Problemstellung. Torsten Kröger. Problemstellung Wartung. Resource-manager als Lösung? Lösung mit Middleware. Was ist eine Middleware?

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1 Problemstellung Rechner 3 Rechner 2 S4 C6 S6 C5 C7 C8 C4 Rechner 1 Realzeitfähige Middleware-Konzepte S5 C1 S7 C2 S3 S2 Torsten Kröger Technische Universität Braunschweig Rechne(a,b) = S1 Welcher kann Dienst ausführen Wo befindet sich der Wie kann er angesprochen werden Wie sieht die Schnittstelle aus C3 Resource-manager als Lösung Problemstellung Wartung Rechner 3 Rechner 2 QNX-Knoten 1 Willy QNX-Knoten 2 Klaus S4 C6 C5 C8 C4 Prozess1. Welcher kann Dienst ausführen manager ProzessZuordnung Dienst und muss bereits bekanntmanager sein. 2. Wo befindet sich der Information ist teilweise im Pfad enthalten. Qnet Qnet Wie kann er angesprochen werden Message-passing, Nachrichtenkanäle Wie sieht die Schnittstelle aus Nachrichten orientiert S6 Rechner 1 S5 C1 C7 S7 C2 S3 S2 Rechne(a,b) = ser1 S1 C3 Sneuersetzt S3 und S7 open(/net/klaus/dev/ser1,...) Lösung mit Middleware S4 C6 C5 S6 C8 C4 Rechner 1 Middleware S5 C1 Was ist eine Middleware Rechner 3 Rechner 2 Anwendungsunabhängige Technologie, die Dienstleistungen zur Vermittlung zwischen Anwendungen anbieten, so dass die Komplexität der zugrundeliegenden Applikationen und Infrastruktur verborgen wird (W. Ruh, Enterprise Application Integration. Wiley, 21). C7 S7 C2 S3 S2 Rechne(a,b) = Für Anwender ist nur noch die Frage Nr. 4 Wie sieht die Schnittstelle aus relevant. S1 C3 Sneuersetzt S3 und S7 aus: Andrew S. Tannenbaum and Maarten van Steen. Distributed Systems, Prentice Hall, 22. 1

2 Beispiel: Robotersteuerung Module einer Robotersteuerung Bahnplanung Anwendungen Netzwerk Seriell Interaction Alternative Lösungen Sensoren Anforderungen an die Middleware Bekannte Middlewareentwicklungen Resourcenverwaltung DCE der Open Software Foundation Verwaltung von Redundanzen Erledigung aller Kommunikationsschritte DIS/HLA des US-Militärs einfache Bedienbarkeit OSACA Unterstützung des -/- und DCOM von Microsoft CORBA der Object Management Group (OMG) Publish-/Subscribe -Kommunikationsmodell sehr kleine Latenzzeiten RT-CORBA sehr kleines Jittern RTI Data Distribution Service (ehem. NDDS) hoher Datendurchsatz... zentrale Deadlockvermeidung Modulaustausch zur Systemlaufzeit CORBA (Common Object Request Broker Architecture) Eine Kurzübersicht IDL Stubs ORB IDL Skeletons Dynamic Skeleton Quelle: Douglas C.Schmidt, Mayur Deshpande, and Carlos O Ryan: Operating System Performance in Support of Realtime Middleware, 7th IEEE Internatiol Workshop on Objedct-oriented Real-time Dependable Systems (WORDS 2), San Diego, California, 22 Object Adapter ORB (Object Request Broker) TAO Performance Object Implementierung Dynamic Invocation Verwendete CPU: 866 MHz Intel Pentium III 2

3 DCOM Eine Kurzübersicht DCOM Eine Kurzübersicht COM-Objekt InProc-Objekt InProc- Remote Rechner Referenz auf COM- VTBL Ref. auf Funktion 1 Ref. auf Funktion 2 Ref. auf Funktion 3 Ref. auf Funktion 4 COM-Objekt Daten Ausführbarer Objektcode Funktion 1 Funktion 2 Funktion 3 Funktion 4 Local-Objekt Proxy Stub LRPC COM prozess Remote-Objekt Proxy Local-Objekt COM Local- Local-prozess RPC Stub Remote-Objekt COM Remote- Remote-prozess Architekturübersicht Nachrichten Seriell Parallel Mobil Interaction Object Trajectory- Bahnplanung Generator Anwendungen Netzwerk Controller Controller Controller Sensoren 8 Bytes Absender 1 Byte Typ Node ID GENERAL PID Socket _BLOCK ID GET_ Channel ID POLL_ COMOBJECT CONTROL INVALID MSGUNKN 4 Bytes Länge 1 Byte Priorität 1 Byte Typ n Bytes Nachricht 4 Bytes Länge m Bytes Parameter m-5 Bytes Parameter Funktionsweise Funktionsweise Verstehe Stellgröße GetPosi Stellgröße GetPosi Verstehe Nachricht Stellgröße GetPosi Stellgröße GetPosi Nachricht Stellgröße GetPosi Zero++ Programm Anwenderprogramm

