Studiengang Informatik FHDW

1. Vorlesung: Betriebssysteme 2. Quartal 2005 Studiengang Informatik FHDW

2. Gliederung • Wiederholung Kommunikation in verteilten Systemen • Einstieg: Problemstellung Rechte Berechtigungen anhand einer praktischen Implementation • ISO/OSI-Referenzmodell • Vergleich diverser Protokollstacks (TCP/IP...) • Einführung Netzwerkkomponenten und -technologien • (globale) Verzeichnisdienste (NDS, AD, iPlanet) • Synchronisation in verteilten Systemen • Deadlocks in verteilten Systemen • Prozesse und Prozessoren in verteilten Systemen • Systemmodelle (das Workstation-Modell) • Scheduling in verteilten Systemen • Einführung in Netzwerkdienste • Ausblick

3. Namensverwaltung • Namen dienen in verteilten Systemen dazu, Ressourcen, zu benennen und zu identifizieren: • Computer • Dienste • Ports • Netzadressen • Objekte • Dateien • Prozesse • Benutzer

4. