Modul Software Komponenten 10 Komponentenarchitektur

4 Unterlagen Folien Komponentenarchitektur (Teil 1 4) Skript "Komponentenarchitektur" von Christina Class Teil 1: Seiten 1 9 Teil 2: Seiten Teil 3 und 4: Seiten JacORB inkl. Installationsanleitung Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 4

5 Remote Procedure Call (RPC)

6 Remote Procedure Call Middleware zur Implementation verteilter Anwendungen baut auf der Semantik von Prozeduraufrufen auf im Client wird der Dienst genauso aufgerufen wie eine lokale Prozedur/lokale Funktion Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 6

7 Zentrale Idee: Schnittstelle Mit einer Schnittstelle beschreibt man den Dienst: den Namen der Prozedur, die Parameter und den Rückgabewert. Eine Schnittstelle entspricht einem Vertrag zwischen Client und Server. Wenn man die Schnittstelle kennt, weiss man auch, wie die Nachrichten zwischen Client und Server aussehen: welche Informationen sie enthalten wie diese Informationen kodiert werden müssen Möglichkeit einer automatischen Erzeugung von Code, der die Kommunikation unterstützt! Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 7

8 IDL IDL Compiler Stub Client Proc RPC Run Time RPC Run Time Stub Server Proc LAN Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 8

9 IDL Stub Client Proc RPC Run Time IDL Compilererzeugt IDL Compiler: den Client Stub den Server Stub RPC Run Time Stub automatisch basierend auf einer Beschreibung in der IDL Server Proc LAN Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 9

10 IDL Stub Client Proc RPC Run Time IDL Compiler Stub im Client: adressiert die Nachricht an den Server RPC Run Time verpackt die Parameterwerte in die Nachricht sendet die Nachricht an den Server LAN verarbeitet die Nachricht (Antwort) vom Server Stub Server Proc Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 10

11 IDL IDL Compiler Stub Client Proc RPC Run Time RPC Run Time: RPC Run Time Stub stellt Laufzeitumgebung und Server Proc Infrastruktur zur Verfügung LAN Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 11

12 IDL Stub Client Proc RPC Run Time IDL Compiler Stub im Server: entpackt die Nachricht vom Client ruft die Funktion/ Prozedur auf sendet Antwort an den Client zurück LAN RPC Run Time Stub Server Proc Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 12

13 RPC: Fehlersemantiken der Client kann ausfallen, nachdem er eine Anforderung geschickt hat der Server kann ausfallen bevor während nachdem er eine Anforderung bearbeitet hat Nachrichten können verloren gehen Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 13

14 Fehlersemantiken (I) Maybe Semantik: man ignoriert die Fehlerfälle und trifft keine Vorkehrungen wenn alles gut geht, wird die Prozedur genau einmal ausgeführt und erhält der Client genau eine Antwort wenn Fehler auftreten, wurde die Prozedur einmal oder keinmal ausgeführt, Client erhält Antwort oder nicht keinerlei Garantien best effort günstig (kein Verwaltungsaufwand) Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 14

15 Fehlersemantiken (II) At-least-once Semantik: Garantie: Prozedur wird mindestens einmal ausgeführt Client setzt nach Aufforderung einen Timer erhält er keine Antwort, wird die Prozedur noch einmal aufgerufen evtl. wird Prozedur mehrfach ausgeführt, evtl. erhält Client die Antwort mehrmals die Prozedur darf nicht zu Zustandsänderungen führen Garantie gilt bei Nachrichtenverlust keinerlei Aussagen, wenn Server ausfällt Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 15

16 Fehlersemantiken (III) At-most-once Semantik: Garantie: Prozedur wird im Server höchstens einmal ausgeführt Garantie gilt, wenn Nachrichten verloren gehen und wenn der Server ausfällt sofern nur Nachrichtenverluste vorliegen: die Prozedur wird genau einmal ausgeführt und ein Ergebnis wird im Client verarbeitet komplexes Protokoll: Nummerierung und Pufferung von Nachrichten Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 16

17 Fehlersemantiken (IV) Exactly-once Semantik: Garantie: sowohl bei Nachrichtenverlusten als auch bei Serverausfall wird die Prozedur in jedem Fall genau einmal ausgeführt Kombination der verschiedenen Möglichkeiten teuerste Semantik Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 17

18 Fehlersemantiken Zusammenfassung Fehlersemantik Fehlerfreier Ablauf Nachrichtenverluste Ausfall des Servers Maybe Ausführung: 1 Antwort: 1 At-least-once Ausführung: 1 Antwort: 1 At-most-once Ausführung: 1 Antwort: 1 Exactly-once Ausführung: 1 Antwort: 1 Ausführung: 0/1 Antwort: 0 Ausführung: 1 Antwort: 1 Ausführung: 1 Antwort: 1 Ausführung: 1 Antwort: 1 Ausführung: 0/1 Antwort: 0 Ausführung: 0 Antwort: 0 Ausführung: 0/1 Antwort: 0 Ausführung: 1 Antwort: 1 Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 18

19 Infrastruktur für RPCs Anforderungen: Auffinden des Servers automatisches Starten der Serverprozesse automatisches Beenden der Serverprozesse Priorisierung von Anfragen Sicherheitsüberprüfungen (insbesondere auch Authentifizierung und Autorisierung) Load-balancing Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 19

20 RPC Binding (I) Beziehung zwischen einem Client und einem Server dynamisches Binden: Client verwendet einen Directory Dienst, um den Server zu finden automatisches Binden: der Client Stub lokalisiert den Server Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 20

21 RPC Binding (II) Wie kann der Server lokalisiert werden? Information ist im Clientcode hart codiert Information ist in einer Konfigurationsdatei oder in einer Umgebungsvariable Anfragen beim Network Directory Service Unterstützung von RPC durch das NOS (Netzwerkbetriebssystem) Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 21

22 Remote Methode Invocation RMI

23 Remote Method Invocation (RMI) Java Sprachelement (ab JDK Version 1.1) setzt Prinzip des RPC um benötigt keine IDL sondern verwendet Java zur Beschreibung des Interfaces Jedes verteilte Objekt muss das Interface Remote implementieren und jede zur Verfügung gestellte Methode kann die Exception RemoteException auslösen. Nach Start muss das Objekt (der Dienst) im Registry eingetragen werden. Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 23

24 Message Oriented Middleware MOM

25 Eigenschaften (I) Message Oriented Middleware (MOM) ist eine Middleware unterstützt die Implementation von verteilten Anwendungen geeignet bei: Toleranz in Bezug auf Antwortzeiten nomadic computing Austausch von nicht-spezifischen Nachrichten mittels Warteschlangen (Queues) in out Queue Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 25

26 Eigenschaften (II) Client und Server kommunizieren über Nachrichten, die in einer Queue abgelegt werden es existiert keine direkte Verbindung Client und Server müssen nicht gleichzeitig aktiv sein keine Anforderungen an die Struktur der Kommunikation: request/reply request Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 26

27 Infrastruktur MOM Produkte müssen Elemente eines Netzwerkbetriebssystems spezifizieren, um Anwendungen zu unterstützen: hierarchische Namensgebung Sicherheitsmechanismen Schicht, um Anwendungen vom Netzwerk zu isolieren Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 27

28 Flexibilität Spezifikation einer Antwort Queue Nachrichten können unterschiedliche Formate aufweisen (ist nicht spezifiziert); format field keine zeitlichen Einschränkungen, Nachricht wird gelesen, wenn der Empfänger sie lesen möchte Sender und Empfänger zeitlich entkoppelt Client wird nicht blockiert bis Server geantwortet hat Auslieferung von Nachrichten kann garantiert werden Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 28

29 Einsatz von Message Queues one-to-many Beziehung many-to-one Beziehung Message Filter, um Messages zu ignorieren oder weiterzuleiten Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 29

30 Eigenschaften von Queues persistent oder nicht persistent kopierender oder entfernender lesender Zugriff lokal oder entfernt i.d.r. kann die max. Anzahl Nachrichten, max. Grösse definiert werden transactional queues Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 30

31 Bewertung wird seit vielen Jahren eingesetzt, stabile und robuste Produkte vielseitig einsetzbar keine zugrundeliegenden Standards; mit Entscheidung für ein Produkt legt man sich auf Dauer fest Kommunikationscode ist in Client und Server zu implementieren neue Entwicklungen: selbstbeschreibende Nachrichten, verbesserte Namenssysteme, grosse Nachrichten Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 31

32 Vergleich: MOM vs. RPC (I) MOM RPC Metapher Brief Telefon Kommunikation asynchron synchron Reihenfolge egal zuerst Server, dann Client Kommunikationsstil gequeued (gepuffert) Anruf - Antwort Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 32

