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R. P.
Diese Lernkarten behandeln fortgeschrittene Themen der Mathematik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf verteilte Systeme, Transparenz-Eigenschaften, Deadlocks und deren Behandlung, sowie Konsistenz globaler Zustände. Sie eignen sich für Studierende und Fachleute, die sich mit den Herausforderungen und Vorteilen verteilter Systeme auseinandersetzen, um deren Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern.
Karten
16
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Mathematik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
10.03.2017 / 15.03.2017

Lernkarten

Vorteile verteilter Systeme

  • Abbild organisatorischer Gliederungen
  • Erweiterbarkeit /Skalierbarkeit / Modularität
  • höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
  • Replikation (Redundanz)
  • unabhängiges Fehlerverahlten
  • kurze und vorhersehbare Antwortzeiten
  • Kostenvorteile (Hardware vs. Software)
  • Sicherheit?

Nachteile verteilter Systeme

  • Abhängigkeit vom Netzwerkt (Interconnectivity)
  • Interferenzen / Abhängigkeiten von Teilkomponenten
  • Propagieren von Effekten (z.B. Effekten)
  • Folgen hoher Komponentenzahl (Engpässe)
  • Partielles Fehlerverhalten
  • weniger Flexibilität bei der Zuweisung von Ressourcen
  • kein gemeinsamer Zustand (auch keine gemeinsame Uhr)
  • Sicherheit
  • Koordinationsprobleme!!

Herausforderungen

  • Einzelprozessorsysteme
  • Getrennte Adressräume
  • Nebenläufigkeit
  • Heterogenität
  • Fehlerbehandlung
  • Skalierbarkeit
  • Offenheit
  • Sicherheit 
  • Transparenz

Transparenz-Eigenschaften verteilter Systeme

  • Zugriffstransparenz
  • Ortstransparenz
  • Nebenläufigkeitstransparenz
  • Replikationstransparenz
  • Fehlertransparenz
  • Migrationstransparenz
  • Leistungstransparenz
  • Skalierungstransparenz

Kommunikationsformen

verwendet zwischen Netzknoten, Rechnern, Prozessen, Anwendungen...

  • Nachrichten
  • Prozeduraufrufe
  • gemeinsam zugänglicher SPeicherbereich (physisch/logisch)

CAP-Theorem

Erwünschte Eigenschaften:

 

  • Consistency
  • Availablility
  • Partition Tolerance (Fehlertoleranz)

Unmöglich alle 3 gleichzeitig zu erreichen nur 2 von 3 möglich. Wahl der Eigenschaften bestimmt die Einsatzmöglichkeiten des Systems

SOA-Dreieck

Transparenzen

Zugriffstransparenz: enables local and remote resources to be accessed using
identical operations

Ortstransparenz: enables resources to be accessed without knowledge of
their physical or network location (for example, which building or IP address).

Nebenläufigkeitstransparenz:  enables several processes to operate concurrently
using shared resources without interference between them.

Replikationstransparenz:  enables multiple instances of resources to be used to 
increase reliability and performance without knowledge of the replicas by users or 
application programmers, e.g. Web servers

Fehlertransparenz: enables the concealment of faults, allowing users and 
application programs to complete their tasks despite the failure of hardware or 
software components, e.g. message retransmission, failure of a web server node 
should not bring down the web site - Mitteilung über nicht verfügbaren Dienst an den Anwender wenn kein anderer Fallback möglich ist (wie z.bsp. erneuter Versuch oder anderer Server)

Migrationstransparenz:  allows the movement of resources and clients within a 
system without affecting the operation of users or programs, e.g. switching from 
one name server to another at runtime; migration of an agent/process form one 
node to another.

Leistungstransparenz: allows the system to be reconfigured to improve 
performance as loads vary, e.g., dynamic addition/deletion of components, e.g. 
switching from linear structures to hierarchical structures when the number of 
users increase.

Skalierungstransparenz: allows the system and applications to expand in scale 
without change to the system structure or the application algorithms.

Bedingungen für Deadlocks

  • Mutual exclusion
  • Hold and wait
  • No preemption
  • Circular wait

Livelock

Threads/Prozesse agieren in begrenzten Zuständen ohne dass das System voranschreitet.

Beispiel: Zwei Personen treffen sich im engen Flur und weichen jeweils zur Seite aus ohne dass der andere vorbei kommt

Behandlung von Deadlocks

• Ignorieren: Vogel-Strauß-Methode, wegen geringer Deadlockwahrscheinlichkeit
teilweise akzeptabel
• Vorbeugung: Verhinderung des Eintretens mindestens einer Deadlockbedingung
— Mutual Exclusion -> Spooling
— Hold and wait -> Alle Betriebmittel auf einmal anfordern
— Ununterbrechbarkeit -> Timeouts, Betriebsmittelentzug
— Zyklisches Warten -> Nummerierte Ressourcen nur aufsteigend reservieren
• Beseitigung: Situationsbedingte Detektion von Deadlock-Situationen und deren 
Aufhebung
— WaitFor-Graph auf Zyklen untersuchen und Prozesse abbrechen
• Vermeidung: Umsichtige Vergabe von Betriebsmitteln, d.h. nur wenn ein sicherer 
Zustand erreicht wird
— Bankiers-Algorithmus 

Speedup laut Ahmdalschem Gesetz

p = paralleler Anteil

N = Anzahl Prozessoren

Serialisierbarkeit

Als serialisierbar bezeichnet man einen Ausführungsplan(Historie) für die parallele Ausführung mehrerer Transaktionen, wenn er zum selben Ergebnis führt wie eine nacheinander (seriell) ausgeführte Historie über dieselben Transaktionen.

Square and Multiply

y =  m ^  c mod n = 15 ^ 13 mod 77 = 64 mod 77

13(:2) 15
6 15^2 =   225 mod 77  =  71
3 71^2 =  5041 mod 77  =  36
1 36^2 =  1296 mod 77  =  64

=> y = 15 · 36 · 64 mod 77 = 34560 mod 77 = 64

links steht der Exponent, rechts die Basis; links ”Halbieren und Abrunden”, 
rechts: ”Quadrieren und ggf. Reduzieren”; am Ende: alle Zahlen aus der 
rechten Spalte aufmultiplizieren, wenn der Wert in der linken Spalte 
ungerade ist

Konsistenz globaler Zustände

Für jedes Ereignis müssen die vorhergehenden Ereignisse erfasst werden.

Christians Methode

Tsyn = t + Tround / 2

t = Zeitserverzeit

Tround = Zeit von Anfrage bis Antwort von Zeitserver

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