationsmanagement Mason: ein PERL-basierter Web Application Server Mason Debugging und Error Handling Fehler im mason code werden detailliert berichtet und als Fehlerbericht angezeigt Alternativ kann ein default-file geschalten werden (sinnvoll für die Produktionsebene) Fehlerprotokolle werden für die Mason Objekte erstellt, nicht für die Code-Files im Webserver Verzeichnisbaum 28

29 Erarbeitung einer Mason-Anwendung Übungsbeispiel Content Management Concepts umfasst wesentliche Komponenten des Content Managements verwendet Features des WAS Mason persistente Datenbankverbindung Session handling Integration von Design & Applikationslogik Einsatz von MVC 29

30 Organisation Übung startet am Freitag, im DSLab Zur Zeit 10 Gruppen mit 25 Teilnehmern angemeldet Vorbesprechung bringt Übungsangabe Einführung in Mason Konfig und Handhabung Einführende Beispiele und Hinweise zu Mason in der Übungseinführung, Theorie und Architektur hier 30

31 Web Application Engineering & Content Management VU 2.0 Architectural Reasoning Komponenten komplexer WA Server Strukturen und Performanz ZT Univ.-Lektor Dipl.-Ing. Dr. Dipl.-Ing. Dr. Markus Schranz Staatlich staatlich befugter befugter und und beeideter beeideter Ingenieurkonsulent für für Informatik Informatik Service Architect pressetext.austria, culturall

32 Software-Layers/Ebenen 32

33 Das Client-Server Modell 33

34 Das Multi-Server Modell 34

35 Performance Benutzeranforderungen an die Leistungsfähigkeit eines Systems: Antwortverhalten: Benutzer verlangen schnelle und konsistente Antworten. Dazu benötigt man Wenige Komponenten Lokale Kommunikation, wo möglich Austausch kleinstmöglicher Dateneinheiten Durchsatz: Rate, mit der die Berechnungen durchgeführt werden. Die schwächste Komponente bestimmt den Durchsatz. Lastbalancierung: Verschiebung von Arbeitsteilen auf weniger belastete Komponenten. Replikation kann notwendig werden. 35

36 Caching und Replikation Wenn Caching oder Replikation eingesetzt werden, muss für viele Anwendungen sichergestellt werden, dass die Benutzer immer die aktuellste Kopie bekommen. Konsistenzproblematik Master/Slave Thematik Replikationsmanagement von Server-Software bzw. Datenbanksoftware 36

37 Verlässlichkeit Verlässlichkeit ( dependability ) umfasst Korrektheit: Das System sollte das erwartete Verhalten zeigen, was z.b. in der Spezifikation festgelegt ist. Sicherheit: Welches ist z.b. der sicherste Ablageplatz für Daten? Fehlertoleranz: beschreibt, inwieweit ein Dienst, ein System immer noch arbeitet, selbst wenn Fehler auftreten 37

38 Web Application Engineering & Content Management VU 2.0 Architectural Reasoning 2 Komponenten komplexer WA Server Konkrete Software- Architekturen im Web Univ.-Lektor ZT Dipl.-Ing. Dr. Dipl.-Ing. Dr. Markus Schranz staatlich befugter und beeideter Ingenieurkonsulent Markus für Informatik Schranz Staatlich befugter und Service beeideter Architect Ingenieurkonsulent pressetext.austria, für Informatik culturall

39 Architekturen Architekturebenen im Web Application Engineering Hardware-Architekturen (Clustering/Fail-Over) Web Server Architekturen Web Application Service Architekturen Applikationsarchitekturen (SW-Architektur) 39

40 Web Application Architectures Verschiedene Prozessabläufe im WWW Basis: Client/Server Architektur 40

41 Web Application Architectures Verbindungscharakteristiken One-time connections Persistente Verbindungen 41

42 Serverseitige Architektur Serverseitige Architektur Der Webserver ist aufgrund der antizipierten Lastverteilung als simpler, aber leistungsfähiger Dienstleister ausgelegt Ansätze Monolithisch Parallele Prozesse mit dispatcher Light-weight/heavy-weight servers Load balancing servers Monitored servers 42

43 Serverseitige Architektur Modell des Apache Webservers Folgt dem Cluster-Modell (sowohl auf einem einzelnen als auch auf mehreren Rechner) Hat intern einen modularen Aufbau 43

44 Serverseitige Architektur Ein Server-Cluster Mehrere gleichwertige Server werden von einem Frontend aus angesprochen 44

