Serverseitige Technologien. Web Site Engineering, Vorlesung Nr. 3

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1 Serverseitige Technologien Web Site Engineering, Vorlesung Nr. 3

2 Übersicht Allgemeine Funktionsweise/ Servertypen Existierende Server Konfiguration und Anwendung Ressourcen Programmierung am Server Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 2

3 Ablauf: Anfrage/Antwort 1. Client: eindeutig bestimmte Anfrage einer Ressource (URL) 2. Server: Auswertung der Anfrage Lokalisierung, Generierung, Bearbeitung Übertragung an Client 3. Client: Interpretation, Darstellung, Speicherung, Ausführung der Ressource Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 3

4 Server: Funktionale Sicht 1. Warten auf Anfragen 2. Interpretieren von Anfragen 3. Bearbeiten von Anfragen 4. Beantworten von Anfragen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 4

5 Servertypen 1. Start on request vs. permanenter Betrieb 2. Nebenläufigkeit a) Nicht nebenläufige Server Nur eine Anfrage auf einmal Nur für Spielzeug-Anwendungen verwendbar! b) Nebenläufige Server Multi-Prozess-Server Prozess-Pool-Server Multi-Thread-Server Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 5

6 Multi-Thread/Process-Server Server als Endlosschleife 1. Warten auf Verbindungswunsch 2. Akzeptieren der Verbindung 3. Erzeugen eines Threads/Prozesses Thread/Prozess 1. Anfrage interpretieren 2. Anfrage bearbeiten 3. HTTP-Antwort erzeugen und übermitteln 4. Terminieren Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 6

7 Designaspekte Skalierbarkeit Viele Clients gleichzeitig Hohe Anfragerate Große Datenmengen (Durchsatz, Speicherung) Laufzeitverhalten Konfigurierung während der Laufzeit Speicherverwaltung, Speicherlöcher, Garbage Collection Uptime Caching im Server Sessionfähigkeit Entwicklungsumgebungen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 7

9 Beispiele für Server 1. Jigsaw 2. Apache 3. Microsoft Internet Information Server 4. Netscape Enterprise Server/ iplanet Web Server 5. WebSite (NT, High End) 6. WebStar (Mac) 7. Zeus (Unix, Performanz) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 9

10 Serverstatistik: Hosts 1,36% 2,08% 7,47% Apache Microsoft Zeus iplanet Sonstige 29,18% 59,91% Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 10

11 Serverstatistik (2): Entwicklung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 11

12 Serverstatistik (3): Betriebssysteme 20,35% 1,36% 35,73% 21,24% 21,32% Linux Microsoft Solaris Sonstige Unbekannt Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 12

13 Jigsaw W3C Nachfolger von httpd [W3C 1999] Pure Java-Implementierung Objektorientiert, beliebiges OS Demonstration der Technologie Administration über HTML-Formulare Vollständige Umsetzung von HTTP 1.1 Fehlende Features (z.b. virtuelle Hosts) Hervorragende Dokumentation Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 13

14 Apache Allzweckwaffe Freier Webserver (Open Source): Versionen für Unix, OS/2, neuerdings für Windows NT Schnell und robust Unterstützung von HTTP 1.1 Multiprozess-Server, Version 2 multithreaded Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 14

15 Apache (2) Viele Möglichkeiten zur Konfiguration über Konfigurationsdateien Server API, SSI/PHP-Unterstützung, Servlet- Engine: Tomcat Modulare Implementation, viele Zusatzmodule Kein GUI Professioneller Service von Dienstleistern Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 15

16 Microsoft Internet Information Server Kostenloser Webserver, integriert in andere Server: Windows NT 4.0, Windows 2000 Server, Windows.NET Server 2003 Unterstützung von HTTP 1.1 Server-API Viele Möglichkeiten zur Konfiguration Konfiguration und Administration mit GUI Unterstützung von ASP Stabilitätsprobleme Dürftige Dokumentation Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 16

17 Netscape Enterprise Server/ iplanet Web Server Sehr hohe Performanz Volle Unterstützung von HTTP 1.1 Viele zusätzliche Features Versions- und Rechteverwaltung SSL-Unterstützung Integrierte Suchmaschine Unterstützung von Server-Farmen Versionen für Unix und Windows NT Hoher Preis Komplexität Schlechte Dokumentation Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 17

19 Konfiguration von Webservern Lokal vs. remote GUI vs. Konfigurationsdatei (einfache Bedienung vs. Übernahme bestehender Konfigurationen) Rechte und Sicherheit Datei-/Medientypen Granularität der Konfiguration (Dateiebene, Verzeichnisebene, Server) Performanz/Tuning Erweiterung/Programmierung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 19

20 Virtuelle Hosts Ein Server bedient verschiedene Domains (1:n, evtl. auch m:n) Vorteile Verringerung des Konfigurations- und Wartungsaufwands Load-Verteilung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 20

21 Virtuelle Hosts (2) IP-basiert Server bedient verschiedene IP-Adressen Nachteile Verschwendung von IP-Adressen Router und OS können nur mit begrenzter Anzahl von IP- Adressen auf einem Rechner arbeiten Nicht-IP-basiert (ab HTTP 1.1) Zusätzliche Übergabe des Domain-Namens im host header field Gleiche IP-Adresse Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 21

22 Sitzungskonzepte HTML und HTTP gedächtnislos Zustandsspeicherung nötig URL Codierung der Zustandsinformation in URL z. B. session identity Hidden variables Formulare mit zusätzlichen versteckten (hidden) Variablen Zustandsinformation oder Referenz für Server Cookies Personalisierung von Web-Services Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 22

23 Verfügbarkeit Ausfallgründe Serverausfall Hardware, Betriebssystem Softwareausfall Webserver-Software, Module, Datenbanken Anfragelast Niedrige Netzwerk-Bandbreite, niedrige Serverleistung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 23

24 Verfügbarkeit (2) Lösungen für Serverausfall/Softwareausfall Redundanz in Hardware, Software, Personal Server-Cluster Überwachung der Systeme (z.b. Antwortzeit, Vollständigkeit der Antwort) der Umweltbedingungen (z.b. Temperatur) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 24

25 Verfügbarkeit (3) Lösungen für Anfragelastprobleme Verteilen der Domain auf mehrere Sub-Domains Geographische Verteilung von Servern Server-Cluster Minimierung der mittleren Antwortzeit Erhöhung der Ausfallsicherheit Bewältigung der hohen Anfragefrequenz Strategien für Load Balancing: Round Robin, Last anziehen, Last abstoßen Caching-Strategien Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 25

26 User Tracking - Server Logs Logfiles von Webservern Protokollierung der Zugriffe und Fehler Verwendung Überwachung, Statistik, Prognosen Wartung Analyse des Benutzerverhaltens Verschiedene Standardformate: CLF (Common Logfile Format),... Software zur Analyse Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 26

28 Ressourcen Eindeutige Referenzierung der Ressourcen (URL-Pfad) Statische Ressourcen: Statische (und statisch generierte) WWW-Seiten Dynamische Ressourcen: Datenbanken, Applikationen,... Unterscheidung der Verarbeitung durch URL- Pfad Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 28

29 Statische Ressourcen Dateien für Server zugreifbar (Dateisystem) Statische Dokumente oder Dateien Dokumente/Dokumentteile HTML-Seiten, Bilder Browserskripte JavaScript, VBScript, ECMAScript,... Programme Java Applets, ActiveX,... Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 29

30 Statische Ressourcen (2) :HE&OLHQW :HE6HUYHU 6WDWLVFKH5HVVRXUFH 'DWHLV\VWHP Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 30

31 Dynamische Ressourcen Dynamisch erzeugte Dateien Zugriff über andere Systeme (z. B. Datenbank) Beliebiger Inhalt (z.b. HTML, Bilder, Script-Code, Streams) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 31

32 Dynamische Ressourcen (2) $SSOLNDWLRQ :HE&OLHQW :HE6HUYHU $3, $SSOLNDWLRQ &*,3+3 'DWHLV\VWHP 'DWHQEDQN Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 32

