Musterlösung Übungsblatt 1 Netzprogrammierung WS 05/06

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1 Musterlösung Übungsblatt 1 Netzprogrammierung WS 05/06 Block Verteilte Systeme und Middleware 1. Beschreiben Sie die Entwicklung verteilter Systeme von einer Zentralisierung bis zu Peer-to-Peer. Nicht verteilte Systeme Server-zentrierte Systeme Klienten-zentrierte Client/Server Systeme föderierte Systeme Peer-to-Peer (Föderation: durch Middleware verbundene Server bleiben autonom und arbeiten zusammen, jeder arbeitet mit jedem zusammen und ist gleichberechtigt, erheblich komplexe Middleware) verteilte, kolloborative Systeme Peer-to-Peer je später, desto mehr Potential, Komplexität und Anforderungen besitzen die einzelnen Entwicklungen 2. Nennen Sie fünf charakteristische Eigenschaften verteilter Systeme System besteht aus verschiedenen unabhängigen Komponenten Komponenten sind räumlich verteilt Komponentenheterogenität (Unterschiedlichkeit) teilweise transparent Komponenten arbeiten als autonome Partner in Interaktionen Komponenten sind integriert und erscheinen dadurch homogen fehlerhafte Komponenten sind für andere sichtbar 3. Nennen Sie drei Vorteile verteilter Systeme bessere Leistung (kostengünstige einfache Komponenten und Vernetzungs- und Kommunikationskosten, bessere Antwortzeiten durch Lastverteilung) bessere Organisation (gemeinsame Nutzung von Ressourcen, Kommunikation im System erlaubt Kommunikation zwischen Usern) bessere Zuverlässigkeit (durch verteilten Fehlerauftritt und mehrfach vorhandene Ressourcen und Kopien von Daten, unwahrscheinlicher Gesamtausfall, inkrementeller Ausbau möglich, einfachere Wartung) 4. Nennen Sie drei Nachteile verteilter Systeme Leistung abhängig von Netzwerkverfügbarkeit und dessen Qualität (Latenz, Bandbreite) Organisation: höhere Komplexität der Software und Planung der Kommunikation und Koordination nötig, zusätzlicher Aufwand beim Testen durch nichtdeterministisches Netzverhalten Zuverlässigkeit: erheblich mehr logische und physische Angriffspunkte 5. Was sind Transparenzen und was macht Middleware dabei? Transparenz = Tatsache verbergen, dass Prozesse und Ressourcen (Heterogenität der Software/Hardware, Ort und Bewegung der Komponenten, Mechanismen zur Fehlerbehandlung) physisch über mehrere Computer verteilt sind und so tun, als ob es sich um ein einziges

2 System handelt. Es gibt: Zugriffs Positions Migrations Relokations Replikations Nebenläufigkeits Fehler Persistenztransparenz. Middleware ist eine zusätzliche Softwareschicht zwischen Applikationen und Netzwerkbetriebssystemen (ist in Netzwerkbetriebssystemen für die Verbergung der Heterogenität der vielen verschiedenen Plattformen zuständig ist) und ermöglicht eine höhere Abstraktionsebene und damit die geforderten Transparenzen. Middleware stellt Technologien, Abstraktionen, Schnittstellen bereit, mit der netzbasierte Systeme realisiert werden können. Middleware ist sozusagen der Kleber zur Verbindung von Anwendungen (für Anwendungen erscheint verteiltes System homogener, als es tatsächlich ist) und sitzt zwischen Anwendung und Betriebssystem. 6. Was ist Ortstransparenz? Orts/Positionstransparenz verbirgt, wo sich eine Ressource befindet (maskiert die Nutzung von Ortinformationen beim Auffinden anderer Objekte, ermöglicht rein logische Sicht auf Namen im System, keine Ortinformationen zur Nutzung von Namen nötig) 7. Wieso ist das Web ein verteiltes System? Das Web ist ein einfaches, konsistentes und einheitliches Modell verteilter Dokumente. Eben weil die Dokumente verteilt sind, also auf unterschiedlichen Servern liegen (es ist unwichtig, von welchem Server das Dokument geladen wurde), handelt es sich bei dem Web um ein verteiltes System. Eine Web-basierte Anwendung ist ein verteiltes System, dessen Komponenten wie Web Server, Web Crawler, Indexierte Seiten auf anderen Rechner sein können. Dabei fungieren http und html als Middleware. Block Client-Server 1. Was macht das Interaktionsmodell bei Client-Server aus? Client uns Server kommunizieren in einem festen Interaktionsablauf und haben feste Rollen. Der Client (= Prozess, der einen Dienst von einem anderen Prozess anfordert) sendet eine Anforderung (Request) und wartet auf die Antwort des Servers. Der Server (= Prozess, der auf eine Anforderung eines Clients einen Dienst erbring und ein Ergebnis vermeldet) wartet ständig auf eingehende Anforderungen, verarbeitet diese und packt die Ergebnisse in eine Antwortnachricht (Reply) ein, die er an den Client zurückschickt. Diese Interaktion zwischen Client und Server wird auch als Anforderungs-/Antwort-Verhalten bezeichnet. 2. Welche Varianten der Interaktion gibt es? blockierend/synchron: Client wartet auf Antwort (wird in einem Stück versendet) zurückgestellt synchron: Client schaut selber nach dem Ergebnis nach asynchron: Ereignis oder Callback (Server ruft Funktion beim Klienten auf) bei Ergebnis Einweg: keine Antwort des Servers

