Seite 1. 6 Implementierung komplexer Systeme. 6.1 Verteilte objektorientierte Systeme. Offene verteilte Systeme

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1 6 Implementierung komplexer Systeme 6.1 Verteilte objektorientierte Systeme Analyse Entwurf Implementierung Test, Integration Wartung.KVGTCVWTÂ $CN\GTVÂ$CPFÂÂ.'Â Offene verteilte Systeme Situation: Heterogene, vernetzte Computersysteme: heterogene Hardware, Betriebssysteme, Programmiersprachen, Formate, Netztechnologien Anwendungen im Normalfall verteilt» Client/Server-Architekturen Ziele: Portabilität (Objektcode, Quellcode, Entwurf) Interoperabilität Lokations- und Netzwerk-Transparenz Hilfsmittel: Standards für offene Systeme Eindeutige Definition von Schnittstellen Flexible Erweiterung um neue Schnittstellen Realisierung von Client/Server-Systemen Sockets ("Peer-to-Peer"-Kommunikation über den TCP/IP Stack) Niedriges Abstraktionsniveau Plattform-Transparenz (z.b. Java Package java.net) Remote Procedure Call (RPC) Höheres Abstraktionsniveau als Sockets (Prozedurebene) Einbettung in prozedurale Programmiersprachen (z.b. C) Realisierung von synchronen entfernten Prozeduraufrufen "Middleware" für verteilte Objekte (CORBA, Microsoft DCOM) Hohes Abstraktionsniveau (Objektebene) Transparenz von Ort und Programmiersprache Bei CORBA: auch Plattform-Transparenz Java Remote Methode Invocation (RMI) Hohes Abstraktionsniveau (Objektebene) Java-spezifischer Mechanismus (Java Package java.rmi) Ab Java-Version 1.3 "RMI-IIOP": Kompatibel zu CORBA (Java Package javax.rmi) Ort- und Plattform-Transparenz Seite 1

2 Standards der Object Management Group Object Management Group (OMG): Zusammenschluß von Anbietern und Anwendern objektorientierter Softwaretechnologie Gegründet 1989, mehr als 600 Mitglieder Standards und Spezifikationen, aber mit Verpflichtung zur kommerziellen Implementierung Middleware für verteilte objektorientierte Anwendungen (CORBA) Interoperabilität verschiedenener CORBA-Implementierungen ist Realität Arten von Standards Offizielle Gremien, z.b. ISO, ITU (relativ schwerfällig) Firmen- Standards, z.b. Microsoft OLE/DCOM (proprietär) Industriekonsortien, z.b. OMG (Mittelweg) CORBA-Standard der OMG wird ISO-Standard ISO (IDL), ISO (Interoperability) Object Management Architecture (OMA) Finanzen Finanzen Telekommunikation Electronic Electronic Commerce Nicht standardisiert: Anwendungsspezifische Objekte Nutzerschnittstelle Informationsmanagement Systemmanagement Vertikale CORBAfacilities Objekte der Anwendung Horizontale CORBAfacilities Object Request Broker (ORB) - Objektbus Lifecycle Lifecycle Event Event Naming Naming Persistence Transactions Objektdienste (CORBAservices) Externalization Security Security Time Time Properties Properties Licensing Licensing Dienstanforderungen (object requests) Client-Objekte senden Anforderungen (requests) an abstrakte Referenzen, über die sie an Objektimplementierungen (servants) zugestellt werden. Bestandteile einer Anforderung: Angabe des angesprochenen Server-Objekts (Objekt-Referenz) Name der angeforderten Operation Kommunikationsart» synchron, asynchron oder abgesetzt synchron Ein- und Ausgabeparameter (optional) Ausnahmebedingungen (optional) Kontextangaben (z.b. Ort des Clients) Schnittstellen: Beschreibung von Anforderungstypen Zusammenfassung in Schnittstellen Interface Definition Language (IDL) Seite 2

3 Statischer Aufruf: Stubs und Skeletons stub und skeleton vermitteln zwischen der universellen IDL und der konkreten Programmiersprache. stub: wird vom Client-Code aufgerufen skeleton: ruft den Servant-Code auf Objekt in "Client"-Rolle Objekt in "Servant"-Rolle stub skeleton Object Request Broker (ORB) "Suggestion" einer einheitlichen Schnittstelle über IDL Generierung von Stubs und Skeletons (statisch) Schnittstellen- Definition in IDL Client-Code IDL-Compiler Servant-Code IDL stub (Code) IDL skeleton (Code) Übersetzen und Binden Übersetzen und Binden Client stub ORB Servant skeleton Proxy-Entwurfsmuster in CORBA Proxy Original Client- Objekt Servant- Objekt Original Stub Proxy Skeleton Proxy Proxy Object Request Broker (ORB) Seite 3

