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Implementierung komplexer Systeme
6.1
Verteilte objektorientierte Systeme
Analyse
Entwurf
Implementierung
Test,
Integration
Wartung
.KVGTCVWT
$CN\GTV$CPF.'
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Softwaretechnologie II
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
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Softwaretechnologie II
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
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Softwaretechnologie II
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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 14750 (IDL), ISO 19500-2 (Interoperability)
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Object Management Architecture (OMA)
Finanzen
Finanzen
Telekommunikation
Telekommunikation
Electronic
ElectronicCommerce
Commerce
......
Vertikale
CORBAfacilities
Nicht standardisiert:
Anwendungsspezifische
Objekte
Objekte der
Anwendung
Nutzerschnittstelle
Nutzerschnittstelle
Informationsmanagement
Informationsmanagement
Systemmanagement
Systemmanagement
......
Horizontale
CORBAfacilities
Object Request Broker (ORB) - Objektbus
Lifecycle
Lifecycle
Event
Event
Naming
Naming
Persistence
Persistence
Transactions
Transactions......
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Objektdienste
(CORBAservices)
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Externalization
Externalization
Security
Security
Time
Time
Properties
Properties
Licensing
Licensing......
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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)
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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
"Suggestion"
einer einheitlichen
Schnittstelle
über IDL
Object Request Broker (ORB)
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Generierung von Stubs und Skeletons
SchnittstellenDefinition in IDL
(statisch)
Servant-Code
IDL-Compiler
Client-Code
IDL stub (Code)
IDL skeleton (Code)
Übersetzen und Binden
Übersetzen und Binden
Client
Servant
stub
skeleton
ORB
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Proxy-Entwurfsmuster in CORBA
Proxy
Original
ClientObjekt
ServantObjekt
Original
Proxy
Proxy
Stub
Skeleton
Proxy
Object Request Broker (ORB)
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ORB-Architektur in CORBA
ServantObjekt
ClientObjekt
dynamisch
statisch
IDL Stub
(statisch)
DII
IDL Skeleton DSI
(statisch)
ORB
interface
object adapter
Object request Broker (ORB) core
Interface Repository
Implementation Repository
Stubs: Static Invocation Interface (=SII)
Skeletons: Static Skeleton Interface (=SSI)
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DII = Dynamic Invocation Interface
DSI = Dynamic Skeleton Interface
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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
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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)
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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
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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
–
–
–
–
–
–
Verbunde (struct)
Vereinigung
Aufzählung
Sequenzen
Strings
Felder
– CORBA Objektreferenz
– Value-Typ (Objekte als Werte)
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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
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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
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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
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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);
}
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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();
};
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Zähler-Beispiel: Stubs/Skeletons erzeugen
Kommandos:
idl2java Counter.idl
idl2java CounterFactory.idl
Erzeugte Dateien (u.a.):
<IDL-Schnittstelle>.java
<IDL-Schnittstelle>Operations.java
Java-Interface
Signaturen d. Operationen
<IDL-Schnittstelle>Helper.java
<IDL-Schnittstelle>Holder.java
Nützliche Hilfsoperationen
Hilfsklasse für Parameter
_<IDL-Schnittstelle>Stub.java
<IDL-Schnittstelle>POA.java
Stub-Code
Skeleton-Code für POA
<IDL-Schnittstelle>POATie.java
Objektimpl. f. Tie-Ansatz
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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
public
public
public
void count ();
void countn (int n);
int getcount ();
void getcountp (org.omg.CORBA.IntHolder count);
}
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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();
}
}
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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
}
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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;
}
}
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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();
}
}
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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());
}
}
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Interaktion von ORBs
Client
ORB A
Servant
KommunikationsNetz
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
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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)
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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:
ClientObjekt
ServantObjekt
Object Request Broker (ORB) - Objektbus
Name Server
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CORBA Service: Naming Service (2)
• Beispiel für Interaktion Servant-Objekt und Name Server:
cfImpl : Counter
FactoryImpl
: Server
: ORB
nc:
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))
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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()
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Evolution der OMA
• 1991:
CORBA Core 1.0
– Architektur, Kommunikation
– Interoperabilität
• 1995:
1999(+):
CORBA 2.0
CORBA 3.0 (langfristigere "Vision")
• 1994-1996:
CORBAservices
– Grunddienste für objektorientierte Anwendungen
• seit 1995:
CORBAfacilities
– Dienste für spezielle Anwendungsbereiche
– Allgemeine übergreifende Systemdienste
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Neuere CORBA-Versionen (2.4 und 3.0)
• Neuigkeiten in CORBA 2.3 und 2.4 (1999-2000):
– 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
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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
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