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Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse. Einige Grundlagen 28.10. 2002 Bernard. Grundlegendes zu Software-Architekturen. Struktur Motivation Ursprung und Begriffsdefinition Design und Architekturen Systemarchitekturen – Beispiel Schichtenmodell

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  1. Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse Einige Grundlagen 28.10. 2002 Bernard Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  2. Grundlegendes zu Software-Architekturen Struktur • Motivation • Ursprung und Begriffsdefinition • Design und Architekturen • Systemarchitekturen – Beispiel Schichtenmodell • Patterns – Beispiele • Frameworks Fazit Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  3. 1. Motivation – Wozu Architekturen ? • hierzu, nicht unbedingt.... Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  4. 1. Motivation – Wozu Architekturen ? • hierzu bestimmt ! Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  5. 1. Motivation – Wozu Architekturen ? • Überblick: • Strukturierung komplexer Systeme ( Baupläne) • Kommunikation komplexer Systeme • Koordination • Kostenschätzung... • Kostenreduzierung, z.B. durch • Wiederverwendung ( Standard-Fenster) • Gute Entwürfe recyclen ( Grundrisse)... • Der Architekt weiß, wie es geht ! • .... Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  6. 2. Software-Architektur – Ursprung: In programming, the term architecture was first used to mean a description of a computer system that applied equally to more than one actual system. In 1969, Fred Brooks and Ken Iverson called architecture the "conceptual structure of a computer...as seen by the programmer"...."Where architecture tells what happens, implementation tells how it is made to happen." (Paul Clements, Software Engineering Institute;http://www.sei.cmu.edu/architecture/essays.html) Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  7. 2. Software-Architektur – Definitionen. There is no standard, universally-accepted definition of the term, for software architecture is a field in its infancy, although its roots run deep in software engineering. (Software Engineering Institute / Carnegie Mellon University;http://www.sei.cmu.edu/architecture/definitions.html) Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  8. 2. Software-Architektur – Definitionen: An architecture is the set of significant decisions about the organization of a software system, the selection of the structural elements and their interfaces by which the system is composed, together with their behavior as specified in the collaborations among those elements, the composition of these structural and behavioral elements into progressively larger subsystems, and the architectural style that guides this organization - these elements and their interfaces, their collaborations, and their composition. (Booch, Rumbaugh, Jacobson (1999): The UML Modeling Language User Guide, Addison-Wesley). Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  9. 2. Software-Architektur – Definitionen: The software architecture of a program or computing system is the structure or structures of the system, which comprise software components, the externally visible properties of those components, and the relationships among them (Bass, Clements, Kazman (1997): Software Architecture in Practice, Addison-Wesley). Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  10. 3. Design und Architekturen: • Der Schritt der Systemanalyse (z.B. domain analysis,...Literatur: z.B. Booch et al. (1999); Östereich (97-01)) mit dem elementaren Ziel: Systemanforderungen ermitteln und dazu passende Systemform findenwird hier überschritten... • Ein weiteres grundlegendes Ziel des Software-Engineer ist die Wiederverwendungbestehender Konzepte/Komponenten bzw. Wiederverwendbarkeit der zu entwickelnden Komponenten Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  11. 3. Design und Architekturen: • Techniken zur Wiederverwendung bzw. zum Teilen (sharing) eines Ansatzes über mehrere Projekte (nach Szyperski 1999): • Konsistenz teilen: Programmiersprachen • Lösungsfragmente teilen: Programm-Bibliotheken • Absprachen teilen: Schnittstellen • Interaktions-Architekturen teilen: Pattern • Teilarchitekturen teilen: Frameworks • Gesamtstruktur teilen: Systemarchitektur Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  12. 4. Systemarchitekturen - Schichtenmodelle • Beispiel Java: Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  13. 4. Systemarchitekturen - Schichtenmodelle • Beispiel 2-tier; client/server (seit den 80‘ern): Client:User Interface + Prozessmanagement Server: DBMS + Prozessmanagement Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  14. 4. Systemarchitekturen - Schichtenmodelle • Beispiel 3-tier; client/application-server/data-server(seit den 90‘ern): Client:User Interface Application Server: Prozessmanagement(Prozesslogik) Data Server: DBMS Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  15. 4. Systemarchitekturen - Schichtenmodelle • Beispiel ISO/OSI Referenzmodell für Netzwerkanwendungen: Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  16. 