Verteilte Systeme - V+EÜ (VS E)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Distributed Systems - L+EE)

Studienfächer/Prüfungsordnungsmodule:

Lehrveranstaltungen:

• • Verteilte Systeme
    (Vorlesung, 2 SWS, Tobias Distler et al., Do, 14:15 - 15:45, 0.031-113)
  • Erweiterte Übungen zu Verteilte Systeme
    (Übung, 4 SWS, Christopher Eibel et al., Mi, 14:15 - 15:45, 02.151b-113; Do, 16:00 - 17:30, 0.031-113; ab 27.4.2017)

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.

• bewerten die Serialisierungsroutinen von Java RMI.

• erproben die manuelle Serialisierung von Nachrichten.

• bewerten die Performanz des eigenen Fernaufrufsystems im Vergleich zu Java RMI.

• gestalten ein Modul zur Unterstützung verschiedener Fernaufrufsemantiken (Maybe, Last-of-Many, At-Most-Once) 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).

• konzipieren einen Zustandstransfermechanismus für die eigene replizierte Anwendung, mit dessen Hilfe der Neustart von Replikaten toleriert werden kann.
  

• 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 und optimieren 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.

Studien-/Prüfungsleistungen:

Verteilte Systeme (Vorlesung mit erweiterten Übungen) (Prüfungsnummer: 743260)

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

zugeh. "mein campus"-Prüfung:

37152 Verteilte Systeme und Betriebssysteme (7,5 ECTS) (Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 38152 Verteilte Systeme und Betriebssysteme (7,5 ECTS) (Informatik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 17028 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 17128 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 17328 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 17428 Wahlpflichtmodul aus INF, 7,5 ECTS (Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) 2010, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 49853 Vertiefungsrichtung Eingebettete Systeme (7,5 ECTS) (Mechatronik (Bachelor of Science) 2009, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter). 49853 Vertiefungsrichtung Eingebettete Systeme (7,5 ECTS) (Mechatronik (Master of Science) 2012, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 7.5 ECTS, Platzhalter).

Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Erfolgreiche Bearbeitung aller sechs Übungsaufgaben zu den erweiterten Übungen (Bewertung jeweils mit "ausreichend") und 30-minütige mündliche Prüfung.
Die Modulnote egibt sich zu 100 % aus der Bewertung der mündlichen Prüfung.

Erstablegung: SS 2017, 1. Wdh.: WS 2017/2018

1. Prüfer:

Tobias Distler (100377)