4 ORB-Architektur in CORBA Client- Objekt Servant- Objekt dynamisch statisch IDL Stub (statisch) DII ORB interface IDL Skeleton (statisch) object adapter DSI Object request Broker (ORB) core Interface Repository Implementation Repository Stubs: Static Invocation Interface (=SII) Skeletons: Static Skeleton Interface (=SSI) DII = Dynamic Invocation Interface DSI = Dynamic Skeleton Interface Objekt-Adapter Aufgaben eines Objektadapters: Zustellung von Requests an registrierte Objekte Erzeugung von Objekten und Referenzen Aktivierung/Deaktivierung von Objekten Beispiele: Basic Object Adapter (BOA)» bis CORBA 2.1» proprietäre Realisierungen Portable Object Adapter (POA)» ab CORBA 2.2 andere, z.b. Adapter für DBMS Statische und Dynamische Schnittstellen Statische Aufrufschnittstelle (Static Invocation Interface, SII) Festlegung der Operation (und Typinformation) zur Übersetzungszeit (aber dynamische Bindung an Objektinstanzen) Generierung von stubs Dynamische Aufrufschnittstelle(Dynamic Invocation Interface, DII): Festlegung der Operation und Typinformation zur Laufzeit Flexibler in der Kommunikationsart (auch "abgesetzt synchron") Statische Skeleton-Schnittstelle (Static Skeleton Interface, SSI) Festlegung der Operation (und Typinformation) zur Übersetzungszeit Generierung von skeletons Dynamische Skeleton-Schnittstelle (Dynamic Skeleton Interface, DSI) Bereitstellung eines flexiblen Skeletons Analyse von Operation, Parametern, Typinformation zur Laufzeit Unabhängige Wahl: SII/DII (Client), SSI/DSI (Servant) Seite 4

5 Schnittstellen-Spezifikation mit IDL Interface Definition Language (IDL): Spezifikation von Schnittstellen für CORBA Orientiert an C++, aber sprachunabhängig Streng getypt (sprachunabhängig) Grundeinheit: interface ähnlich Java-Interface (umfaßt aber auch öffentliche Attribute und Operationen) Vererbung Module zur Gruppierung von Interfaces Syntax von Operationen: Name, Typ und Art (in, out, inout) für alle Parameter Ergebnistyp Kommunikationsart (oneway) Ausnahmesituationen (raises exception) Kontextangaben IDL: Datentypen Einfache Datentypen Strukturierte Datentypen Ganzzahltypen» short, long, long long» signed und unsigned Gleitpunkttypen» float, double, long double, fixed char, wchar, boolean, octet Any CORBA Objektreferenz Value-Typ (Objekte als Werte) Verbunde (struct) Vereinigung Aufzählung Sequenzen Strings Felder IDL: Beispiel module BeispielModul { struct Adresse { string strasse; string plz; string ort;; interface Person { attribute string name; readonly attribute string vorname; readonly attribute long geburtsjahr; attribute Adresse anschrift; typedef sequence <Person> PersonListe; attribute PersonListe Bekannte; long berechnelebensjahre (in long aktjahr); void berechnelebensjahrep (in long aktjahr, out long lebensjahre); ; // Interface ; // Modul Seite 5

