Software-Agenten. Verteilte Systeme Hochschule Regensburg Vorlesung 8, Universitätsstraße 31, Regensburg. Eigenschaften von Agenten

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1 Software-Agenten Hochschule Regensburg Vorlesung 8, Universitätsstraße 31, Regensburg Prof. Dr. Jan Dünnweber Agenten sind autonome Einheiten, die eine Aufgabe in Zusammenarbeit mit anderen Agenten (auch entfernten) ausführen Definition: Autonomer Prozess, der auf Änderungen in seiner Umgebung reagiert und diese initiieren kann, möglicherweise in Zusammenarbeit mit Benutzern und anderen Agenten Wichtiges Merkmal eines Agenten: seine Fähigkeit selbst zu handeln und Initiative zu ergreifen, wenn erforderlich Typen von Agenten: Kollaborativee Agenten: z.b. für Verabredungen Mobile Agenten: z.b. für verteilte Informationssuche Schnittstellen-Agenten: z.b. für Verhandlungen, lernfähig Informations-Agenten: z.b. intelligente Verwaltung von s Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 2 von 29 Eigenschaften von Agenten Agenten-Technologie Eigenschaften Allen Beschreibung Agenten gemein? Autonom Ja Kann eigenständig agieren Reaktiv Ja Reagiert rechtzeitig auf Änderungen in seiner Umgebung Proaktiv Ja Iniitiert Aktionen, die seine Umgebung beeinflussen Kommunikativ Ja Kann Informationen mit Benutzern und anderen Agenten austauschen Kontinuierlich Nein Hat eine relativ lange Lebensdauer Mobil Nein Kann von einem System auf ein anderes migrieren Adaptiv Nein Lernfähig Die Kommunikation zwischen Agenten findet mithilfe eines Kommunikationsprotokolls auf Applikationsebene statt: ACL (Agent Communication Language) In einer ACL wird zwischen dem Zweck und dem Inhalt einer Nachricht streng unterschieden Sender und Empfänger können sich auf eine gemeinsame Sprache einigen, z.b. Prolog im Bsp. unten Gemeinsames Verständnis über die Interpretation von Daten wird durch eine Ontologie gegeben Ontologie: eine standardisierte Abbildung von Symbolen auf ihre Bedeutung Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 3 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 4 von 29

2 Eine Beispiel Agentenarchitekur im Vergleich zu SOA Ressourcenbenennung in verteilten Systemen Wie bei SOA ist Interoperabilität grundlegend Nachrichten können Aktivitäten beinhalten (mobiler Code) und Zustände beeinflussen (Session Interaction Protocol) Vorteil: Flexibilität, Nachteil: Sicherheitsmängel Voraussetzung: eindeutige Ortung und Benennung von Ressourcen (im Bsp. durch DNS) Namen werden in verteilten Systemen benutzt, um:...ressourcen gemeinsam zu nutzen...einheiten eindeutig zu identifizieren...auf bestimmte Positionen zu verweisen...u.a. Die Implementierung der Namenserzeugung, -Verwaltung und -Benutzung soll verteilt über mehrere Maschinen erfolgen Wir betrachten folgende drei Aspekte: Aufbau, Benutzung und Implementierung benutzerfreundlicher Namenssysteme Namensgebung und -Verwaltung für mobile Einheiten Verteilte Speicherbereinigung (garbage collection) Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 5 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 6 von 29 Drei Namenstypen Namensräume Name eine Zeichenkette, um auf eine Einheit (z.b. Computer, Drucker, Datei, Mailbox, Webseite, etc.) zu verweisen Zugriff auf Einheiten: über die Namen ihrer Zugangspunkte (Adressen), z.b. IP-Adresse eines Webservers Einheiten können ihre Zugangspunkte wechseln, deshalb benutzt man auch andere Namenstypen als Adressen Eine echte ID hat Eigenschaften: eine ID verweist auf höchstens eine Einheit jede Einheit wird höchstens durch eine ID angesprochen eine ID verweist immer auf dieselbe Einheit Beachte: Adressen und IDs sind nur von Rechnern lesbar Benutzerfreundliche Namen werden als Strings dargestellt Namen werden in einem VS in sog. Namensräumen angeordnet Man stellt einen Namensraum oft als Graph dar: Blattknoten, z.b. für Datei Verzeichnisknoten mit einer Verzeichnistabelle Wurzelknoten, i.d.r. ein solcher Pfadname,z.B.: n0:<home,steen,mbox> = /home/steen/mbox Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 7 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 8 von 29

