Infrastrukturen f

1
Infrastrukturen für Informationssysteme
2
Überblick

• N-Tier-Architektur eines Informationssystems
• Begriff Middleware
• Arten von Infrastrukturen
• Verteilte Datenbanken und Gateways (SQL/MED)
• Objektorientierte Middleware (CORBA, RMI, Java
  EE, Persistenz-Frameworks)
• Nachrichtenbasierte Ansätze (EAI, Messaging)

3
Wozu Infrastrukturen für Integration?

• Überwindung technischer Heterogenität
• bisher nur logische und semantische Probleme
  betrachtet
• Kommunikation zwischen Quelle und
  Informationssystem
• erfordert einheitliche Protokolle
• einfachste Infrastruktur HTTP-Protokoll zum
  Abruf physisch entfernter Informationen
• Aufgaben einer Integrationsinfrastruktur
• Quellen finden über eindeutige Bezeichner (URL,
  IP-Adresse) oder Suche in Verzeichnissen
• Anfragen an die Quellen senden, z.B.
  parametrisierte Funktionsaufrufe oder auch
  tatsächliche Anfragen in einer Query Language
• Quellen müssen Anfragen empfangen, Antworten
  generieren und zurückschicken können

4
Informationssystem als Verteilte Anwendung (4
Tier Model)
Grundlage für die meisten Applikationen im
E-Bereich E-Business, E-Commerce, E-Government
5
Architektur eines Informationssystems
6
Middleware

• Problem Transparenz
• Verteilung der Komponenten muss für Benutzer
  transparent sein (d.h. verteilt genauso wie auf
  einem Rechner)
• Orts-, Zugriffs- und Skalierungstransparenz
• Middleware Services (Middleware)
• in der Mitte zwischen Betriebssystemschicht und
  der darauf basierenden Netzwerk-Software sowie
  der spezifischen Anwendung
• Ermöglicht den Zugriff auf lokale und nichtlokale
  Services
• Middleware Softwareschicht auf Basis
  standardisierter Schnittstellen und Protokolle,
  die Dienste (Services) für eine transparente
  Kommunikation verteilter Anwendungen bereitstellt
• Weiterentwickung zu Application Server-Produkten
• SAP Netweaver
• IBM Websphere
• Oracle / BEA Weblogic

7
Middleware (Einordnung)
8
Ansätze für Integrations-Infrastrukturen

• Infrastruktur-Produkte sind anwendungs-unabhängig
• Über 100 Anbieter mit weltweitem jährl. Umsatz
  von zweistelligen Miliardenbeträgen
• Arten von Integrations-Infrastrukturen
• verteilte Datenbanken und Gateways
• objektorientierte Middleware (Vorläufer von
  Applikationsservern)
• nachrichtenbasierte Ansätze (a.k.a. Enterprise
  Application Integration, EAI)
• dienstbasierte Ansätze (Web Services, Enterprise
  Service Bus) ? Folgevorlesung

9
Verteilte Datenbanken

• Grundaufgabe Zugriff auf externe Daten aus einer
  Datenbank heraus
• Homogen
• Basieren auf RDBMS eines einzigen Herstellers
• Verschiedene Instanzen physisch verteilt,
  kommunizieren untereinander über oftmals
  proprietäre Protokolle (vgl. Oracle)
• Heterogen
• bestehen aus einem RDBMS
• Zugriff auf Datenbanken anderer Hersteller über
  produktspezifische Gateways
• Heterogen/generisch
• Bestehen aus einem RDBMS
• Zugriff auf andere Datenbanken über generische
  Schnittstellen
• Nicht relational
• RDBMS greift über Wrapper auf nicht relational
  gespeicherte Daten zu
• Verteilte Dateisysteme (Hadoop Distributed File
  System)

10
Homogene verteilte Datenbanken

• klassische verteilte Datenbanken
• Vorteile
• Ausfallsicherheit
• Erhöhte Performance (Alternative paralle DB und
  Cluster Computing)
• Zugriff auf verteilte Datenbankinstanzen
• spezielle externe Sichten (Database Links)
• Orts- aber keine Verteilungstransparenz
• Beispiel

CREATE DATABASE LINK server1 CONNECT TO
my_account IDENTIFIED BY my_pw USING server1
Verwendungin Anfrage
SELECT some_attribute FROM my_table_at_server1
11
Heterogene verteilte Datenbanken

