PD Stefan Bosse - VPP - Modul G: Verteilte Programmierung (WEB)

Verteilte und Parallele Programmierung

Mit Virtuellen Maschinen

PD Stefan Bosse

Universität Bremen - FB Mathematik und Informatik

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Verteilte Programmierung (WEB)

Wie können WEB Browser für die verteilte Datenverarbeitung genutzt werden?

Zentrales Thema Kommunikation: Wie können WEB Browser (und WEB Seiten) vernetzt werden?

Prozesskommunikation mit Channels über WEB Sockets und WEB Real-time Communication

Gruppenkommunikation

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Verteilte Systeme

  • Parallele Systeme sind eng gekoppelt. Kommunikation zwsichen Prozessen nutzt:

    • Physisch geteilten Speicher (Unsynchronisierter Datenauschtausch);
    • Semaphoren (Synchronisation, Kooperation, Schutz), häugfig durch Betriebssystem implementiert;
    • Datenkanäle (Channels, Synchronisierter Datenaustausch).

  • Verteilte Systeme sind lose gekoppelt und können für die Synchronisation nicht auf das Betriebssystem und die technischen Eigenschaften des Hostrechners zurückgreifen!

    • Aber Channels können auch zwischen getrennten Rechner mit Nachrichtenkommunikation implementiert werden!
    • Channels können dann genutzt werden um andere Synchronisationsobjekte (z.B. Semopahoren) zu implementieren
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Verteilte Systeme

Parallele Systeme sind i.A. synchrone Prozesssysteme

Verteilte Systeme sind inherent asynchron und können nicht grundsätzlich und zuverlässig synchronisiert werden!

  • Kommunikation mit Nachrichten erfordert ein Kommunikationsprotokoll (siehe ISO Netzwerkschichten)
    • HTTP/HTTPS (Hyper Text Transfer Protocol + Secure, temporär verbindungsorientiert) →
    • TCP (Transmission Control Protocol, verbindungsorientiert, zuverlässig) |
    • UDP (User Datagram Protocol, verbindungslos, nicht zuverläassig)
    • WEB Sockets (aufbauend auf HTTP/HTTPS/TCP)
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Verteilte Systeme

  • Parallele Systeme arbeiten häufig nach dem Prinzip der Produzenten-Konsumenten Interaktion und Partitionierung

  • Es gibt häufig einen ausgewiesenen Master und eine Vielzahl von Worker Prozessen

  • In verteilten Systemen gibt es häufig ein Leader Prozess (der selbst aber auch Worker sein kann)

  • Leader und Worker bilden eine (temporäre) Gruppe

    • Der Leader kann vorherein fest stehen oder von der Gruppe gewählt werden → Leader Election Algorithmen
    • Der Leader vermittelt Worker und Kommunikation
    • Kommunikation kann zwischen Worker und Leader und zwischen Workern stattfinden
    • Gruppenkommunikation (Broad- und Multicast)
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Verteilte Systeme

  ┌────────┐          ┌────────┐
  │ P1     │          │ P2     │
  │ Worker │ ◀──────▶ │ Worker │
  └────────┘          └────────┘
     ▲  ▲                  ▲    
     │  │   ┌───────┐      │    
     │  └─▶ │ P5    │ ◀────┘    
     │  ┌─▶ │ Master│ ◀────┐    
     │  │   └───────┘      │    
     ▼  ▼                  ▼    
  ┌────────┐          ┌────────┐
  │ P3     │          │ P4     │
  │ Worker │ ◀──────▶ │ Worker │
  └────────┘          └────────┘

Verteiltes Prozesssystem mit Leader(Master) und Workern und Kommunikationskanälen

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Sockets

  • Ein Socket ist sowohl ein Kommunikationsendpunkt (zum Empfang von Nachrichten) als auch ein Sender von Nachrichten

  • Sockets (die i.A. zu Prozessen gehören) können miteinander verbunden werden (verbindungsorientierte Kommunikation mit Sessions) oder verbindungslos Datenpakete sich gegenseitig zusenden

  • Ein Socket wird durch eine lokale oder netzwerkweite Identifikation (Pfad, Nummer, Nummer und Netzwerkadresse des Gerätes, Namen usw.) erreicht

 <ip:port>                       <ip:port>  
┌────────┐        data msg       ┌────────┐ 
│ Socket ├──────────────────────▶│ Socket │ 
└────────┘        send(data)     └────────┘
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Beispiel: TCP Socket in Lua/LVM

Server

local server = luv.net.tcp()
server:bind(host, port)
 function on_conncetion(chanClient)
  -- handle client request
  client:write(data)
end
server:listen(128, function(err)
  -- Accept the client
  local chanClient = luv.net.tcp()
  server:accept(chanClient)
  on_connection(chanClient)
end)

Klient

local chanClient = luv.net.tcp()
chanClient:connect(host, port, 
  function (err)
    -- check error and carry on.
    chanClient:write(data)
    data=chanClient:read()
end)

Lua Socket mit bidirektionaler TCP Kanalverbindung

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WEB Sockets

  • HTTP bietet sogenannte "pull" Anfragen (GET/POST), auf die es eine Antwort gibt (response).

  • WEB Sockets bieten eine Zweiwege (bidirektionale) Kommunikation zwischen ursprünglich einem Server und einem Klienten (d.h. auch die andere Seite kann direkt Daten senden)

  • WEB Sockets werden über das HTTP(S) Protokoll verhandelt und eine Socket Verbindung aufgebaut

  • Auch für die bidirektionale Kommunikation zwischen WEB Browsern geeignet

  • WEB Sockets nutzen (zwei) TCP Verbindungen um Datenströme zu übertragen. Die Übertragung ist als zuverläassig anzusehen (anders als bei UDP)

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WEB Sockets

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