33 Dynamische Ressourcen (3) URL-Pfad löst aus: 1. Programmanstoß/Skriptausführung mit Parameterübergabe 2. Seiteneffekte 3. Datenbankabfrage 4. Generierung von Ressourcen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 33

35 Programmierung am Server 1. Innerhalb von HTML-Seiten a) SSI (Server Side Includes) b) Server Side Scripting: ASP, PHP, JSP, ColdFusion, ihtml, Programme a) Neuer Prozess: CGI (Common Gateway Interface) b) Im Server: Servlets, FastCGI c) Proprietäre Server-APIs 3. Spezielle Server (spezielle Anwendung, Optimierungen,...) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 35

36 Server Side Includes (SSI) Angereichertes HTML Parsing und dynamische Ersetzung von Zeichenketten Lieferung von reinem HTML Verwendung Inkludierung von Dokumentteilen (Header, Footer,...) Füllung von Variablen (Datum, Dateigröße) Erzeugung von Inhalt durch Befehlsausführung (Sicherheitsproblem!) Verwendung z.b. im Apache-Server Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 36

37 SSI Server Side Scripting Programme werden nicht im Quelltext übertragen (im Gegensatz zu Browserscripten) Schutz der eigenen Programme und Algorithmen vor unerlaubtem Kopieren (im Gegensatz zu Client Side Scripting) Browser braucht keine Scripting-Fähigkeiten Erweiterung des SSI-Konzepts zu einer vollständigen Skriptsprache Beispiele: Hypertext Preprocessor (PHP), Active Server Pages (ASP), Java Server Pages (JSP), Cold Fusion Markup Language (CFML) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 37

38 PHP (Hypertext Preprocessor) Serverseitige Skriptsprache Kontrollstrukturen, getypte Variablen, Arrays, String- Funktionen Verfügbar für verschiedene Server (Apache, Netscape) Einfache Integration von Systemfunktionen und Dateizugriffsfunktionalität Stringmanipulation Datenbankzugriff Medientypen (z.b. Manipulation von Bildern, PDF, XML, ZIP,...) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 38

39 PHP (2) Syntax ähnlich zu C, Perl, Java Eingebettet in HTML-Syntax Einfaches Beispiel: <?php if($a==10) {?> <b>a ist 10</b> <?php } else {?> <b>a ist nicht 10</b> <?php }?> Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 39

40 CGI (Common Gateway Interface) Spezifikation der Datenübertragung zwischen Client und Server Verwendung zum Programmstart und zur Datenbankanbindung Bearbeitung durch server-externes Programm Beliebige Programmiersprache (z.b. PERL, C, C++,...) CGI-Programm wird jeweils separat gestartet (eigener Prozess) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 40

41 CGI (2) Verwendung in Formularen Erfassung von Daten Ziel-URL des CGI-Programms im ACTION-Tag Übertragung von Attribut-/Wertpaaren Übertragungsmethoden PUT: Parameter im Request-URL POST: Parameter im Request-Body Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 41

42 Servlets Programme am Server Web-Server verfügt über Java Virtual Machine Servlet-Interface Generierung von HTML durch Servlets Servlet-Bibliotheken Anfrage-, Antwort-Objekte, Cookies, Session Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 42

43 Servlets (2) Interaktion mit Client Servlet hat URL-Pfad- Bereich Persistente Objekte Byte-Code wird im Server interpretiert Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 43

44 JavaServer Pages (JSP) Antwort von SUN auf Microsofts ASP Java-Syntax Kombination der Skript- und Servlet-Idee Von Engine in Servlets kompilierter Bytecode spezielles Servlet Aufruf eigener oder externer Java- Klassenbibliotheken (Beans) (Mögliche) Trennung von Darstellung und Logik Programmierung und HTML-Design Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 44

45 Server APIs Analogie zu Plug-ins am Client Anpassung des Servers Nutzung spezieller Funktionen und Eigenschaften des Servers Schnell System- und sprachabhängig Beispiele NSAPI ISAPI Apache API, Apache-Module Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 45

46 Performanz/Load Vergleichskriterien zur Programmierung Portierbarkeit/Sprachabhängigkeit Verwendung heute/zukünftig Sicherheit Aufwand Erfahrung/Verwendung existierender Bibliotheken Standardisierung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 46