• Gateways zum Zugriff auf Datenbanken anderer
  Hersteller
• Produkte
• IBM DataJoiner, jetzt Teil des WebSphere
  Information Integrator www.ibm.com/software/data/
  integration
• Oracle Transparent Gateways, siehewww.oracle.com
  /technology/products/com
• Aufgaben eines Gateways
• Syntaktische Übersetzungen von Anfrage(teilen)
  zwischen verschiedenen SQL-Dialekten
• Übersetzung von Datentypen
• Übersetzung von Zugriffen auf Kataloginformationen
  (ermöglicht Optimierung verteilter Anfragen)
• SQL-Standardisierung reduziert Heterogenität der
  Datenbanken

12
Generischer Zugriff auf verteilte Datenbanken

• Generische Schnittstellen für RDBMS
• ODBC Open Database Connectivity
• JDBC Java Database Connectivity
• OLE-DB Object Linking and Embedding
• Beispiel-SzenarioOracle Stored Procedure in
  Java, die über JDBC auf entfernte MySQL-DB
  zugreift
• Nachteile
• Keine systemübergreifenden Anfragen (nicht
  gleichzeitig auf lokalen und entfernten Tabellen)
• Keine Optimierung der Anfragen
• höherer Entwicklungsaufwand im Vergleich zu
  anderen Ansätzen

13
Zugriff auf nicht-relationale Quellen SQL/MED

• SQL-Standard 2003 erweitert für
  Informations-integration SQL/MED Management of
  External Data
• Konzepte von SQL/MED
• FOREIGN DATA WRAPPER Zugriff auf Datenquellen
  mit einem gemeinsamen Interface, Funktionalität
  zum Zugriff auf die jeweilige Quelle, Kommando
  registriert Wrapper, Implementierung muss
  gebunden sein
• FOREIGN SERVER gehört logisch zu einem FOREIGN
  DATA WRAPPER, beschreibt den Zugriff auf eine
  bestimmte Datenquelle des zugehörigen Typs
• FOREIGN TABLE beschreibt die Daten einer
  Datenquelle in relationaler Form, kann z.B. zur
  Definition von Tabellensichten auf externe
  XML-Dateien genutzt werden, Zusammenfassung
  verschiedener FOREIGN TABLES über ein FOREIGN
  SCHEMA möglich

14
SQL/MED (Forts.)

• Anfragebearbeitung
• Registrierung der notwendigen Wrapper, Server und
  externen Tabellen ? Verwendung wie lokale
  Tabellen
• Anfrageteile an jeweilige Datenquelle gesandt,
  FOREIGN Server helfen bei Anfrageplanung
• Konfiguration der FOREIGN-Konzepte über
  Attribut-Wert-Paare (z.B. Beschreibung einer
  Textdatei)
• Datentyp DATALINK
• zweite Erweiterung in SQL/MED
• explizite Verknüpfung zu einer Datei in einem
  DBMS-externen Dateisystem
• Dateizugriff über Optionen konfigurierbar

15
Objektorientierte Middleware

• Grundidee vollständige Kapselung der physischen
  Verteilung von Objekten
• Kommunikation
• entfernte Objekte spezifizieren Interface zur
  Publikation ihrer Methoden
• Aufruf der Methoden wie bei lokalen Objekten
• Middleware-Services übernehmen Aufgaben aus der
  Applikation
• Lokalisation von Objekten
• komplexere Transaktionsprotokolle
• verteilte Ausführung (Parallelisierung,
  Verfügbarkeit)
• Anwendungsunabhängigkeit, im Idealfall auch
  betriebssystem- und sprachunabhängig
• Beispiele CORBA, JAVA RMI, Java EE, .NET

16
Was leistet CORBA?

• Common
• Object
• Request
• Broker
• Architecture
• Standard der OMG 1992
• Beruht auf Objektmodell, Objektorientierte
  Programmierung
• Liefert abstrakte Beschreibung der Schnittstellen
  mit Interface Definition Language (IDL)
• Object Request Broker (ORB) ermöglicht
  Kommunikation und Koordination zwischen
  beliebígen CORBA-Objekten
• CORBA Services

17
CORBA Client-Server-Prinzip

• Client sendet Anforderung für einen Service an
  eine Objektimplementierung (Server)
• Server besitzt wohldefiniertes Interface, in
  Interface Definition Language (IDL) spezifiziert
• Übersetzungsroutinen für viele Programmiersprachen
  (Language Bindings)
• Ausführung des Services, Ergebnisse an Client
  zurück