4. Systemarchitekturen – Service based architecture • Dynamische Systemintegration • program to program communictaion • Zusammenfügen von Anwendungskomponenten zur Laufzeit (z.B. freie Wahl bei der Inanspruchnahme kostpflichtiger Angebote im WWW) Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  17. 4. Systemarchitekturen – Service based architecture • Service • Implementierung eines (standardisierten) Interfaces, das eine Menge von Operationen über ein Netzwerk verfügbar macht. • Das Interface „versteckt“ Implementierungsdetails, so dass es unabhängig von der verwendeten Hard- und Softwareplattform genutzt werden kann (cross technology implementation). • Wird durch eine service description beschrieben, welche alle Informationen enthält, die zur Interaktion mit dem Service erforderlich sind. Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  18. 4. Systemarchitekturen – Service based architecture (find-bind-publish) • Basiert auf den Interaktionen dreier Rollen: • 1. Service provider • 2. Service registry • 3. Service requestor Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  19. 4. Schichtenmodelle – Eigenschaften: • Ziel Abstraktion einzelner Schichten um diese austauschbar zu machen ( Interoperabilät): • Beschreibung von Schnittstellen • stricly layered versus non-strictly layered • Grundlegendes Prinzip der heute verwendeten Middleware-Ansätze Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  20. 4. Architekturelemente (mehrschichtigen Systemen) • Mehrschichtige Systeme sind aus einer Vielzahl von Komponenten aufgebaut. • Daraus ergeben sich unterschiedliche, immer wiederkehrende Anforderungen: • Transparenz, plattformneutrale Kommunikation • Auffinden und Aktivierung von Komponenten • Performance, Skalierbarkeit, Quality of Service  Für viele dieser Probleme gibt es daher Lösungsmuster (patterns) die sich in vielen Systemen/Middlewares wiederfinden. Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  21. 5. Patterns – Kommunikationsmuster • Sowohl die einzelnen Schichten als auch Komponenten innerhalb einer Schicht müssen durch Kommunikationsmechanismen verbunden werden • Arten der Kommunikation: 1. Lokaler Server (native procedure call) 2. Synchroner RPC (Remote Procedure Call) 3. Asynchroner RPC 4. Message-basiert (Publish-Subscribe) Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  22. 5. Patterns – Synchrone Kommunikation (S-RPC) • Alle Komponenten sollten gleich angesprochen werden können, egal ob sie lokal oder verteilt sind • Proxy-Pattern AbstractService +service() Client Proxy Service +service() +service() -marshal() 1 1 -unmarshal() Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  23. 5. Patterns – Dynamischer Ablauf S-RPC Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  24. 5. Patterns – Broker • Wie lokalisiert man Komponenten? • Wie initiiert man die Kommunikation? Proxy Proxy Broker * 1 message exchange message exchange +service() +service() +locate_service() -marshal() -marshal() * 1 +register_service() -unmarshal() -unmarshal() * * calls calls 1 1 Client Service +service() Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  25. 5. Patterns – Dynamischer Ablauf Broker Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  26. 5. Patterns – Asynchrone, zeitunabhängige Kommunikation A-RCP • Probleme bei der synchronen Kommunikation: • Clients müssen warten, bis das Ergebnis geliefert wird • Clients müssen immer online und in Verbindung mit dem Server bleiben Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  27. 5. Patterns – Publisher-Subscriber A-RCP Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  28. 5. Patterns – Dynamischer Ablauf A-RCP  Mehr patterns - Folien von M. Stal:Effective Architectures for Distributed Object Computing Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  29. 6. Frameworks - Eigenschaften • Frameworks: • fassen Patterns zu logischen Einheiten zusammen • sind nicht nur abstrakte Konzepte sondern sind durch Implementierungen realisiert • zielen meist auf einen speziellen Anwendungsbereich • Bspe: Klassenbibliotheken, GUI-Toolkits, ... • Systemarchitekturen bedienen sich eines oder mehrere frameworks Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  30. 6. Frameworks - Eigenschaften • white box framework • Strukturierte Sammlung von Quelltexten • Interoperabilität zur Kompilierzeit • Implementierung transparent • black box framework • Strukturierte Sammlung von binären Entitäten (components) • plug-and-play zur Laufzeit • Implementierung unbekannt Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  31. Fazit • Architekturen dienen: • der Strukturierung, • der Kommunikation von Designentscheidungen, • des Systementwurfes, • der Beschreibung der Interaktionen und Schnittstellen. • Auf unterschiedlichen Granularitätsebenen finden sich mit höher werdender Granularität: Systemarchitekturen, Frameworks und Patterns Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

  32. Fazit • In Architekturen finden sich wiederkehrende Muster (patterns) • Frameworks erlauben die dynamische Konfiguration eines aus patterns aufgebauten Anwendungsgerüsts (toolbox) • Systemearchitekturen beschreiben das Gesamtsystem, weit verbreitet sind multi-tier Architekturen  Abstraktion durch Schichten  Interoperabilität durch definierte Schnittstellen und Protokolle Architekturen interoperabler Systeme für raumzeitliche Prozesse

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