4 Funktionsweise Repetitorium: QNX Interprozesskommunikation Stellgröße GetPosi MsgReply() oder MsgError() SEND blockiert Kollisionsschutz Kollisionsschutz Stellgröße GetPosi Verstehe Nachricht Stellgröße GetPosi Zero++ Programm RECEIVE blockiert MsgSend() MsgReceive() lokaler Thread anderer Thread READY MsgSend() MsgReply() oder MsgError() MsgReceive() REPLY blockiert Publish-/Subscribe -Kommunikationsmodell Limitierung Publisher Monitor Bahnplaner Monitor COMOBJECT, "Sollwert" CONTROL, "reserve_msg", "Sollwert" COMOBJECT, "Sollwert" INVALID CONTROL, "release_msg", "Sollwert" Blockierender Request 1 1 COMOBJECT, "Rechne" Blockierender Request mit redundanten n _BLOCK, "Rechne" Sever1 Sever2 Sever3, "Rechne" _BLOCK, "Rechne", "Rechne" verwirft redundante Antworten.

5 Asynchroner Request Beantwortung asynchroner Requests COMOBJECT, "Rechne" GET_, id=1 COMOBJECT, "Suche", "Rechne", id=1, "Rechne" POLL_, id=2 WAIT POLL_, id=2, "Suche", id=2, "Suche" WAIT, "Suche" POLL_, id=2, "Suche" Beantwortung asynchroner redundanter Requests abmelden Sever1 Sever2 Sever3 GET_, id=1, 2. Antwort GET_, id=1 1 liefert als zweiter die Antwort. Sie wird an den weitergeleitet. ruft die Antwort mit der id 1 ab. Da keine Antwortreihenfolge angeben wurde, wird die Antwort des 2 verwendet. Alle übrigen Antworten werden verworfen. 2 liefert als erster die Antwort. Sie wird zunächst zwischengespeichert. 1 1 CONTROL, "logoff" CONTROL, "logoff" 2 Starten von Prozessen Zyklische Blockaden 1 CONTROL, "start", "make all" new make CONTROL, "start", "1" new 1 / / (wartet) / / (wartet)

6 t t Zyklische Blockaden -Gruppierung A 1 B 2 C 4 3 D -Gruppierung Zeitmessung Test Test low high low high [CLOCK] sendet _BLOCK, "Test" _BLOCK, "Test" Port A empfängt Port B Latenzzeit,"Test" [CLOCK], "Test" _BLOCK, emfpängt "Test" _BLOCK, "Test" sendet,"test", "Test" Latenzzeit lokal Latenzzeit Qnet t l /µs ,6 12,7 12,6 13,1 13,4 13,6 13,9 t l /µs ,9 11,3 115,6 127, 137,7 148,5 158, Nachrichtenlänge/Byte Nachrichtenlänge/Byte

7 Datendurchsatz lokal Datendurchsatz mit Qnet 6 5 Datendurchsatz in MByte/s 5,58 4 Datendurchsatz in MByte/s 3, ,67 2 1,71 2,4 2 1,57 1,14 1,72 2,28 2,84 3,39 3,97 4,51 5,1 5,64 11,8 16,4 21, Nachrichtenlänge in Byte 1,5,1,15,21,25,3,35,4,45, Nachrichtenlänge in Byte,94 1,34 Anwendungsbeispiele Zusammenfassung Mobiler Roboter meldet sich beim stationären Roboter an. Aufgabe kann gemeinsam kooperierend gelöst werden. Selbstorganisierende Warteschlangen. Produktion verteilt sich auf mehrere Roboter. Middleware Zwischenschicht zwischen Betriebssystem und (verteilten) Benutzerapplikationen Mobile Roboter mit Produktionsauftrag. Quelle: Wikipedia CORBA - Spezifikation der Object Management Group (OMG) für eine objektorientierte Middleware - Viele mächtige und universell einsetzbare Implementierungen - In abgespeckten Varianten auch echtzeitfähig (z.b. TAO Implementierung) COM/DCOM - (Distributed) Component Object Model von Microsoft - Nichtechtzeitfähige Interprozesskommunikation unter Windows - Hoch performante echtzeitfähige Middleware für Forschungs- und Entwicklungszwecke - schneller Namensdienst - asynchroner und synchroner Betrieb der Module möglich - einheitliche Modulschnittstelle - zentrale Aufhebung von Blockaden - zentrale Überwachung des Systems durch Watchdog - hohes Nachrichtenaufkommen - Middleware ist Nadelöhr - Unterstützte RT-OS: QNX, Linux Xenomai - Nichtechtzeitfähige Implementierungen für Linux und Windows