Client/Server-Systeme

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1 Client/Server-Systeme Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Spruth SS 2005 Raum 207, Sand 13 Tel.: , mobil Teil 9 Transaktionsverarbeitung cs 0800 ww6 sch 02-97

2 Probleme mit Stored Procedures Lastverteilung - Leistungsverhalten - Skalierung Prioritätssteuerung High Availability Heterogene Datenbanken, z.b. von unterschiedlichen Herstellern 2 Phase Commit, es können mehrere Datenbanken involviert sein

3 Alternative: Transaktionsmonitor Stored Procedures nur für einfache Aufgaben Bei allen leistungskritischen Anwendungen werden ausschliesslich Transaktionsmonitore eingesetzt. Anwendungen laufen in einem eigenen Adressenraum gesteuert von einem Transaktionsmonitorprozess Ein Transaktionsmonitor ist eine Softwarekomponente, welche den atomaren Charakter vieler gleichzeitig ablaufender Transaktionen sicherstellt. Der TP Monitor stellt die Kernfunktionen für ein Transaktionsverarbeitungssysten bereit. Zu diesen gehören: Message Queuing Lock Verwaltung Log Verwaltung 2-Phase Commit Synchronisation Rollback Funktion Laststeuerung (Load Balancing) cs 0823 ww6 rahm 02-99

4 Beispiel für Transaktionsmonitore BEA Tuxedo (AT&T Novell BEA) DEC ACMS für VMS, Ultrix IBM CICS IBM IMS-DB/DC IBM TPF SAP R/3 Siemens UTM Tandem NonStop Kernel (NSK) / Guardian /Pathway Microsoft Transaction Server (MTS) Corba OTS (Object Transaction Service) EJB JTS (Java Transaction Service) Eigenschaften eines Transaktionsmonitors: hohe Verfügbarkeit kurze Antwortzeit (< 0.3 Sek. erwünscht) geeignet für hohes Verkehrsaufkommen niedrige Kosten pro Transaktion Integrität beim Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen cs 0824 ww6 wgs 02-99

5 Heutige Plattformen Betriebs- Hardware Client Work- Server system station Windows Pentium, x x x AMD Linux alle x x x Solaris Sparc x x HP-UX PA, x x Itanium MAC OS PowerPC x x AIX PowerPC x x OS/400 PowerPC x z/os zseries x (S/390)

6 Einordnung des TP Monitors Klienten TP Daten Anwendungen haltung Middleware, hier TP Monitor Betriebssystem, einschließlichtransport Dienste, z.b. TCP/IP Es wäre denkbar, die TP Monitor Funktion in das Betriebssystem einzubauen. Dies ist z.b. beim HP/Tandem Guardian und beim IBM TPF Betriebssystem der Fall. Ein normales Betriebssystem ist jedoch strukturiert, vor allem Stapelverarbeitung und lang dauernde interaktive Time-Sharing Sitzungen zu unterstützen. Deshalb setzt im Regelfall der TP Monitor als ein einziger Anwendungsprozess auf dem Betriebssystem auf. Hierbei vermeidet der TP Monitor nach Möglichkeit die Nutzung der Betriebssystem Funktionen. Um Leistung und Durchsatz zu optimieren hat er z.b. eigene Message Handling und Queuing Einrichtungen und evtl. (z.b. bei CICS) sein eigenes File System. cs 0829 ww6 wgs 02-99

7 cs 0826a ww6 wgs 09-00

8 Eingabe Queue enqueue dequeue Queue Transaktions Manager Verarbeitung Klient dequeue enqueue Ausgabe Queue Queue Manager Server Jede einzelne Transaktion wird in 3 Subtransaktionen aufgelöst, die alle eigene ACID Eigenschaften haben. Subtransaktion 1 nimmt die Eingabenachricht entgegen, stellt sie in die Eingabe Queue, und commits. Subtransaktion 2 dequeues die Nachricht, verarbeitet sie, stellt das Ergebnis in die Ausgabequeue, löscht den Eintrag in der Eingabequeue und commits. Subtransaktion 3 übernimmt das Ergebnis von der Ausgabequeue, übergibt das Ergebnis an den Klienten, löscht den Eintrag in der Ausgabequeue und commits. Ein separater Queue Manager ist optimiert für diese Aufgabe. es 1159 wgs 08-00

9 Komponenten eines TP Monitors Endbenutzer kommunizieren mit dem TP Monitor mit Hilfe von Nachrichten. Presentation Services bilden die Datenausgabe auf die GUI des Benutzers ab. Eingabe-Nachrichten werden mit einer trid (Transaktions ID) versehen und in einer Warteschlange gepuffert. Aus Zuverlässigkeitsgründen muß diese einen Systemabsturz überleben. Eine ähnliche Warteschlange existiert für die Ausgabe von Nachrichten. Der Scheduler verteilt eingehende Bearbeitungsanforderungen auf die einzelnen Server Prozesse. Ein TP Monitor bezeichnet seine Server Prozesse als Ressource Manager. Es existiert ein Ressource Manager pro (aktive) Anwendung. Ressource Manager sind multithreaded; ein spezifischer Ressource Manager für eine bestimmte Anwendung ist in der Lage, mehrere Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten. Der Lock Manager blockiert einen Teil einer Datenbanktabelle. In Zusammenarbeit mit dem Datenbanksystem stellt er die Isolation der ACID Eigenschaft sicher. Der LOG Manager hält alle Änderungen gegen die Datenbank fest. Mit Hilfe der Log Datenbank kann der Recovery Manager im Fehlerfall den ursprünglichen Zustand der Datenbank wiederherstellen (Atomizität der ACID Eigenschaft). In dem Repository verwaltet der TP Monitor Benutzerdaten und -rechte, Screens, Datenbanktabellen, Anwendungen sowie zurückliegende Versionen von Anwendungen und Prozeduren. cs 0827 ww6 wgs 02-99

10 TP Repository Andere Bezeichnung: Katalog, Dictionary Katalogisiert: Benutzer Workstation IDs (Terminal IDs) Screens Anwendungen Prozeduren Tabellen Z.B. Hinzufügen eines Feldes in einen Screen ändert Client software, Server Schnittstelle, fügt eine weitere spalte in eine SQL Tabelle ein,...

11 SABRE Flugplatzreservierungssystem zentraler Verarbeitungsablauf cs 0922 ww6 wgs

12 Backward Recovery Der Transaktionsmonitor stellt sicher, daß im Fehlerfall der teilweise Ablauf einer Transaktion rückgängig gemacht wird, und daß alle abgeänderten Felder einer Datenbank wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückbersetzt werden. Andere Bezeichnungen: backout rollback abort cs1026 ww6 wgs 02-97

13 Plattenspeicher Zwischenpuffer In LOG File 5 übernehmen, 1 dann löschen ack 2 abzuändernde commit Datensätze zu schreibende Daten Hauptspeicher Backward Recovery Andere Bezeichnungen: backout, roll back abort 1. abzuändernde Information in Puffer zwischenspeichern 2. Datensätze überschreiben 3. Commit Status festhalten. Damit ist es geschehen 4. erfolgreiches Commit dem Benutzer mitteilen 5. Zwischenpuffer löschen css1010 ww6 wgs 02-97

14 Log File Concept Log is a history of all changes to the state. Log + old state gives new state Log is a sequential file Complete log contains entire history of Data BaseCurrent state is just a "cache" of the log record When transaction commits Put it s log in a durable place (duplexed disk) Need log to redo transaction in case of failure System failure: lost in-memory updates Media failure (lost disk) This makes transaction durable. In case of system failure, Reapply log of all committed transactions Force-at-commit insures log will survive restart. Then UNDO all uncommitted transactions

15 Flat Transaction start_transaction { beginwork ( ); if no_error commit ( ) else rollback ( ) ; } cs 0822 ww6 rahm 02-99

16 Transaction Transaction Transaction # 1 #2 #3 Begin Begin Begin Trans. Trans. Trans. Commit Commit Commit Flat Transaction Alle Arbeit innerhalb einer Flat Transaction findet auf der gleichen Ebene statt. Die Transaktion überlebt entweder mit allen Teilfunktionen (commit) oder es erfolgt ein rollback einschließlich aller Teilfunktion (abort). start_transaction { beginwork( ); if no_error commit( ) else rollback( ) ; cs 0855 ww wgs 12-99

17 Logical Unit of Work LUW Aktion 1 Aktion 2 Aktion 3 Aktion 4 Aktion 5 Aktion 6 Start Transaktion Ende Transaktion LUW 4 LUW 3 LUW 2 LUW 1 Aktionen sind Bausteine, aus denen der (zeitliche) Arbeitsablauf eines Resource Managers (Server) besteht. Nicht geschützte (unprotected) Aktionen haben keine ACID Eigenschaften. Geschützte (protected) Aktionen haben ACID Eigenschaften und werden als Logical Unit of Work (LUW) bezeichnet. Teilweise abgeschlossene LUW s können rückgängig gemacht werden. Reale (real) Aktionen beeinflussen die physikalische Umwelt auf eine Art, die nur schwer oder garnicht rückgängig zu machen ist (roll back). Beispiele: Ein Loch bohren, Geldausgabe am Automaten, vertrauliche Daten an den falschen Empfänger senden. ACID Eigenschaften für reale Aktionen mögen schwierig oder unmöglich zu implementieren sein. cs 0842 ww6 wgs 05-97

18 Transaktion A LUW Start der Ende der Transaktion Transaktion (Syncpoint) LUW LUW LUW LUW Transaktion B Start der Syncpoint Syncpoint Syncpoint Ende der Transaktion Transaktion (Syncpoint) Logical Units of Work (LUW) und Syncpoints Andere Bezeichnungen für Syncpoints: Commit points bzw. Save Points Syncpoints bewirken, daß BACKOUT bzw. ROLLBACK die Transaktion nur bis zu dem letzten, erfolgreich abgeschlossenen Syncpoint zurücksetzt. cs 0903 ww wgs 02-97

19 LUW Backout cs 0905 ww wgs 02-97

20 1. Darlehnskonto abrechnen, Saldo um Tilgungsrate verändern 2. Tilgung und Zinsen im laufenden Konto (Kontokorrent) auf der Sollseite buchen 3. Globales Limit überprüfen 4. Bilanzpositionen (Konten) 5. G+V Positionen (Gewinn- und Verlust Konten) 6. Zinsabgrenzung monatlich für jährliche Zinszahlung 7. Bankmeldewesen (ein Kunde nimmt je DM bei 10 Banken auf, läuft am Stichtag) Zeit Abarbeitung in Reihenfolge evt. keine Sync Points erforderlich cs 0898 ww6 wgs 12-99

21 Buchungsvorgänge, monatliche Kreditabrechnung 1. Darlehnskonto abrechnen, Saldo um Tilgungsrate verändern 2. Tilgung und Zinsen im laufenden Konto (Kontokorrent) auf der Sollseite buchen 3. Globales Limit überprüfen 4. Bilanzpositionen (Konten) 5. G+V Positionen (Gewinn- und Verlust Konten) 6. Zinsabgrenzung monatlich für jährliche Zinszahlung 7. Bankmeldewesen (ein Kunde nimmt je DM bei 10 Banken auf, läuft am Stichtag) Kunde Nr Buchungsvorgang Beispiel: 3 Schritte 1-3 als 1 Transaktion Schritte 4-7 :. Zwischenergebnisse persistent speichern cs 0879 ww6 wgs 12-99

22 Main Transaction Zeit von auf update Konto 1 Konto 2 history abbuchen zubuchen start 2 phase transaction commit TP TP TP Monitor Monitor Monitor Oracle DB2 Sybase Database Database Database Distributed Flat Transaction cs 0853 ww6 wgs 12-99

23 Zwei-Phasen-Festübergabe Two-phase Commit Erforderlich bei der gleichzeitigen Änderung mehrerer Datenbanken, z.b. Banküberweisung von Bank A nach Bank B Elektronisches Clearinghaus sendet Nachrichten an beide Banken Problem, wenn entweder Abbuchung oder Gutschrift nicht erfolgt Daher atomare Transaktionen erforderlich Konsistenz wird erreicht durch einen Master (Commit- Koordinator), der die Arbeit von Slaves überwacht Clearinghaus übernimmt Rolle des Master, die beiden Banken sind Slaves. Two-phase-Commit-Protokoll stellt sicher, daß Abbuchung und Gutschrift entweder beide erfolgen, oder beide nicht erfolgen Slave #1 Slave #2 Datenbank A Datenbank B Abbuchung Gutschrift Konto Nr. xxx Konto Nr. yyy Commit Coordinator Master css1011 ww6 wgs 02-97

24 Master Slave Begin atomic action Send Request 1... Send Request n Send Prepare to commit if all slaves said OK then send Commit else send Rollback Wait for acknowledgements if action can be performed then begin Lock data Store initial state on disk Store requests on disk Send OK end else Send Failure if master said commt then begin Do work Unlock data end Send Acknowledgement 2-Phase Commit Protokoll cs 0938 ww6 nach Tanenbaum wgs 12-01