45 Serverseitige Architektur Server Clustering Das Einbinden von mehreren Hardware-Servern in ein logisches Gesamtsystem Mehrere Server können einen bestimmten Request beantworten Ein dispatcher entscheidet, welcher Server den request erhalten soll Zufälliges Aufteilen Gesteuertes Aufteilen Load balancing Membership management Round-Robin 45

46 Serverseitige Architektur - Anwendung Web Proxy Servers, Web cache servers, CDNs 46

47 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server Architekturen von Web-Applikationen Client Web-Server Standard Software Interfaces zu Web Application Server Software Framework Modell des Frameworks / Architektur Features (Templating, OO, etc.) Konfiguration 47

48 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server - Konfiguration Welchen Webserver? IIS Apache nginx... Welche Software-Struktur? Monolith Welche Integrationsform? CGI WAS/ Framework FastCGI 48 Welche Sprache? JS Perl PHP C# Python Java Ruby Rack/Ruby WSGI/Python Servlets PSGI

49 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server - Konfiguration Welche Rolle spielen die Komponenten in einer Web-Architektur? Webserver (z.b. Apache, nginx) Betreut Features des Protokolls, statische Dokumente, Proxying, Aliasing, SSL-Zertifikate, virtuelle Server, etc. WAS Software Coordinator (z.b. plackup, starman) Serviciert eine Software-Applikation, Memory Mgmt, Start-Parameter, Konfiguration des WAS, runtime environment, scaleability, Caching Initialisation, DB-Resources, etc. Offeriert die Integrationsform (Servlets, CGI, PSGI, mod_php) Web Framework (WAS Software Concept, zb PHP, Ruby, Python, POET/Mason2) Bietet den Entwicklern Komfort und Features der jeweiligen Sprache an Zugriffe auf Resourcen des WAS-Coordinators und des Web-Servers Software-Modelle für komplexes Web-Applikationsmanagement Templating, Caching, Multi-Mandating, Error-Handling, etc. 49

50 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server konkrete Konfiguration Nginx als Webserver Einfache Konfiguration für statische Fälle Simples Mengengerüst für Skalierbarkeit Spezielle Konfig für Mason2-Komponenten Proxy auf starman service Identifizierung der Mandanten (Übungsgruppen) und spezifisches Proxying auf Ordner der Mandanten 50

51 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server konkrete Konfiguration Starman als PSGI-Administrator ( WAS Software Coordinator ) Prozess, der eine Web-Applikation dediziert startet Eigenes Service auf speziellem Port, Multi-Processing-fähig für Skalierbarkeit (initial 5 Prozesse bei Übung) Module können zb mem-shared arbeiten, Parameter für Start workers Module im shared memory *.psgi als Konfigurationsdatei der Web-Applikation, hier app.psgi 51

52 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server konkrete Konfiguration PSGI als Interaktionsmodell zum Webserver ( Perl Webserver Gateway Interface Specification ) Standard interface zwischen Web-Servern und Perl web applications oder Web frameworks Eine PSGI-App erhält den Request vom Webserver als ein Hash-Argument und liefert ein Array mit 3 Elementen: Antwort Status (http-status) Headers / Metadata Content-Body zb: $app = sub { return [200, ['Content-Type' => 'text/plain'], ["hello, world\n"]]; } 52

53 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server Terminology in PSGI Web Server Nimmt HTTP requests entgegen, beantwortet oder dispatched zu einer web application, wenn derart konfiguriert (in unserem Fall nginx) PSGI Server Ist ein (Perl-)Programm, das die Umgebung für eine PSGI(-konforme) Application anbietet (in unserem Fall starman oder plackup) Applications Eine (web) application akzeptiert HTTP-Requests und beantwortet sie. Eine PSGI (web) application tut dies konform zur PSGI Schnittstelle, was die Übergabe und Retournierung der Parameter und Ergebnisse definiert. (In unserem Fall haben wir immer PSGI Apps) Middleware Ist eine PSGI-Application und ein Server. Es verhält sich wie eine Applikation, wenn vom Server aufgerufen, kann seinerseits aber weitere Applikationen aufrufen (starman) Framework developers Schreiben derartige Software wie Mason2, POET, starman, etc. Web Application developers Das sind wir; wir nutzen die obigen Features, um konkrete Software für Anwendungen zu schreiben 53

