Teil II: Architektur und Entwicklung (verteilter) Informationssysteme, Information Retrieval

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1 Teil II: Architektur und Entwicklung (verteilter) Informationssysteme, Information Retrieval Architektur - 1 Übersicht und Zielsetzung von Teil II Verstehen der Zusammenhänge, wenn man von der traditionellen zentralen Datenbank als Plattform für die Anwendungsentwicklung in eine verteilte Umgebung übergeht und / (Two-Tier) oder /Middleware/-Architektur (Three-Tier) betrachtet. Grundlagen für verteilte und mehrstufige Transaktionsverwaltung sowie Einordnung von Transaktionsmodellen und Verfahren für verteilte und föderierte Transaktionsverwaltung Einblick in Enterprise Resource Planning Systeme (ERPs) am Beispiel von S /R3 Von Datenbanken zu Information Retrieval, Auffinden relevanter Information Architektur - 2

2 Kap. 8 IS Architektur //Middleware* 8.1 Einstufige Architektur Mehrere Anwendungsprozesse i mit Datenbankzugriff, Kommunikation über gemeinsamen Adressraum, daher sehr effizienter Datenaustausch über Shared Memory, aber keine Sicherheit gegenüber Fehlern im Anwenderprogramm DA i Speicherbereich für Datenaustausch zwischen DBMS und i DBMS gehört zum Adressraum der i, wird nur einmal geladen ( reentrant code ) SP Systempuffer des DBMS, gemeinsamer Speicherbereich und GST globale System Tabellen für den Zugriff auf SP 1 DA 1 DBMS SP Betriebssystem Beispiele: IBM System/R Forschungsprototypsystem 1975 n DA n GST DBMS * Achter Vorlesungstermin Microdatenbanken 2003 Architektur Zwei-Stufen Architektur: / und sind durch verschiedene Adressräume oder Rechnergrenzen getrennt Kommunikation zwischen und über ein Netzwerk oder IPC. Dabei wird ein spezielles Protokoll verwendet, z.b. JDBC, Net8 (bei Oracle) Klare Aufgabenteilung zwischen und DB Netzwerk, IPC DB DB Architektur - 4

3 Vor- und Nachteile der Zweistufen-Arch. Vorteile hohe Sicherheit durch Trennung der Adressräume zwischen und, problemgerechte Arbeitsteilung zwischen s und n, physische Verteilung leicht möglich, da praktisch eingebaut, hohe Flexibilität und gute Skalierbarkeit durch leichtes Hinzufügen von Ressourcen, wirtschaftliche Nutzung gemeinsamer Ressourcen (z.b. periphere Geräte), Vermeiden eines kritischen Fehlerortes durch -Replikation und Shadowing, Verwendung bekannter Werkzeuge, z.b. zur Entwicklung von -GUIs Nachteile geringere -Leistung Uebertragen grosser Datenmengen zwischen und aufwändig oft unbefriedigende Verfügbarkeit von Entwurfs- und Administrationswerkzeugen erhöhter Aufwand für Administration und Wartung Architektur - 5 Klassifikationsübersicht bei / DB- Monolithisch ein DBS-Prozess Multiple mehrere DBS-Prozesse Symmetrisch pro ein DBS-Prozess Asymmetrisch dynamische Zuordnung der s zu den DBS- Prozessen Architektur - 6

4 / Architekturvarianten (1) mehrere DB prozesse Kommunikation zwischen den n über shared memory zwischen s und n bzw. Dispatcher über BS-Mechanismen (IPC) oder Netzsoftware Symmetrische Zuordnung - jedem ist genau ein Prozess zugeordnet: statische Zuordnung, feste Anzahl n vorgeneriert ==> maximaler Parallelitätsgrad ist n Asymmetrisch - ein wird mit Hilfe eines Dispatcher mit einem Prozess verbunden. Feste Anzahl vorgeneriert, aber Parallelitätsgrad kann höher sein (2) ein DB prozess Synchronisierter Zugriff auf Systempuffer und zentrale Systemtabellen verwendet Multi-Threading (Reentrant Code) genau ein -Prozess für viele s DB-prozess ist vom BS bevorzugt! Architektur - 7 Monolitischer eigene Ressourcenverwaltung, dupliziert BS-Funktionen einfache Kommunikation im durch Shared Memory z.b. Sybase, MS SQL 1 i k DBMS 1 Betriebssystem 1 Betriebssystem n Netzwerk Architektur - 8