25 2-Phase Commit Protokoll cs 0953 ww 6 wgs 12-04

26 cs 3023 ww6

27 IBM Transaction Processing Facility TPF Eigenständiges Betriebssystem, erlaubt nur eine einzige Anwendung: Transaktionsverarbeitung Hervorgegangen aus dem SABER (SABRE) Flugplatzreservierungssystem (American Airlines, 1959). Später umbenannt in SABRE ACP TPF Keine Einrichtungen für Softwareentwicklung (erfolgt auf einem anderen Rechner) Run-to-Completion (non-preemptive) Scheduler/Dispatcher Betriebssystem Aufruf erfordert ca. 500 Maschinenbefehle E/A Operation erfordert etwa Maschinenbefehle > Transaktionen/s Anwendungen: Flugplatzreservierung (Amadeus) Geldausgabeautomaten Kreditkartenverifizierung cs 0819 ww6 wgs 02-99

28 Implementierung eines Transaktionsmonitors Operationen über Adressraumgrenzen hinweg benötigen Millisekunden Operationen im gleichen Adressraum benötigen Mikrosekunden-Bruchteile Ein Faktor Geschwindigkeitsunterschied ist möglich Deshalb läuft der vollständige Transaktionsmonitor häufig im Problemstatus (z.b. CICS). Dies erfordert stabile Anwendungen, da alle Steuerfunktionen nicht geschützt sind Bei der IBM TPF (Transaktion Processing Facility, ehemals ACP und SABRE) laufen Anwendungen, Transaktionsmonitor und Überwacher gemeinsam alle im Überwacherstatus css1008 ww6 wgs 02-97

29 Anwendungen API Transaction Database Processing Management Monitor System DBI Kernel Unabhängiger Transaktionsverarbeitungs-Monitor TP Monitor und Datenbank-System laufen in getrennten virtuellen Adressenräumen Beispiele : CICS, SAP R/3 Anwendungen API Transaction Database Processing Management Kernel Transaktionsmonitor und Datenbank-System sind in den Kernel integriert Beispiel: TPF Betriebssystem-Schnittstelle cs 0906 ww wgs 02-97

30 Die wichtigsten Programmiersprachen C/C++ Java Cobol Visual Basic (in Microsoft Umgebungen) Fortran (für wissenschaftliche Anwendungen) Die wichtigsten Script Sprachen Tcl/Tk Perl PHP REXX cs 2855 ww6 wgs 04-02

31 Percent of of Global 2000 enterprises worldwide using various programming languages At year-end 2001, Gartner conducted a series of surveys at its worldwide Symposia in USA, Orlando, Asia/Pacific, Europe, and Japan Approximately 70 percent of enterprises use Java to develop new code. The same number use Visual Basic. There are twice as many professional VB developers as professional Java developers. Approximately 45 percent of survey respondents reported that they use COBOL; another 45 percent use C++ (and C). COBOL is used mainly for legacy application enhancement and integration with newly developed applications, mostly in Java. Es 1020 ww6 wgs 02-03

32 Cobol COBOL is for morons. (Edsger Dijkstra) The use of COBOL cripples the mind; its teaching should, therefore, be regarded as a criminal offence. (Edsger Dijkstra) With respect to COBOL you can really do only one of two things: fight the disease or pretend that it does not exist. (Edsger Dijkstra) Cobol has almost no fervent enthusiasts. As a programming tool, it has roughly the sex appeal of a wrench. (Charles Petzold) COBOL: (Synonymous with evil.) A weak, verbose, and flabby language used by card wallopers to do boring mindless things on dinosaur mainframes es0905 ww6 wgs 10.02

33 The Significance of COBOL 75% of all business data is processed in COBOL. - Gartner Group There are between 180 billion and 200 billion lines of COBOL code in use worldwide. - Gartner Group This represents over 60 percent of the world s computer code. Existing legacy systems are predominantly written in COBOL. 15% of all new applications (5 billion lines) through 2005 will be in COBOL. - Gartner Group CICS transaction volume (such as COBOL-based ATM transactions) grew from 20 billion per day in 1998 to 30 billion per day in The Cobol Report Replacement costs for COBOL systems, estimated at $25 per line, are in the hundreds of billions of dollars. - Tactical Strategy Group "Integration with Legacies" is the number one concern of IT managers in Gartner Group There are over 90,000 COBOL programmers in North America in Over the next four years there will be a 13% decrease in their number due to retirement and death. - Gartner Group The most highly paid programmers in the next ten years are going to be COBOL programmers who know the Internet. - GIGA Group Gartner Inc., From the Dustbin, Cobol Rises, 2001 Reprinted in Microfocus Outlook, COBOL Technology and Contemporary Business Systems, May cs 0944 ww6 wgs 03-03

34 Informatik Spektrum Band 26, Heft 2, April 2003 cs 1029 ww6 wgs 05-03

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