3 Beispiel: Dateien in Unix Namensgraph: Wurzel, Verzeichnisknoten, Blattknoten f. Dateien Graph-Implementierung ein Teil des Dateisystems, z.b. in Unix: Fortlaufende Block-Folge auf einer logischen Festplatte Boot-Block: Wird beim Booten automatisch in den Hauptspeicher geladen, zum Laden des BS Superblock: Enthält Informationen über das gesamte Dateisystem (Größe, freie Blöcke und Inodes, etc.) Inode: Information über die zugeordnete Datei; Inode mit Index 0 entspricht Wurzelverzeichnis (vgl. VL Betriebssysteme) Der Inode-Index entspricht der Knoten-ID im Namensgraph Namensauflösung Namensauflösung = Nachschlagen eines Namens für einen vorgegebenen Pfad Die Namensauflösung funktioniert durch die Suche der Knoten-ID in jeweiliger Verzeichnistabelle und den Übergang zum gefundenen Knoten im Namensgraph Schlussmechanismus: Auswahl des ersten Knotens in einem Namensraum, wo die Namensauflösung beginnen soll Unix-Beispiel: Der Inode des Wurzelverzeichnisses ist der erste Inode auf der logischen Festplatte des Dateisystems Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 9 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 10 von 29 Aliase und Links Verknüpfungen (mounting) Alias: Ein anderer Name für dieselbe Einheit. Grundsätzlich zwei Implementierungsmöglichkeiten: Harte Links: mehrere absolute Pfadnamen auf denselben Knoten des Namensgraphen, wie z.b. /home/steen/keysund /keys als Links zu n5 in Abb. 4.1 Symbolische Links: Im Blattknoten absoluten Pfadnamen speichern, z.b. ist /home/steen/keys ein symb. Link auf n5: Motivation: Verschiedene Namensräume miteinander transparent zu kombinieren Verknüpfung: Ein Verzeichnisknoten (Verknüpfungspunkt) speichert die ID eines Verzeichnisknotens (verknüpfender Punkt) aus einem anderen Namensraum, i.d.r. sein Wurzelverzeichnis Sind die Namensräume über mehrere Maschinen verteilt, muss man zum Verknüpfen folgende Namen kennen bzw. auflösen: Name eines Zugriffsprotokolls für Kommunikation mit den anderen Maschinen Name des Servers (der anderen Maschine) Name des verknüpfenden Punktes im fremden Namensraum Beispiel: Auf Sun-Rechnern unter NFS (Network File System) wird Verzeichnisknoten /remote/vu verwendet, um die URL zu speichern: nfs://flits.cs.vu.nl/home/steen. Dann kann der Client auf die Datei /home/steen auf dem Server flits.cs.vu.nl mit dem NFS-Protokoll zugreifen Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 11 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 12 von 29

4 Beispiel: Entfernter Zugriff Der Name aus der vorigen Folie wird so aufgelöst: nfs in eine Implementierung des NFS-Protokolls Servername mittels DNS (später) in die Maschinenadresse /home/steen durch den fremden Server Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 13 von 29 Beispiel: Entfernter Zugriff (Fortsetzung) Der Name /remote/vu/mbox wird beginnend mit dem Wurzelverzeichnis auf dem Client aufgelöst, bis zu Knoten /remote/vu Die URL nfs://flits.cs.vu.nl/home/steen zurückgegeben Client kontaktiert den Dateiserver flits.cs.vu.nl mithilfe des NFS-Protokolls, und greift anschließend auf /home/steen zu. Die Namensauflösung kann jetzt fortgesetzt werden, indem die Datei mbox gelesen wird Der Client kann nun so arbeiten: cd /remote/vu ls -l und die Dateien im entfernten Verzeichnis lokal auflisten! Der entfernte Zugriff passiert transparent für den Benutzer, allerdings mit einem Leistungsabfall, wegen der Kommunikation übers Netzwerk Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 14 von 29 Implementierung eines Namensraums Beispiel: Schichten in einem DNS-Namensraum Ein Namensraum wird von Namensservern implementiert, die über mehrere Maschinen verteilt werden können Verteilter Namensraum wird in drei logische Schichten unterteilt: Globale Schicht: Wurzelknoten und obere Verzeichnisknoten, die sehr selten geändert werden Administrative Schicht: Verzeichnisknoten innerhalb einer Organisation: sind stabil, aber weniger als die globale Verwaltungsschicht: ändert sich regelmäßig, z.b.: Hosts in LAN, Programmdateien, benutzereigene Verzeichnisse/Dateien Zonen: Nicht überlappende Teile des Namensraums, die durch separate Server implementiert sind Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 15 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 16 von 29

5 Anforderungen an Server abhängig von Schicht Verfügbarkeit: höchste für die globale Schicht; wird erreicht durch Server-Replikation und Client-seitiges Caching, weil Aktualisierungen nicht sofort sichtbar sein müssen mittel für die administrative Schicht niedrigste für die Verwaltungsschicht Leistung: globale Schicht - keine schnellen Server notwendig, aber Durchsatz u.u. wichtig administrative Schicht - muss schnell sein, Verwaltungsschicht - noch schneller, da der Benutzer die Änderungen unmittelbar sehen will Vergleich der Implementierbarkeit Am schwierigsten globale und administrative Schicht, wegen Replikation und Caching, die über WAN arbeiten Dadurch u.u. starke Kommunikationsverzögerungen Element Global Administrativ Verwaltung Geographische Skalierung des Netzwerks Weltweit Unternehmen Abteilung Gesamtzahl der Knoten Wenige Viele Unzählige Antwortzeiten beim Nachschlagen Sekunden Millisekunden Unmittelbar Aktualisierungsweitergabe Langsam Unmittelbar Unmittelbar Anzahl der Repliken Viele Keine oder wenige Keine Client-seitiges Caching? Ja Ja Manchmal Tabelle: Ein Vergleich zwischen Nameservern für die Implementierung von Knoten aus einem großen Namensraum, der in eine globale, administrative und eine Verwaltungsschicht zerlegt ist Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 17 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 18 von 29 Implementierung der Namensauflösung Wir betrachten große verteilte Namensräume Wir nehmen der Einfachheit halber an, dass keine Replikation und Caching stattfinden Jeder Client hat Zugriff auf einen lokalen Namensauflöser Beispiel: Auflösen von root:<nl,vu,cs,ftp,pub,globe,index.txt> in Abb. 4.6 Pfadname als URL: ftp://ftp.cs.vu.nl/pub/globe/index.txt Zwei Möglichkeiten, die Namensauflösung zu implementieren: iterativ oder rekursiv, siehe nächste Folien Beide: Namensauflöser übergibt den Pfadnamen dem Wurzel- Namensserver (angenommen, seine Adresse sei bekannt) Iterativ: Der Wurzel-Server löst nl auf und gibt die Adresse des nächsten Namensservers an den Client zurück Iterative Namensauflösung (Fortsetzung) Iterativ: Der Client-Namensauflöser übergibt diesem Server den restlichen Pfadnamen... usw... Der FTP-Server löst pub/globe/index.txt auf und überträgt die angeforderte Datei in unserem Bsp. mithilfe von FTP Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 19 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 20 von 29

