Systemarchitekturen für Verteilte Anwendungen. Einführung

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1 Systemarchitekturen für Verteilte Anwendungen Einführung , und Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund TU Braunschweig PD Dr. Christian Werner

2 1-2 Überblick Entwicklung der Rechnerkommunikation Begriff des Verteilten Systems bzw. der Verteilten Anwendung Warum Verteilte Systeme? Verteilte Anwendungen heute Grundlegende Systemarchitekturen Typische Organisation großer Anwendungssysteme

3 1-3 Computernetzwerke: 1960s-1970s Terminal-Host- Kommunikation über serielle Leitungen Host-zu-Host- Kommunikation Basierend auf proprietären Netzwerken wie IBM SNA, DECnet schon bald basierend auf Paketvermittlung und damit TCP/IP-Netzen

4 1-4 Computernetzwerke: 1980s Hochleistungs-LANs zu niedrigen Kosten PC-Netze Verteilte Client-Server- Systeme als neues Paradigma Öffentliche und private WANs Ausgereifte Technik der Paketvermittlung Wichtige neue Anwendungen ( , File Transfer, Telnet, etc.) Offene Standards setzen sich eindeutig durch (OSI, TCP/IP)

5 1-5 Computernetzwerke: Internet seit 1994

6 1-6 Computernetzwerke: 2000s "IP on everything" (Vint Cerf, Internet-Patriarch) In Richtung eines globalen Netzwerkes mit vielen Diensten und IP(v6) als dem gemeinsamen Kern. Enterprise networks Communication infrastructure of the IT system. E-business... Home networks Info, entertainment. Home office. Internet appliances. IP(v6) Web news, info, publishing,... E-commerce, e-banking,... Tele-education. Telemedicine... Mobile communications Internet-enabled multiservice mobile devices. Ziel: Gemeinsame Infrastruktur für Computerkommunikation (Multimedia) und persönliche Kommunikations-dienste (message, voice/video-telephony).

7 1-7 Netzwerke und verteilte Systeme Wir haben die Entwicklung der Computernetzwerke betrachtet. Netzwerke sind nicht im Fokus dieser Vorlesung, wir werden uns auf eine kurze Einführung beschränken ABER: Man benötigt ein Computernetzwerk, um ein Verteiltes System zu realisieren. Was also ist ein Verteiltes System?

8 1-8 Was ist ein verteiltes System? Eine praxisorientierte Definition: Ein Verteiltes System besteht aus einer Menge autonomer Computer die durch ein Computernetzwerk miteinander verbunden sind und mit einer Software zur Koordination ausgestattet sind. Distributed System (User View)

9 1-9 Was ist ein Verteiltes System (VS)? Eine allgemeinere Definition: Ein Verteiltes System ist ein System, in dem Hard- und Softwarekomponenten, die sich auf miteinander Vernetzten Computern befinden, miteinander kommunizieren und ihre Aktionen koordinieren, indem sie Nachrichten austauschen. Eine Verteilte Anwendung ist eine Anwendung, die ein verteiltes System zur Lösung eines Anwendungsproblems nutzt. Sie besteht aus verschiedenen Komponenten, die mit den Komponenten des VS sowie den Anwendern kommuniziert.

10 1-10 Beispiel: odlinfo.bfs.de

11 1-11 Dosisleistungen im Vergleich (1/2) Ortsdosisleistung in der Umgebung: Braunschweig/PTP: ca. 0,1 µsv/h Ortsdosisleistung Fukushima Daiichi, : Gelände d. Anlage: ca. 500 bis µsv/h Röntgenuntersuchung: Zahnaufnahme: < 10 µsv CT Lendenwirbelsäule: bis µsv Interkontinentalflug: Frankfurt - New York: µsv

12 1-12 Gammadosisleistungen im Vergleich (2/2)

13 1-13 Warum Verteilte Systeme? Durch die Verteilung von Systemkomponenten wird das Gesamtsystem normalerweise deutlich komplexer. Das heißt, der Aufwand zur Erstellung eines VS ist deutlich größer als der eines zentralisierten Systems. Warum also VS? Lösung: Vorteile eines Rechnerverbunds

14 1-14 Rechnerverbünde (I) Kommunikationsverbund Übertragung von Daten, insbesondere Nachrichten, an verschiedene, räumlich getrennte Stellen Beispiel: Informationsverbund Verbreiten von Information an interessierte Personen Beispiel: WWW Datenverbund Speicherung von Daten an verschiedenen Stellen Bessere Speicherauslastung, erhöhte Verfügbarkeit, erhöhte Sicherheit Lastverbund Aufteilung stoßweise anfallender Lasten auf verschiedene Rechner Gleichmäßige Auslastung verschiedener Ressourcen

15 1-15 Rechnerverbünde (II) Leistungsverbund Aufteilung einer Aufgabe in Teilaufgaben Verringerte Antwortzeiten Wartungsverbund Zentrale Störungserkennung und behebung Schnellere und billigere Wartung verschiedener Rechner Funktionsverbund Verteilung spezieller Aufgaben auf spezielle Rechner (Superrechner, auch: Embedded Systems) Bereitstellung versch. Funktionen an versch. Orten

16 1-16 Verteilte Anwendungen heute

17 1-17 Ein paar Schlagworte B2C (Business-to-Consumer) B2B (Business-to-Business) EAI (Enterprise Application Integration) A2A (Application-to-Application) SOA (Service Oriented Architecture) P2P (Peer-to-Peer) Grid Computing Cloud Computing.

18 1-18 Enterprise Application Integration (EAI) Ziel: Zusammenbringen all derjenigen Anwendungen, die jeweils Teilaufgaben von Geschäftsprozessen abdecken, so, dass alle Geschäftsaufgaben erfüllt werden können und vor allem dass sie sich so verhalten, als wären sie von Anfang an einheitlich entworfen worden Also: Integration heterogener Anwendungen zu einer nach außen hin einzigen Anwendung

19 1-19 Architektur von EAI Anwendung C Umwelt Anwendung A EAI Integrations-Server Anwendung B Anwendung E Anwendung D Nach: Keller, EAI, dpunkt, 2002.

20 1-20 A2A-Kommunikation Problem: viele Insellösungen auf vielen Rechnern E-Marketplaces Legacy Applications Purchased Packages HTTP/XML Autonomous Divisions Download file FTP CICS gateway Gateway Message queue Transaction file Download file Sockets Screen scrape RPC Transaction file Screen scrape ORB Applications in Trading Partners Transaction file Browser Message queue SMTP CICS gateway Transaction file Message queue XML/ HTTP End-User Development Message Download file APPC Outsourced and ASP Applications Applications From Mergers and Acquisitions Aus: Keller, EAI, dpunkt, 2002.

21 1-21 A2A-Kommunikation: Lösung Meist gelöst durch einen Softwarebus, an den alle Anwendungen angedockt sind. Bekannteste Lösung: CORBA System 1 System 2 System 3 System n Softwarebus Aus: Keller, EAI, dpunkt, 2002.

22 1-22 Service-Oriented Architectures Service eine Softwarekomponente mit einer formal beschriebenen Schnittstelle Gibt Zugang zu Anwendungslogik bzw. -komponenten J2EE Service COM Service HTML Service Java Service CORBA Service Kommuniziert durch Anfragen und Antworten (synchron und asynchron) Service Service/Messaging Backbone Typischerweise realisiert auf verteilten Plattformen wie COM, CORBA, J2EE Service Service OS390 Service OS390 Service Service SAP Trans Monitor Security OS/390 Registry Web Services sind eine wichtige Grundlage von SOAs

23 1-23 Geschäftsprozessintegration Eigentlicher Namensgeber von EAI Heute oft zu großen (aber nicht allen) Teilen durch ERP abgedeckt Andere Lösung: Workflow-Management-System Geschäftsprozess app 1 app 2 app 3 app 4 Aus: Keller, EAI, dpunkt, 2002.

24 1-24 Grundlegende Systemarchitekturen Verteilte Systeme/Anwendungen verwenden zur Organisation der Kommunikation eine oder mehrere von wenigen Basisarchitekturen Client-Server Publish-Subscribe P2P

25 1-25 Client-Server Client invocation invocation Server result Server result Client Key: Process: Computer:

26 1-26 Variante: Mehrfache Server Service Client Server Partitition oder Replikation von Diensten Client Server Server Beispiel Partition: WWW Beispiel für Replikation und Partition: DNS

27 1-27 Peer-Prozesse Application Coordination code Beispiel: Shared Whiteboard Application Coordination code Oft bessere Performance als Client-Server mit vielen ähnlichen Prozessen und vorwiegend lokaler Kommunikation Application Coordination code

28 1-28 Publish-Subscribe Entkopplung der Prozesse Unterteilung in Informationsproduzenten Informationskonsumenten Ähnlich Rundfunk oder Zeitungsabonnements: wer etwas zu sagen hat, sagt es Wer zuhören will, der tut es Produzent Informationsraum Produzent Konsument Konsument

29 1-29 Typische Organisation großer Anwendungssysteme Üblicherweise durchgängige Client-Server-Architektur Aufteilung in vier (oder drei) Schichten Nutzung eines Web-Browsers als Client Presentation Web Server Application Server Data

30 1-30 Einordnung der folgenden Kapitel Kapitel 2: Implementierungsvarianten der Kommunikationsprotokolle (Grundlagen sollten aus Computernetze bekannt sein) Presentation Web Server Application Server Data Kapitel 3: Verwendung von Grafikprozessoren

31 1-31 Cloud Computing als globale Architektur CC BY-SA 3.0 Created by Sam Johnston

32 1-32 Diskussion

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