5 Multiple DBMS ist ein Verbund von verschiedenen Prozessen Kommunikation über Betriebssystem (z.b. IPC) oder Netzwerk Scheduling der Prozesse geschieht über das Betriebssystem, grosser Vorteil bei Mehrprozessor-Rechnern, da Prozessorzuteilung durch das BS erfolgt z.b. Oracle, Informix, DB2 1 i m Dispatcher DBMS 1 DBMS k Betriebssystem 1 Betriebssystem n Netzwerk Architektur - 9 Demo: Sybase und Oracle SQL (Sybase): Monolithischer ein prozess eigenes Process -Scheduling weniger Shared Memory Oracle: Multipler sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch konfigurierbar dedicated shared mit Dispatcher DB-Prozesse mit verschiedenen Aufgaben: Recoverer, Process Monitor,System Monitor, Database Writer, Log Writer, Archiver, Checkpoint, Dispatcher, Lock Architektur - 10

6 Oracle Prozessübersicht (1) LCKn RECO PMON SMON System Global Area Database Buffer Cache Redo Log Buffer User Shared Dedicated CKPT ARCH Offline Storage DBWR LGWR D000 User Control Data Redo Log Architektur - 11 Oracle Prozessübersicht (2) User - Embedded C Programme oder Oracle Tools LCKn - Lock Process (Parallel Option) RECO - Recoverer (verarbeitet hängende verteilte Transaktionen) PMON - Process Monitor (räumt nach Prozessfehler auf) SMON - System Monitor (Startup Recovery, Garbadge Collection) D000 - Dispatcher (verantwortlich für die Kommunikation mit dem User) DBWR - Database Writer (schreibt Blöcke aus dem Database Buffer auf Platte, Cache Manager) CKPT - Checkpoint LGWR - Logwriter (schreibt Redo Information auf Platte) ARCH - Archivierer (Kopiert Redo-Log-Files aufs Backup Medium) Architektur - 12

7 Oracle Verbindungsaufbau nameserver Service Name Host, Port, SID SID Names listener dispatcher Dedicated Shared Shared Architektur Drei-/Mehr-Stufen Architektur Bindeglied zwischen vielen verschiedenen s und vielen unterschiedlichen n. Query Web Browser Application 1 Application n Mobile Middleware DBMS Object Multimedia Document Web Architektur - 14

8 Three-Tier Architecture : //Middleware Middleware: Software-Schicht in der Mitte zwischen Betriebssystem /Kommunikation und Anwendungsprogramm zwischen s und Program Middleware Frameworks Middleware Services Program Communication Middleware Operating System and Network Software Computer and Network Hardware Operating System and Network Software Computer and Network Hardware Operating System and Network Software Computer and Network Hardware Architektur - 15 Middleware Services nach [Bernstein96] Presentation Computation Information Management Communication Process Management System Management mask and forms processing, printer management, hypermedia connections, multimedia preparation sorting, math. computations, internationalization, data format conversion, time management directories, log manager, file and record manager, relational / objectoriented database management, repository manager remote procedure call, peer-to-peer messaging, message queuing, electronic mail, electronic data exchange thread manager, transaction processing, resource broker, request broker, job scheduler event notification, configuration management, software installation, failure management, error detection, recovery coordination, authentication, encryption, access control Architektur - 16

9 Beispiele WWW mit Datenbankanbindung DEMO: CD-Datenbank DEMO CD Player WWW Allgemein: S TP Monitore CD Datenbank(en) Architektur - 17 Beispiel Middleware Architektur CD Datenbank Architektur CD Player HTTP Middleware HTTP WEB DB DB DB Architektur - 18

10 Literaturverzeichnis R. Orfali, D. Harkey, J. Edwards: / Survival Guide. John Wiley, 1999, 3. Auflage. W.-R. Hansen: / Architektur, Addison-Wesley, 1993 J. Gray, A. Reuter: Transaction Processing: Concepts and Techniques, Academic Press, 1992 J.L. Hennessy, D.A. Patterson: Computer Architecture. A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann Pub., 1995 P.A. Bernstein: Middleware: A Model for Distributed System Services. Communications of the ACM, Vol. 39, No. 2, February 1996 OMG. CORBA: The Common Object Request Broker Architecture. Revision 2.0, July 1995 Oracle, Sybase, MS SQL, Informix, DB2 Manuals Architektur - 19