6 Rekursive Namensauflösung Rekursiv: Statt jedes Zwischenergebnis an den Client-Namensauflöser zu schicken, wird es an den nächsten Namensserver weitergegeben Rekursiv: Vorteile und Nachteile Größter Nachteil: hohe Leistungsanforderungen an einzelne Namensserver. Deswegen wird in der globalen Schicht nur iterativ gearbeitet Vorteil 1: Effektiveres Caching von Ergebnissen (vgl. Tabelle auf Folgefolie), bei nachfolgendem Nachschlagen durch andere Clients werden Cache-Ergebnisse benutzt schnell Iterativ: Caching auf den Namensauflöser des Clients beschränkt, d.h. ein anderer Client muss das Ganze wiederholen Aushilfe: Für eine Organisation einen lokalen, zwischengeschalteten Namensserver, gemeinsam von allen Clients benutzt Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 21 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 22 von 29 Rekursiv: Vorteile und Nachteile (Fortsetzung) Rekursiv: Vorteile und Nachteile Server Soll auflösen Nachschlagenübergibt Empfängt Gibt an den für an un- und stellt in Anforderer Knoten terge- den Cache zurück ordneten Knoten cs <ftp> #<ftp> - - #<ftp> vu <cs,ftp> #<cs> <ftp> #<ftp> #<cs>, #<cs,ftp> nl <vu,cs,ftp> #<vu> <cs,ftp> #<cs>, #<vu>, #<cs,ftp> #<vu,cs>, #<vu,cs,ftp> Wurzel <nl,vu,cs,ftp> #<nl> <vu,cs,ftp> #<vu>, #<nl> #<vu,cs>, #<nl,vu>, #<vu,cs,ftp> #<nl,vu,cs>, #<nl,vu,cs,ftp> Vorteil 2: Rekursiv ist sparsamer in der Kommunikation als iterativ Tabelle: Rekursive Namensauflösung für <nl, vu, cs, ftp> Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 23 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 24 von 29

7 Fallstudie: DNS Domain Name Service DNS vs. Verzeichnisdienste Der Internet Domain Name Service (DNS) ist einer der größten verteilten Namensdienste Aufgaben: Suche nach Host-Adressen und Mail-Servern DNS-Namensraum: Baum mit einer Wurzel, Groß/Klein-schreibung bei Labels nicht berücksichtigt, die Wurzel durch einen Punkt (.) dargestellt Domain: ein Unterbaum; Domainname: Pfadname zur Wurzel des Unterbaums DNS verwaltet eine inverse Abbildung von IP-Adressen auf Host-Namen: Infos sind in der Domain in-addr.arpa, verwaltet von DNS Z.B.: der Host hat die IP-Adresse DNS erzeugt den Knoten in-addr.arpa, in dem der kanonische Name des Hosts: soling.cs.vu.nl gefunden wird Alternative zu DNS Verzeichnisdienste: DNS ist ein traditioneller Namensdienst, vergleichbar mit einem Telefonbuch: bei Übergabe eines hierarchischen Namens wird dieser in einen Knoten im Namensgraph aufgelöst Der Inhalt dieses Knotens wird als ein Ressourcendatensatz zurückgegeben, vgl. [Tanenbaum, van Steen] Anderer Ansatz: ein Verzeichnisdienst, wobei Client mithilfe einer Beschreibung der Eigenschaften nach einer Einheit sucht Ein Verzeichnisdienst ist in etwa mit den gelben Seiten vergleichbar Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 25 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 26 von 29 Verteilte Speicherbereinigung Referenzlisten Speicherbereinigung: Löschen unbenutzter Einheiten Methode für Einprozessorsysteme Referenzzählung inkrementieren beim Ref-Erzeugen, dekrementieren beim Löschen In verteilten Systemen ist Kommunikation unzuverlässig, z.b. kann eine Bestätigung verloren gehen: Alternativansatz: Statt Referenzen zu zählen, verwaltet ein Skeleton eine Liste aller Proxies, die darauf verweisen Referenzlisten werden z.b. in Java RMI benutzt: Wenn ein Prozess P eine entfernte Referenz auf ein Objekt erzeugt, sendet er seine ID an das Skeleton des Objekts, das daraufhin P in die Refliste einträgt. Nach der Bestätigung erzeugt P in seinem Adressraum einen Proxy für das Objekt. Nachteil: Probleme mit Skalierbarkeit, wenn ein Skeleton viele Referenzen verwalten muss Ausweg: Registrierung für eine begrenzte Zeit (Leasing); Kann vom Benutzer variiert werden, z.b. java -Djava.rmi.dgc.leaseValue= Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 27 von 29 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 28 von 29

8 Zusammenfassung Was haben wir heute gelernt: Agenten sind autonome Einheiten, die mithilfe eines Applikationsprotokolls aktiv und selbständig interagieren Drei wichtigste Typen von Namen: Adressen, ID, benutzerfreundliche Namen Namen sind in einem Namensraum angeordnet, dargestellt durch einen Namensgraph Namensauflösung: wird iterativ oder rekursiv implementiert Zwei Methoden verteilter Speicherbereinigung: Referenzzählung und Referenzlisten Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 29 von 29