6 IDL-Sprachbindungen Standardisierte Sprachbindungen Abbildung der IDL-Konstrukte auf spezifische Konstrukte der Programmiersprache IDL-Sprachbindungen existieren u.a. für:» C, C++, Smalltalk, Ada, COBOL, PL/1, Lisp, Python, Java IDL Compiler: IDL Compiler generiert automatisch Stubs und Skeletons Optional: Generierung von "Templates" (Vorlagen für die Objektimplementierung) Übertragung von Schnittstellen in das Interface Repository CORBA-Implementierungen: JacORB (frei, im Balzert-Buch benutzt) Borland VisiBroker (für Vorlesungsbeispiele benutzt) IONA Orbix... und viele andere Abbildung IDL-Programmiersprache Abbildung von Schnittstellen und Operationen C:» Keine direkte Abbildung von Schnittstellen (Schnittstellenname wird in Funktionsname übernommen, Parameter vom Schnittstellentyp ist erster Parameter der Funktionen einer Schnittstelle)» Operationen werden Funktionen C++:» Module werden auf C++ Namespaces abgebildet» Schnittstellen auf Klassen» Operationen auf Methoden Java:» Module werden auf Java Packages abgebildet» Schnittstellen auf öffentliche Java Schnittstellen sowie Helperund Holder Klassen in Java» Operationen auf Methoden Java-Bindung: Beispiel // Person.java package BeispielModul; public interface Person extends org.omg.corba.object, BeispielModul.PersonOperations, org.omg.corba.portable.idlentity { // PersonOperation.java package BeispielModul; public interface PersonOperations { public java.lang.string name (); public void name (java.lang.string name); public java.lang.string vorname (); public int geburtsjahr (); public BeispielModul.Adresse anschrift (); public void anschrift (BeispielModul.Adresse anschrift); public BeispielModul.Person[] Bekannte (); public void Bekannte (BeispielModul.Person[] Bekannte); public int berechnelebensjahre (int aktjahr); public void berechnelebensjahrep (int aktjahr, org.omg.corba.intholder lebensjahre); Seite 6

7 Zähler-Beispiel: IDL-Schnittstelle // Counter.idl interface Counter { void count (); void countn (in long n); long getcount(); void getcountp(out long count); ; // CounterFactory.idl #include "Counter.idl" interface CounterFactory { Counter createcounter(); ; Zähler-Beispiel: Stubs/Skeletons erzeugen Kommandos: idl2java Counter.idl idl2java CounterFactory.idl Erzeugte Dateien (u.a.): <IDL-Schnittstelle>.java <IDL-Schnittstelle>Operations.java <IDL-Schnittstelle>Helper.java <IDL-Schnittstelle>Holder.java _<IDL-Schnittstelle>Stub.java <IDL-Schnittstelle>POA.java <IDL-Schnittstelle>POATie.java Java-Interface Signaturen d. Operationen Nützliche Hilfsoperationen Hilfsklasse für Parameter Stub-Code Skeleton-Code für POA Objektimpl. f. Tie-Ansatz Zähler: Java-Schnittstelle // Counter.java public interface Counter extends org.omg.corba.object, CounterOperations, org.omg.corba.portable.idlentity { // CounterOperations.java public interface CounterOperations { public void count (); public void countn (int n); public int getcount (); public void getcountp (org.omg.corba.intholder count); Seite 7

8 Zähler: "Holder"-Klasse // CounterHolder public final class CounterHolder implements org.omg.corba.portable.streamable { public Counter value; public CounterHolder () { public CounterHolder (final Counter _value) { this.value = _value; public void _read (final org.omg.corba.portable.inputstream input) { value = CounterHelper.read(input); public void _write (final org.omg.corba.portable.outputstream output) { CounterHelper.write(output, value); public org.omg.corba.typecode _type () { return CounterHelper.type(); Zähler: "Helper"-Klasse // CounterHelper.java public final class CounterHelper { // Typanpassung (Cast) - sprachunabhängig! public static Counter narrow (final org.omg.corba.object obj) { // proprietärer einfacher Namensdienst //(Beispiel gemäß VisiBroker, meist ähnlich in anderen // Implementierungen) public static Counter bind (org.omg.corba.orb orb, java.lang.string name) {... // weitere Methoden Zähler: Servant-Implementierung // CounterImpl.java public class CounterImpl extends CounterPOA { private int counter=0; public CounterImpl () { super(); public void count () { counter++; public void countn (int n) { counter=counter+n; public int getcount () { return counter; public void getcountp (org.omg.corba.intholder count) { count.value=counter; Seite 8