47 Vor-/Nachteile: CGI Vorteile Universelle Verwendung Unabhängigkeit vom Server Schnelle Prototypentwicklung Bewährte Technologie Nachteile Geschwindigkeit Sicherheit Hoher Aufwand für große Projekte Keine Trennung zwischen Design und Funktionalität Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 47

48 Vor-/Nachteile: PHP Vorteile Einfache Erlernbarkeit Geschwindigkeit Einbettung in HTML Einfache Datenbankanbindung durch direkte Unterstützung von APIs Freie Software Nachteile Aufwändige Installation Spezielle, nirgendwo anders verwendbare Sprache Teilmenge der Funktionalität anderer Programmiersprachen. Unkomfortable Kommunikation mit anderen Applikationen Wenig komfortables Debugging Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 48

49 Vor-/Nachteile: Servlets/JSP Vorteile Trennung von Logik, Information und Darstellung (Model, View, Control) Geschwindigkeit zur Laufzeit Nutzung von Java-Bibliotheken Nutzung in vielen Application Servern Einheitliche Programmiersprache, gute Entwicklungsumgebungen, gute Möglichkeiten zur Fehlerbehandlung Nachteile Installation Ressourcenverbrauch Langsamer Start Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 49

50 Zusammenfassung Träger: Programme oder HTML Skripte oder Programme Entscheidung nach Komplexität Geschwindigkeit, Ressourcenbedarf Standardkonformität, Dauerhaftigkeit Modellierungsmöglichkeiten Erlernbarkeit Aufwand (Erstellung, Wartung, Wiederverwendbarkeit) persönlichen Vorlieben Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 50

51 Application Server Motivation: Tendenz von der reinen Informationslieferung zur Anbindung von Anwendungen Problemstellung und Zielsetzung Starke Interaktion zwischen verteilten Clients und Datenspeichern im Back-End (E-Commerce) Heterogene Systeme wie Kunden-Datenbanken, Geschäfts-Applikationen oder Legacy Applications Schnelle Realisierung von Projekten mit Hilfe von vorgefertigten Elementen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 51

52 Application Server (2): Charakteristika Brücke zwischen IT und Web-Entwickler Verbindung von Datenbank und Benutzer (Web-Server) Trennung von Logik, Darstellung, Auslieferung 3-Schichten-Architekturen Präsentations-Logik: HTML, XML, JavaScript Applikations-Logik: Java, C/C++, Enterprise JavaBeans (EJB), Servlets, JavaServer Pages Daten-Logik: SQL, EJB Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 52

53 Application Server (3) Bestandteile Entwicklungsumgebung Laufzeitumgebung Schnittstellen (Web-Server, DB,...) Aufgaben (heterogen!) Datenbankzugriff Ausführen von Prozessen HTML-Generierung Authentifizierung Zustands-, Session- und Transaktions-Management Optimierungen (Datenbankzugriff oder Thread Pooling), Load Balancing und Ausfallsicherheit... Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 53

54 Application Server (4): Vorteile Einfache Softwareverteilung Skalierbare Server-Ressourcen Anbindung an unterschiedliche Legacy-Systeme Unterstützung aller relevanten DB-Systeme Vorhandene Sicherheitsmechanismen Investitionsschutz Klare Schnittstellen nach außen Einfache Portierung auf andere Application Server Transaktionsmanagement Baukastenprinzip, integrierte Dienste Komfortable Entwicklungsumgebungen mit Rapid Prototyping Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 54

55 Application Server (5) Beispiele WebSphere (IBM) ColdFusion (Macromedia) Enhydra (Lutris) Jakarta Apache/Tomcat (Apache Software Foundation)... Übersicht zu Application Servern Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 55

56 Literatur Wilde, E. Wilde s WWW. Springer, Berlin, 1999 Server-Statistik: Server-Vergleich: Server-Side-Techniken: ihtml: PHP: W3C; Jigsaw: Servlets: Greenspun, P. Philip and Alex's Guide to Web Publishing. Martin Klarner, Informatik 8 VORL 3/Folie 56