Verteilte Systeme. Kap. 1: Einführung

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1 Verteilte Systeme Kap. 1: Einführung Hochschule RheinMain Prof. Dr. Reinhold Kröger Verteilte Systeme 1-1

2 Motivation, Geschichte Technologische Veränderungen: Halbleitertechnologie Kommunikationstechnologie Systemtechnologie Verteilte Systeme 1-2

3 Halbleitertechnologie: Leistung und Kosten Speicherchips: 1973: 4 kbit, 1993: 16 MBit, 2003: MBit 2009: 4 Gbit (Samsung DDR-3 DRAM) Gesetz von Moore (1965): Alle 18 Monate verdoppelt sich die Zahl der Transistorfunktionen auf der gleichen Grundfläche Entwicklung der Kosten je Transistorfunktion auf ca. 1/10 alle 4 Jahre Bell Labs sagen 1999 das Ende der Entwicklung der Siliziumtechnologie voraus: Siliziumdioxid als Isolationsschicht hat dann die Stärke von 4 Atomen erreicht und kann nicht weiter verkleinert werden (Kurzschluss). Neuere Technologien: Z-RAMs, FeRAMs (nicht-flüchtig),... Verteilte Systeme 1-3

4 CPU-Komplexität tionen je CP U Anzahl der T ransistorfunkt Entwicklung der CPU-Komplexität am Beispiel Intel 1 E+09 1 E+08 1 E+07 1 E+06 1E+05 1 E+04 1 E+03 1 E+02 1 E+01 i8080 i8008 i4004 i8086 I7 9xx (73 Core2Quad P Pentium D Pre Core 2 Duo Pentium M Dothan Pentium IV M Pentium III Pentium II Pentium Pentium Pro i80486 i80386 i E Jahr der Einführung Verteilte Systeme 1-4

5 Vom ARPANET zum Internet Gründung der Advanced Research Projects Agency (ARPA) durch US Dept of Defense (DoD) als Reaktion auf Sputnik Idee des "Internet" als "tool to create critical mass of intellectual resources" (Licklider, Taylor) Hauptplaner: Vinton Cerf, Bob Kahn erstes funktionsfähiges Netz, gemietete 50 kbit/sec Leitungen, Interface Message Processors von BBN Leitung Kommunikations- rechner XDS 940 IMP Stanford Research Institute (SRI) Host IBM 360/75 Univ. of California Santa Barbara (UCSB) IMP IMP IMP XDS Univ. of California -77 Los Angelos (UCLA) DEC PDP-10 Univ. of Utah Salt Lake City Verteilte Systeme 1-5

6 Vom ARPANET zum Internet (2) erste öffentliche Demo (remote login) Network Control Protocol (NCP) als Protokoll (Menge von Regeln für die Kommunikation) Hauptnutzung: Terminal-Sitzungen, Dateitransfer, Electronic Mail Grundzüge der TCP/IP-Protokolle in Papier von Cerf/Kahn IP=Internet Protocol, TCP=Transmission Control Protocol, Standardisierung di i in den Folgejahren Übergang zu den heutigen Internet Protokollen TCP/IP Version 4 Verbreitung von TCP/IP durch Berkeley UNIX 4.2 BSD, freie Verfügbarkeit des Quellcodes ab 1983 Verteilte Systeme 1-6

7 Wachstum des Internets Anzahl AS (Autonomer Systeme, admin. Routing-Domäne) Verdopplung alle 5 Jahre (vgl. PhysOrg.com) Kern stabil Wachstum an der Peripherie Verkehrsraten Wachstumsraten t von ca. 2,8 pro Jahr angenommen (Caspian Networks) Menschen Internet , New Journal of Physics 2010 jeder 5. Mensch ist online Verdopplung in letzten 5 Jahren Stärkstes Wachstum außerhalb EU, Japan, USA Verteilte Systeme 1-7

8 Das World-Wide Web (WWW) Arbeiten zu Hypertext-Systemen (durch Zeiger verbundenes verteiltes Geflecht von Knotendokumenten mit einfachen Navigationsmöglichkeiten) it von Ted Nelson (Project Xanadu) Vorschlag für ein Hypertext-Projekt am CERN in Genf durch Tim Berners-Lee und Robert Cailliau: Wiege des World-Wide Web Entwicklung einer ersten Version auf NeXT-Rechner Präsentation auf Hypertext-Konferenz Herausgabe einer freien Version von Web-Server und Browser (Unix-basiert) durch CERN, Ende des Jahres: weltweit ca. 50 Web-Server Marc Andreessen, Eric Bira (NCSA, Univ. of Illinois) geben erste Version des Mosaic Browsers heraus, gründen später Netscape Für Microsoft ist WWW noch kein Thema. Bill Gates: "... an Internet Browser is a trivial piece of software. There are at least 30 companies that have written creditable Internet browsers, so that's nothing..." Microsoft greift ein das Ergebnis sehen wir heute! ab ca Ende 1995 Verteilte Systeme 1-8

9 Heutige Klassen von Rechensystemen Personalcomputer (PC, Desktop), Workstations Großrechner (Mainframes), Server hochverlässliche Verarbeitung von Massendaten Hoch- bis Höchstleistungs-Ein-/Ausgabe-Einheiten Server erbringen Dienstleistungsfunktionen i t in Rechnernetzen Mainframes sind z.t. wegen nicht mehr wartbarer Altprogramme erforderlich (Legacy-Systeme) Beispiele: IBM /390 (Mainframe), Sun Enterprise (Server) Supercomputer Vielzahl von Prozessoren hohe Verarbeitungsleistung Beispiel: numerische Berechnungen zur Wettervorhersage Embedded Computer (eingebetteter Rechner) Teil von Maschinen, Geräten oder Anlagen Rechensystem steht gegenüber der Funktionalität des umgebenden Systems im Hintergrund Verteilte Systeme 1-9

10 Aktuelle Entwicklung Heutige Rechner werden zwar immer leistungsfähiger und besitzen ein immer besseres Preis-/Leistungsverhältnis, erreicht wird dies aber nur durch graduelle Verbesserungen bekannter Techniken. Ebenen Prozessoren» kürzere Entwicklungszyklen durch verbesserte Design-Werkzeuge» Konzentration auf Prozessoren mit Intel-Befehlssatz im Office-Bereich» Multicore-Prozessoren Systeme» verstärkter Einsatz von Systemen mit mehreren Prozessoren» z.b. Blade-Server, HPC-Cluster Netzwerke» steigende Kommunikationsbandbreiten» verschiedenartige Dienstgüteanforderungen» mobile Knoten Verteilte Systeme 1-10

11 Ziele von Mehrrechnersystemen Leistungssteigerung durch Parallelarbeit (increased performance) Leichte Erweiterbarkeit (extensibility) Verbesserte Wartung (maintenance) Erhöhte Verfügbarkeit (availability) Resource-Sharing Verteilte Systeme 1-11

12 Inhalte der Vorlesung Verteilte Systemarchitekturen Nachrichtenorientierte Kommunikation Dienste-Orientierung Spezielle Dienste Objektorientierung Service-Orientierte Architekturen Verteilte Systeme 1-12