9 Zähler: Server-Implementierung (vereinfacht) // Server.java import org.omg.portableserver.*; import org.omg.corba.orb; import org.omg.corba.policy; public class Server { public static void main (String args[]) { ORB orb=orb.init(args,null); POA rootpoa=poahelper.narrow (orb.resolve_initial_references("rootpoa")); Policy[] policies={//policies spezifizieren; POA mypoa=rootpoa.create_poa ("counter_factory_poa",rootpoa.the_poamanager(),policies); CounterFactoryImpl cfimpl=new CounterFactoryImpl(myPOA); byte[] cfid="counterfactory".getbytes(); mypoa.activate_object_with_id(cfid,cfimpl); rootpoa.the_poamanager().activate(); System.out.println (mypoa.servant_to_reference(cfimpl)+" ist bereit."); orb.run(); Zähler: Client-Implementierung // Client.java import org.omg.corba.orb; public class Client { public static void main (String args[]) { ORB orb=orb.init(args,null); byte[] cfid="counterfactory".getbytes(); //proprietärer Namensdienst CounterFactory cf=counterfactoryhelper.bind (orb,"/counter_factory_poa",cfid); Counter c=cf.createcounter(); System.out.println(c+"\n"); System.out.println("\n"+c.getcount()); c.count(); System.out.println("\n"+c.getcount()); c.countn(5); System.out.println("\n"+c.getcount()); Interaktion von ORBs Client Servant ORB A Kommunikations- Netz ORB B General Inter-ORB Protocol (GIOP) Common Data Representation (CDR) für IDL-Datentypen Interoperable Object References (IOR) Internet Inter-ORB Protocol (IIOP) Weitere "IOPs" (z.b. mit der CORBA-Implementierung TAO geliefert):» z.b. SSLIOP (IOP über Secure Socket Layer)» z.b. SHMIOP (IOP über shared memory) ORB/ORB-Brücken mit DSI und DII Seite 9

10 Spezielle Objektdienste (CORBAservices) CORBAservices vervollständigen die Funktion des ORB Beispiele: Namensdienst (naming service) Such- und Vermittlungsdienst (object trading service) Objektverwaltung (life cycle service) Ereignisverwaltung (event service) Persistenzdienst (persistent object service) Transaktionsdienst (transaction service) Objektauslagerung (externalization service) Abfragedienst (query service) Lizenzdienst (licensing service) Eigenschaftsverwaltung (property service) Zeitdienst (time service) Sicherheitsdienst (security service) CORBA Service: Naming Service (1) Syntaxunabhängiger Namensdienst Zuordnen eines aussagekräftigen Namens zu einer Objektreferenz Anordnung und Verwaltung von Namen in Namensräumen (Schnittstelle: NamingContext), in denen jeder Name jeweils eindeutig ist (Bildung von Namenshierarchien). Zusätzliche Funktionen zur Unterstützung von E/A, z.b. für Namen als Strings und URLs (Schnittstelle: NamingContextExt) Durchsuchen von Namensräumen (Schnittstelle: BindingIterator) Notwendige Komponenten: Client- Objekt Servant- Objekt Object Request Broker (ORB) - Objektbus Name Server CORBA Service: Naming Service (2) Beispiel für Interaktion Servant-Objekt und Name Server: : Server cfimpl : Counter : ORB nc: FactoryImpl NamingContextExt resolve_initial_references ("NameService") bind_new_context(...) // falls Kontext nicht existiert name=to_name( de/tud/factories/counterfactory ) name : Name bind(name,mypoa.servant_to_reference(cfimpl)) Seite 10

11 CORBA Service: Naming Service (3) Beispiel für Interaktion Client-Objekt und Name Server: : Client : ORB nc : NamingContextExt cf : Counter Factory resolve_initial_references ("NameService") resolve_str( de/tud/factories/counterfactory ) cf createcounter() Evolution der OMA 1991: CORBA Core 1.0 Architektur, Kommunikation Interoperabilität 1995: CORBA (+): CORBA 3.0 (langfristigere "Vision") : CORBAservices Grunddienste für objektorientierte Anwendungen seit 1995: CORBAfacilities Dienste für spezielle Anwendungsbereiche Allgemeine übergreifende Systemdienste Neuere CORBA-Versionen (2.4 und 3.0) Neuigkeiten in CORBA 2.3 und 2.4 ( ): Portable Object Adapter» bessere Portierbarkeit von Applikationen zwischen ORBs verschiedener Anbieter Weitere Kommunikationsarten» Callback» Polling "Objects by Value"» Mobile Objekte (nicht Klassen...) "Quality of Service"» Beeinflussung von Transport und Weiterleitung von Anforderungen Seite 11

12 CORBA: Perspektiven Chancen: Flexible, plattformunabhängige, heterogene Systeme Steigerung des Abstraktionsniveaus (z.b. von Datenbankanbindung zur Objektverwaltung) Einbindung von Altsystemen möglich Probleme: Tempo der Standardisierung und Realisierung Performance bestehender Implementierungen Angriffe durch speziellere Systeme (weniger Eleganz, höhere Leistung) Bruch mit bewährten Konzepten (z.b. SQL) Völlige Transparenz nicht immer erwünscht Seite 12