Verteilte Systeme - V+Ü (VS-VU)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Distributed Systems - L+E)
(Prüfungsordnungsmodul: Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)

Lehrveranstaltungen:

• • Verteilte Systeme
    (Vorlesung, 2 SWS, Jürgen Kleinöder et al., Do, 10:15 - 11:45, 0.031-113)
  • Übungen zu Verteilte Systeme
    (Übung, 2 SWS, Tobias Distler et al., Mi, 12:15 - 13:45, 0.031-113; Mi, 14:15 - 15:45, 02.151a-113; ab 20.4.2015)

Empfohlene Voraussetzungen:

Gute Programmierkenntnisse in Java

Inhalt:

Bestandsaufnahme, Beispiele Verteilter Systeme, Problembereiche

Eigenschaften Verteilter Systeme

• Physikalische/logische Verteiltheit

• Heterogenität, Nebenläufigkeit, Fehlerverarbeitung

• Sicherheit, Offenheit, Skalierbarkeit, Transparenz
  

Architekturen Verteilter Systeme

Interprozesskommunikation und Fernaufrufe

• Nachrichtenaustausch

• IPC-Semantiken und -varianten

• Fernaufrufe – Kommunikation und Semantikaspekte

• Fernaufrufe – Parameterübergabe, Nachrichtenerstellung, Realisierungsaspekte
  

Verteilte Anwendungen und Middleware

Fehlertoleranz in Verteilten Systemen: Beispiel: FT-CORBA

• Middleware und Replikationskonzepte
  

Multicast-Kommunikation

Zeit in Verteilten Systemen

• Logische Uhren

• Uhrensynchronisation
  

Verteilte Algorithmen

• Synchronisation und gegenseitiger Ausschluss

• Wahlverfahren

Inhalt der Übungen:
Fernaufrufsystem

• Implementierung eines Java-RMI-ähnlichen Systems

(RMI als Anwender ausprobieren, Serialisierung in Java Threads und Synchronisierung in Java, (Dynamische) Generierung von Proxies, Rückruf/Callback, RPC-Semantiken, Replikation)

Lesen und Begutachten von Fachliteratur

Verteilte Algorithmen

• Basisabstraktionen für verteilte Algorithmen

• Implementierung einfacher verteilter Algorithmen

Lernziele und Kompetenzen:

Studierende, die das Modul erfolgreich abgeschlossen haben:

• definieren charakteristische Merkmale und Eigenschaften eines verteilten Systems.

• beschreiben grundlegende Probleme im Zusammenhang mit der Realisierung verteilter Systeme.

• vergleichen unterschiedliche von verteilten Systemen bereitgestellte Transparenzeigenschaften.
  

• stellen verschiedene Architekturelemente und -muster verteilter Systeme gegenüber.
  

• erklären diverse Eigenschaften von Netzwerken und ihre Konsequenzen für die Entwicklung verteilter Systeme.

• skizzieren unterschiedliche Methoden zur Abwicklung von Interprozesskommunikation sowie ihre Verwendung zur Realisierung von Fernaufrufen.
  

• untersuchen die Unterschiede zwischen lokalen Methodenaufrufen und Fernmethodenaufrufen.

• fassen die Grundlagen von Systemen mit verteiltem gemeinsamen Speicher zusammen.

• vergleichen Ansätze zur Konvertierung von Nachrichten zwischen verschiedenen Datenrepräsenationen (XDR, sendeseitig, empfangsseitig).

• beschreiben Methoden zur Behandlung verwaister Fernaufrufe.

• konzipieren eine eigene auf Java RMI basierende Anwendung.

• entwickeln ein eigenes Fernaufrufsystem nach dem Vorbild von Java RMI.

• gestalten ein Modul zur Unterstützung verschiedener Fernaufrufsemantiken (Maybe, Last-of-Many) für das eigene Fernaufrufsystem.

• beurteilen auf Basis eigener Experimente mit Fehlerinjektionen die Auswirkungen von Störeinflüssen auf verschiedene Fernaufrufsemantiken.
  

• erläutern Aufbau und Funktionsweise von Middleware-Systemen am Beispiel CORBA.
  

• klassifizieren Mechanismen zur Bereitstellung von Fehlertoleranz, insbesondere verschiedene Arten der Replikation (aktiv vs. passiv).

• erklären die Realisierung diverser Fehlertoleranzmechanismen am Beispiel FT-CORBA.

• entwickeln ein eigene aktiv replizierte Anwendung zur Erforschung der mit dieser Replikationsart verbundenen Problemstellungen (z.B. Determinismus).
  

• illustrieren das Problem einer fehlenden gemeinsamen Zeitbasis in verteilten Systemen.

• erforschen logische Uhren als Mittel zur Reihenfolgebestimmung.

• vergleichen Methoden zur Synchronisation physikalischer Uhren (CNV, NTP).
  

• unterscheiden grundlegende Zustellungs- und Ordnungsgarantien beim Multicast von Nachrichten.

• gestalten ein Protokoll für den zuverlässigen und totalgeordneten Versand von Nachrichten in einer Gruppe von Knoten.
  

• vergleichen Algorithmen zur Wahl eines Anführers auf verschiedenen Netzwerktopologien (Ring, Baum).
  

• bewerten diverse verteilte Algorithmen zur Realisierung gegenseitigen Ausschlusses (z.B. zentraler Koordinator, Maekawa).

• entwickeln einen Dienst zur Verwaltung verteilter Sperrobjekte auf Basis von Lamport-Locks.
  

• bewerten die Qualität einer aktuellen Publikation aus der Fachliteratur.
  

• erschließen sich typische Probleme (Nebenläufigkeit, Konsistenz) und Fehlerquellen bei der Programmierung verteilter Anwendungen.

• können in Kleingruppen kooperativ arbeiten.

• können ihre Entwurfs- und Implementierungsentscheidungen kompakt präsentieren und argumentativ vertreten.

• reflektieren ihre Entscheidungen kritisch und leiten Alternativen ab.

• können offen und konstruktiv mit Schwachpunkten und Irrwegen umgehen.
  

Literatur:

• George Coulouris, Jean Dollimore, Tim Kindberg, and Gordon Blair. Distributed Systems: Concepts and Design. Addison Weslie, fifth edition, 2011.

• Andrew S. Tanenbaum and Maarten van Steen. Distributed Systems: Principles and Paradigms (2Nd Edition). Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ, USA, 2006.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Mathematik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2015w | Bachelorprüfung | Nebenfach Informatik | Vertiefungsmodule | Vertiefungsmodul Verteilte Systeme und Betriebssysteme)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Verteilte Systeme (Vorlesung mit Übungen) (Prüfungsnummer: 649073)

(englischer Titel: Distributed Systems (Lecture with Exercises))

Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Erfolgreiche Bearbeitung aller sechs Übungsaufgaben (Bewertung jeweils mit "ausreichend") und 20-minütige mündliche Prüfung.
Die Modulnote ergibt sich zu 100 % aus der Bewertung der mündlichen Prüfung.

Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Jürgen Kleinöder