18
CORBA Beispiel
19
Wie arbeitet CORBA?

• Object Request Broker (ORB)
• Einbettung von ObjektImplementierungen (Server
  Objekte)
• Vergabe von Objektreferenzen
• Entgegennahme von Aufrufen vom Client
• Transport der Aufrufe zum Server
• Ggf. Aktivierung eines Server-Objektes
• Übergabe des Aufrufs zum Serverobjekt
• Entgegennahme von Ergebnissen und Transport /
  Rückgabe zum Client
• Unterstützung von Sicherheits- und
  Abrechnungsfunktionen

20
CORBA Services and Facilities
Facilities
Vertical
Common
Corba
Corba
Corba
Facilities
Health
Tel
Finance
Application
Objects
Workflow
Facility
Horizontal
User
Information
Systems
Task
Common
Agent
Interface
Management
Management
Management
Facilities
Facility
...
Object Request Broker
Naming
Persistence
Life Cycle
Properties
Concurrency
Collections
Security
Trader
Change
Externalization
Events
Transactions
Query
Relationships
Time
Licensing
Management
Common Object
Services
21
Kritik an CORBA

• viele Service-Spezifikationen zu allgemein ohne
  konkreten Nutzen, z.B. Life Cycle-Service (zur
  Unterstützung des Objektlebenszyklus) oder
  Relationship Service (zur Verwaltung von
  Beziehungen zwischen Objekten)
• hohe Komplexität bei Erstellung von
  CORBA-basierten Anwendungen aufgrund
  Plattformunabhängigkeit (z.B. IDL, spezielle
  Datentypen)
• enge Kopplung von Objekten über statische
  Interface erschwert unabhängige Entwicklung
• unterschiedliche ORB-Varianten ? erschwerte
  Portabilität von Anwendungen

22
Java RMI als Alternative

• RMI
• basiert auf Java
• plattformunabhängig, erfordert nur JVM
• nur entfernte Java-Objekte ansprechbar
• CORBA
• verbirgt alle Abhängigkeiten durch Object Request
  Broker
• Sprachunabhängige Interface Definition Language
  (IDL)

23
Java Remote Method Invocation

• Erstellung von verteilten Java-Anwendungen
  (Java-to-Java )
• Methoden eines remote Java Objekts werden von
  einer JVM aufgerufen, die auf einem anderen Host
  läuft.
• ein Java Programm kann ein remote Objekt aufrufen
  sobald es eine Referenz des remote Objekts hat
• über den Bootstrap Naming Service von RMI oder
• über ein (Aufruf-) Argument bzw. einen
  Rückgabewert
• ein Client kann ein remote Objekt in einem Server
  aufrufen - Server kann wiederum ein Client eines
  remote Objekts sein
• Java Object Serialization zum Speichern und
  Retrieval von Java Objekten
• Zustand serialisiert über einen Stream
  geschrieben und gelesen (wie in Datei)
• Sockets als Basis-Kommunikationsmechanismen

24
Java-RMI Ablauf
JNDI
Stub
Java VM
1 lookup
Java VM
2 get
Java Applikation
4 call Skeleton
3 call
8 result

• Netz

Skeleton
5 call OBJ
6 return result
Java Object
Stub
7 result to Stub
25
Remote Method Invocation (RMI)

• entferntes Objekt (remote Object)
• Aufruf von Methoden von Java-Objekten, die auf
  anderer JVM erzeugt und verwaltet werden (auf
  anderem Rechner)
• rmic
• rein Java-basierte Lösung ? keine Sprache zur
  Schnittstellendefinition
• Compiler rmic generiert den Stub für Client und
  Server direkt aus den Klassen
• Java Skeleton Server Stub
• Registry
• Registrierung der remote objects beim Binder
• Ansprache über Binder oder handle-driven Broker

26
RMI Programmierung

• Erstellung eines RMI-Programms in folgenden
  Schritten
• Definiere das entfernte Interface (Interface
  Definition File), das die entfernten Methoden
  beschreibt, welche der Client benutzt zur
  Interaktion mit dem remote Server
• Definiere die Server-Applikation, welche das
  entfernte Interface implementiert (Interface
  Implementation File)
• Aus dem Interface Implementation File kann mit
  Hilfe des rmic-Compilers das Stub Class File
  generíert werden (Impl_stub.class)
• Starte die Registry und den Server
• Definiere den Client, der die entfernten Methoden
  des Servers aufruft und starte den Client