54 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server der WAS POET als Umgebungsbereiter Framework/middleware für Mason-Entwickler. Es verwendet PSGI/Plack zur Server-Integration, Mason2 für Request Routing und Templating und CPAN-Module für Caching, Logging und Configuration Mason2 als Objektorientiertes Entwicklungsframework Fokus auf Templating, statische Elemente und Perl als dynamische Sprache zur Softwareintegration Meist gemeinsam mit dem Partner POET, aber auch als Templating Engine in Dancer oder Catalyst einsetzbar Als HTML::Mason (Mason1) mit Apache2/mod_perl2 Als Mason2 beschrieben in CPAN (z.b. Mason::Manual); verwendet Komponenten, Methoden, Filter, Templates, etc. 54

55 Mason2 Handling Argumente in Mason-Komponenten Hello World, this page is for users that are at least <% $.age %> years old. <%class> has 'name'; has 'age' => (required => 1); </%class> <%init> my $text = test ; </%init> 55

56 Mason2 Handling Template hierarchie: Base.mc <%augment wrap> <html> <head><title><% $mytitle %></title> <body> <& inner() &> </body> </html> <%init> my $mytitle = $.title; </%init> </%augment> 56

57 Praktisches Beispiel: Mason2 Perl-basierter Web Application Server Komponententypen.mc Hauptkomponenten Sie entsprechen (meist) einer Web-Page Endung in URL nicht verwendet.mi interne Komponenten Werden von Hauptkomponenten eingesetzt Müssen mit.mi-endung integriert werden.mp pure-perl Komponenten Keine HTML-Integration möglich 57

58 WAS Architektur Beispiele von WAS Architekturelementen in Mason Caches (Server Side Caching) Datenstrukturen, ganze Komponenten oder Seitenergebnisse zeitgesteuert, konkurrenzgesichert, schlüsselbasiert Stages Mehrere Services können parallel identisch aufgesetzt werden Korrekturen in der Wartungsumgebung können partiell vorgenommen werden Templates Hierarchisch werden templates abgearbeitet und auf Elemente der Hierarchiekette kann objektorientiert zugegriffen werden. 58

59 Web Application Engineering & Content Management VU 2.0 Web Content Management Eine Anwendungsdomäne des Web Application Engineerings ZT Dipl.-Ing. Dr. Univ.-Lektor Markus Schranz Dipl.-Ing. Dr. Markus Schranz Staatlich staatlich befugter befugter und und beeideter beeideter Ingenieurkonsulent für für Informatik Informatik Service Architect pressetext.austria, culturall

60 Web Applikationsmanagement Web Service Management Web Application Services Softwaretechnische Wartung Performance und Zuverlässigkeit sind kritisch Web Content Management Redaktionssysteme, Content Management Systeme Content Syndication Applications 60

61 Web Site Wartung Wichtigster Teil des Web Service Engineering Technische Wartung Web Server Management Statistiken Page and Script Management (Web Appl. Server) Inhaltliche Wartung (CM / CMS / WCMS) Datenänderung Navigationsstrukturänderung Site-Migration Optimierung, Face-Lifting 61

62 Content Management Systeme (CMS) Begriffe und Eigenschaften Content Trennung von Struktur, Inhalt und Darstellung Content Management Erstellen und Verwalten von Inhalten Aktualität Konsistenz Content Management System Software für Content Management Schwerpunkt auf Web Content Management Systeme Typische Einsatzbereiche: Pressemitteilungen, Stellenangebote und Veranstaltungen 62

63 Professionelle CMS Online Redaktionssysteme Wie bringt man aktuell recherchierten Inhalt schnell und benutzerfreundlich ans Web Content Management Systeme Verschiedenartigste Inhalte, verschiedenste Formate sollen in eine Site gebracht und verwaltet werden 63

64 Online-Redaktionssystem Anwendung ist zeitkritisch Soft Real Time System Content Management Systems Inhalte eines Web Services werden online erstellt, korrigiert und bearbeitet Gültigkeitsdauer der Information Die Inhalte in online Systemen haben oft eine bestimmte Gültigkeitsdauer. Neue Nachrichten überschreiben alte oder verändern ihre Wertigkeit Integrität von Content, Navigation und Layout System soll die Komponenten streng trennen 64

65 Web Application Engineering Nächste Lehrveranstaltung am Konkrete Erklärungen zu CMS Konzepte des CM Erfahrungen mit CMS Online Demos Security im Web Encryption im Web SSL/TLS Zertifikate E-Commerce im Web 66

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