33 Vergleich: MOM vs. RPC (II) Kommunikationspartner erreichbar? MOM nein RPC ja load-balancing ja nein (TPM) Transaktionen unterstützt keine Unterstützung Nachrichtenfilter ja nein Performance eher langsam schnell Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 33

34 CORBA IDL

35 CORBA IDL IDL = Interface Definition Language sie ist rein deklarativ die mit IDL spezifizierten Methoden lassen sich in jeder Sprache, die CORBA Unterstützung bietet, schreiben und aufrufen Ziel: alle Client/Server Middleware und alle Komponenten zu IDLisieren muss Komponenten so spezifizieren, dass die Implementierung als Black Box betrachtet werden kann, von Run-Time Clients, die das Objekt verwenden wollen Entwicklern, die eine existierende Funktion einer Komponente mit Unterklassen erweitern wollen Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 35

36 CORBA IDL kann verwendet werden, um... zu definieren Attribute Klassen, von denen geerbt wird Ausnahmebedingungen (exceptions) Ereignisse (events) Methoden (einschliesslich Input und Output Parameter und deren Datentypen) Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 36

37 Datentypen in CORBA einfach: short, long, long long, unsigned short, unsigned long, unsigned long long, float, double, long double, char, boolean, octet, string, enum, any konstruiert: struct, array, union, sequence Objektreferenzen Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 37

38 Das Modul module <identifier> { <type declarations> <constant declarations> <exception declarations> interface <identifier> {... }; }; Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 38

39 Das Modul entspricht einem Namensraum enthält eine oder mehrere Klassendefinitionen (interface) die Modulvereinbarungen (Typ, Ausnahmen, Konstanten) gelten für alle Interfaces des Moduls. Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 39

40 Das Interface interface <identifier> [:inheritance] { <type declarations>; <constant declarations>; <attribute declarations>; <exception declarations>; }; [<op_type>] <identifier> (<parameters>) [raises exception] [context]; Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 40

41 Das Attribut es existieren 2 Arten von Attributen attribute <Datentyp> <Bezeichner>; readonly attribute <Datentyp> <Bezeichner>; Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 41

42 Die Methode Name der Methode Rückgabewert der Methode Parameter der Methode Ausnahmen (exceptions) der Methode Kontext der Methode oneway und andere Methoden Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 42

43 Der Parameter call-by-value call-by-reference Richtung: in inout out <Richtung> <Datentyp> <Bezeichner> Hochschule Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 43

44 Installation JacORB Installation gemäss Anleitung zum Kompilieren von IDL Dateien: Command-Prompt öffnen Umgebungsvariabeln setzen set_env.cmd ausführen Aufruf: idl <filename.idl> HTA Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 44

45 Aufgaben zur IDL (I) Rechner Beschreiben Sie einen einfachen Rechner. Der Rechner bietet die Funktionen addieren, subtrahieren, multiplizieren, exponieren und dividieren an. 1. Spezifizieren Sie die Methodenaufrufe mit den dazugehörenden Parameter (long) und Rückgabewerten. 2. Spezifizieren Sie ein Attribut, welches sich einen Wert merkt (Memory). 3. Spezifizieren Sie eine division by zero Exception. 4. Deklarieren Sie eine Summe-Methode, welche eine beliebige Anzahl (sequence) Werte summieren kann Beobachten Sie, wie der IDL Compiler die Sequenz in Java umsetzt. HTA Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 45

46 Aufgaben zur IDL (II) Bank Ein Konto besteht aus Kontonummer, Bankname und Inhaberangaben. Erstellen sie eine IDL Schnittstelle zum Verarbeiten von Transaktionen. 1. Spezifizieren Sie eine Struktur für ein Konto. 2. Spezifizieren Sie eine Exception Konto nicht vorhanden. 3. Implementieren Sie ein Interface mit der Methode transact( ), wo zwei Konten und der zu überweisende Betrag übergeben werden. 4. Implementieren Sie mit Hilfe von Struktur und Sequenz (siehe Skript) eine Methode, welche einen Kontoauszug zurückgibt. Beobachten Sie hier, wie der IDL Compiler die Struktur und Sequenz in Java umsetzt. HTA Luzern, V 2.0 Modul SWK - Komponentenarchitektur 2 - P. Sollberger 46