27
Java EE

• Java Plattform für Business Anwendungen als
  sprachspezifischer Ansatz zur Umsetzung einer
  objektorientierten Middleware
• Enterprise Edition Robuste Plattform für
  unternehmensweite, geschäftskritische Anwendungen
• Einbindung in Unternehmensinfrastruktur
• Transaktions-Unterstützung
• Datenbank Zugriff
• Komponentenmodell der Java EE basiert auf
  klassischer 3-Schichten-Architektur für verteilte
  Anwendungen
• Zwei Typen von Anwendungsarchitekturen
• Web basiert
• Traditionelle Client/Server Architektur

28
Architektur von Java EE 6
29
Beispiel Persistenz

• Java Persistence API
• Persistenz-Lösung bridge the gap between
  objects and relations
• Bestandteile
• Java Persistence API
• Query Language
• Beschreibung der objektrelationalen Abbildung
  (Metadaten)
• Java Database Connectivity API (JDBC)
• Aufruf von SQL aus Java heraus
• Nutzung der API aus Enterprise Bean, Servlet,
  JSP Seite

30
Persistenz von Java-Objekten

• Java-Objekte sind normalerweise transient
• Speicherungsmöglichkeiten
• Objektserialisierung
• Serializable
• Manuelles Objekt-Relationales Mapping
• Handgeschriebener JDBC-Code
• OR-Mapping-Tools
• Container Managed Persistence (EJB 2.x)
• Tools und Frameworks Castor/JDO, Hibernate
• Standards Java Persistence API (JPA)
• Objektorientierte Datenbanksysteme (OODBMS)
• db4o (Versant)

31
Persistenz von Java-Objekten (Forts.)

• Beispiel Hibernate
• Persistenz-Lösung bridge the gap between
  objects and relations

• Bestandteile
• Hibernate Konfigurationsdatei (XML)
• Beschreibung der objektrelationalen Abbildung
  (Metadaten) pro persistenter Klasse Hibernate
  Mapping XML-Datei
• Hibernate Query Language (HQL)
• Hibernate Java Library u.a. benötigte JAR-Dateien
  (Low-level API JDBC)
• Java-Klassen
• DB mit DB-Schema

32
Enterprise Application Integration

• Zwei Sichtweisen auf EAI
• Produkte zur Integration von Softwaresystemen
• Produkte zur Integration von Prozessen
• Prozessintegration vs. Datenintegration
• Verknüpfung von Prozessen zur Laufzeit vs.
  Integration eines bestehenden Datenbestandes
• Prozessintegration schon wirksam bei Produktion
  der Daten
• Geschäftsprozesse betreffen viele Anwendungen,
  vgl. Workflowmanagement zur Realisierung von
  automatisierbaren Geschäftsprozessen
• Kommunikation
• synchrone Remote Procedure Calls (RPC) vs.
  Asynchroner Nachrichtenaustausch
• Vorteile loser Kopplung höherer Durchsatz,
  weniger fehleranfällig und flexibler

33
Message Broker
SCM
SCM
CRM
ERP
CRM
ERP
Message- broker
E-Commerce
E-Procurement
E-Commerce
E-Procurement

• Prozessintegration durch Nachrichtenaustausch auf
  Basis eines Messagebrokers
• Aufgaben des Messagebrokers
• Transaktionale Sicherstellung der
  Nachrichtenzustellung auch bei Fehlern oder
  Systemausfällen
• Transformation der Nachrichten aus Quellformat in
  verschiedene Zielformate
• Analyse von Nachrichten und deren Weiterleitung
  gemäß Inhalt oder Typ (content-based routing)
• zentrale Administration der Nachrichtenverteilung
• revisionssichere Archivierung aller Nachrichten

34
Publish / Subscribe Messaging (Pub/Sub)

• 1m Kommunikation
• virtueller Kanal (Topic)

35
Publish-Subscribe

• Aufgaben des Messagebrokers
• Nachrichtenvermittlung von den Publishern an die
  Subscriber
• Transformation von Nachrichten
• Workflowfunktionalität zur Behandlung von
  abhängigen Ereignissen
• Produkte
• Java Message Service (JMS)
• IBM MQSeries
• Software AG EntireX
• JBoss, ActiveMQ
• EAI-Systeme mit ERP-Adaptern vs. Message Queues
• Wenig Unterstützung bei Informationsintegration
• aber Transformation von Nachrichten (z.B. als
  XML-Dokumente), Methoden des Schema Mapping
  denkbar