3 3. Beschreiben Sie zwei grundsätzliche Eigenschaften von Servern bezüglich Zustand und Nebenläufigkeit. Block RPC Angebotene Dienste können sein: zustandsinvariant: Anfragen bewirken keine Änderung des Serverzustandes (z.b. Webseitenabruf) zustandsändernd: Anfragen bewirken neuen Serverzustand (Datei per ftp löschen) Server können arbeiten: sequentiell/iterativ: einfacher aber schlechtere Antwortzeiten parallel: Antwortzeiten günstiger aber Aufwand zur Synchronisation 1. Was ist der Remote Procedure Call? Der RPC (Remote Procedure Call) ist ein entfernter Prozeduraufruf und der grundlegende Mechanismus für verteilte Systeme (direkt implementiert von SUN RPC, HP RPC, weiterentwickelt in Java RMI Birrell, Nelson definieren ihn so: RPC ist ein synchroner Mechanismus, der Kontrollfluss und Daten als Prozeduraufruf zwischen zwei Adressräumen über ein schmalbandiges Netz transferiert. RPC versucht Probleme der Nachrichtenübergabe zu verbergen und ist ideal für Client-Server- Anwendungen. Das Konzept ist also, einen entfernten Prozeduraufruf wie einen lokalen Prozeduraufruf aussehen lassen der RPC soll transparent sein. 2. Was synchronisiert sich bei RPC womit? 3. Nennen Sie fünf Unterschiede zwischen lokalem und entferntem Prozeduraufruf? lokal Aufrufer und Prozedur werden im selben Prozess ausgeführt Aufrufer und Prozedur stehen im selben Adressraum Aufrufer und Prozedur liegen in derselben Hard- und Softwareumgebung Aufrufer und Prozedur haben dieselbe Lebensdauer Aufruf ist immer fehlerfrei es müssen nur Anwendungsfehler berücksichtigt werden entfernt Aufrufer und Prozedur werden in unterschiedlichen Prozessen ausgeführt Aufrufer und Prozedur stehen In unterschiedlichen Adressräumen Aufrufer und Prozedur liegen in unterschiedlichen Hard- und Softwareumgebungen Aufrufer und Prozedur haben unterschiedliche Lebensdauer Aufruf ist fehlerbehaftet es müssen zusätzlich Aufruffehler behandelt werden

4 4. Wie läuft ein RPC ab? Anhalten des Kontrollflusses auf Client (Maschine A) Verpacken von Parametern Übersenden der Parameter an Server (Maschine B) Server packt Parameter aus Aufruf der Prozedur in Kontrollfluss auf Maschine B Verpacken der Ergebnisse Übersenden der Ergebnisse Client packt Ergebnisse aus Fortführen des Kontrollflusses auf Maschine A 5. Was ist ein asynchroner RPC? Klient blockiert nicht, d.h. er wartet nicht auf das Ergebnis sondern nur auf die Bestätigung, dass der Server die Anforderung erhalten und akzeptiert hat. Der Client holt das Ergebnis einfach später ab, was einen größeren Grad der Nebenläufigkeit ermöglicht (mehrere RPCs können offen sein, mehrere Prozesse in Servern arbeiten an Ergebnissen). 6. Welche Komponenten sind bei einem RPC generell beteiligt? Anwendungsprozeduren auf Client- sowie Serverseite Stubs - - Kommunikation Was ist ein Stub? Stubs gibt es auf Client- sowie auf Serverseite und sie sind eine Art Proxy. Sie leiten Aufrufe an die Kommunikationsschnittstellen weiter und ver- und entpacken Daten zum Transport. 8. Was ist eine Schnittstelle? Schnittstellen sind lokale und entfernte genau definierte und bekannte Interaktionspunkte, über die der Client beispielsweise eine Prozedur auf dem Server aufrufen kann. 9. Nennen Sie drei Arten von Bindung zwischen Aufrufer und Aufgerufenem?

5 statische Bindung: zur Übersetzungszeit werden Klienten an feste Serveradressen gebunden halbstatische Bindung: zur Startzeit des Klienten werden Serveradressen konfiguriert, die aus einer Datenbank oder Tabelle ermittelt werden dynamisch: zur Aufrufzeit werden erst die Serveradressen ermittelt, die zwischen zwei RPCs wechseln kann 10.Was macht ein Trader oder Broker? Ein Trader/Broker sitzt zwischen Client und Server und vermittelt Referenzen auf Server an den Client. Server registrieren sich bei den Tradern/Brokern mit einer Referenz auf sich selber. Wenn nun ein Client bei dem Trader/Broker einen Server mit einer bestimmten Schnittstellenbeschreibung sucht, gibt dieser an den Client die Referenz auf den passenden Server weiter. Der Client kann dann einen RPC auf dem Server laufen lassen. 11.Nennen Sie vier Fehlerquellen die spezifisch für RPC sind. Der Server ist nicht erreichbar. (Maschine oder Netzwerk ausgefallen) Der Server fällt während der RPC-Ausführung aus. (Client wartet) Der Client fällt während der RPC-Ausführung aus. (Server kann Ergebnis nicht abliefern) Der Server hat seine Schnittstelle geändert und bietet den gewünschten Dienst nicht mehr aus. RPC-Mitteilungen gehen verloren. 12.Was bedeutet die at-most-once Semantic beim RPC? Der RPC wird höchstens 1 Mal ausgeführt, und zwar ganz und nicht nur teilweise. Wenn der Ausfall vor der Verarbeitung eintritt, wird der RPC erst gar nicht ausgeführt. Wenn der Ausfall während der Verarbeitung eintritt, wird der RPC neugestartet. Und wenn der Ausfall nach der Verarbeitung eintritt, können die Ergebniskopien nach einem Neustart versandt werden.

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