Projektstudium SS98 - distributed computing

1. Verteilte Systeme

Definition: Verteilte Systeme: Ein System heißt verteilt, wenn sich seine Komponenten an räumlich getrennten Stellen befinden oder befinden könnten, hierdurch aber die Funktionalität des Gesamtsystems nicht beeinträchtigt wird. Fast alle in der menschlichen Gesellschaft eingeführten Systeme sind verteilt (z.B. Behörden , Vertriebsorganisationen). Es müssen Informationen zwischen den verteilt liegenden Institutionen ausgetauscht werden, die einzelnen Institutionen führen aber ihre Aufgabe in eigener Verantwortung unabhängig voneinander aus und sprechen sich in Einzelfällen direkt untereinander ab.

DUDEN Informatik, S. 767ff

Vorteile von verteilten Systemen

I.Vergleich: Verteiltes System - zentrales System/Großrechner

Wirtschaftlichkeit
Antwortzeiten
inhärente Verteilung
z.B. Roboter am Fließband, Bankfilialen, Büroautomation, Groupware-Anwendungen
Zuverlässigkeit
Replikation und damit Verfügbarkeitsvorteile; Kontinuierliche Verfügbarkeit; Teilausfall statt Totalausfall
schrittweise Erweiterbarkeit
Ergänzen statt Ersetzen bei wachsendem Bedarf an Rechnerleistung

II.Vergleich: Verteiltes System - isolierte PCs

gemeinsame Nutzung von Ressourcen,
Daten (z.B. Reservierungssystem in Reisebüros) oder Geräte
Kommunikation
z.B. Email, Tele-Conferencing, Video-Conferencing
bessere Performanz und Flexibilität von Arbeitsplatzrechnern
z.B. Schachprogramme, Faktorisierung einer 100-stelligen Zahl auf 400 Workstations im Internet,
Berechnung von fotorealistischen Bildern, Lastenausgleich, Nutzung von Spezialrechnern
Einfachere Wartung gegenüber vielen einzelnen PCs
Updates, Backup

Nachteile von verteilten Systemen

Abhängigkeit von der Leistung und Zuverlässigkeit des Netzes

erhöhtes Sicherheitsrisiko

Komplexität der Software

Notwendigkeit zur Bereitstellung von Rahmenbedingungen für den Entwurf und die Implementierung von verteilten Anwendungen;

Definition: Verteilte Anwendung: Eine Anwendung A heißt verteilt, wenn dessen Funktionalität in eine Menge von kooperierenden Teilkomponenten A₁,..., A_n, n ÎIN, n > 1 zerlegt ist; Jede Teilkomponente hat ihren eigenen internen Zustand. Die Teilkomponenten A_i sind autonome Verarbeitungseinheiten, die auf verschiedene Funktionseinheiten F_i abgebildet werden. Die Teilkomponenten A_i tauschen untereinander Informationen mittels des Netzes aus.

Ebenen von verteilten Systemen:

Ebenen in verteilten Sytemen

Ziel für verteilte Anwendungen ist es, für den Benutzer eine möglichst hohe und vielseitige Transparenz zu erreichen. Der Benutzer soll denken, er arbeitet mit einem "normalen", zentralen Dateisystem. Hierbei spielen besonders die Ortstransparenz, d.h. der Ort, an dem sich ein Objekt befindet, ob im Netz oder lokal, ist für den Benutzer uninteressant, die Zugriffstransparenz, d.h. auf alle Objekte wird in gleicher Weise zugegriffen, und die Nebenläufigkeitstransparenz, d.h. mehrere Benutzer oder Anwendungsprogramme können gleichzeitig auf gemeinsame Objekte (z.B. Daten) zugreifen ohne sich gegenseitig zu beeinflussen, eine Rolle.

Teilkomponenten der verteilten Anwendung kommunizieren über eine gemeinsame, integrierte Informationsverwaltung, z.B. ein gemeinsames Dateisystem. Die Informationen können über mehrere Rechner verteilt und repliziert sein. Es sollte keine direkte Kommunikation zwischen den Teilkomponenten geben, sondern nur über gemeinsame Daten. Das erfordert ein gemeinsames Datenmodell und ein gemeinsames Verständnis über die Semantik der gespeicherten Informationen. Konkurrierende Zugriffe müssen mittels Synchronisationsmechanismen koordiniert werden, z.B. Verwendung von Transaktionen (siehe Datenbanken).

Aufbau einer verteilten Anwendung

Integration von Software, welche die Kommunikation zwischen den entfernten Teilkomponenten regelt
=>Verwendung von Stellvertretern für die entfernten Teilkomponenten

Aufbau einer verteilten Anwendung

Aufgaben des Client Stub:

Spezifikation der aufgerufenen Prozedur, Zuordnung des Aufrufes zu Zielrechner, Darstellung der Parameter im Übertragungsformat
dekodieren der Ergebnisse und Übergabe an den Client
Blockierung des Client aufheben

Aufgaben der Server Stubs:

dekodieren des Aufrufs und der Parameter, Bestimmung der Aufrufadresse der Prozedur (z.B. mittels einer Tabelle)
Aufruf der Prozedur
kodieren der Ergebnisse und Aufrufkennung

Fehler in verteilten Anwendungen

- Fehler in lokaler Anwendung:

Behandlung auftretender Fehler

Ausnahmebehandlung
keine Behandlung

- Fehler in verteilter Anwendung:

Fehler können verursacht werden durch

Kommunikationsverbindung
Ausfälle von Maschinen
fehlerhafte RPC-Schnittstelle
fehlerhafte Realisierung der Teilkomponenten selbst

Beispiele:: Client stürzt ab =>; Server wartet auf RPC Anforderungen von nicht existentem Client; Server gibt belegte Betriebsmittel nicht frei; Server stürzt ab =>; Client kann keine Verbindung zu Server herstellen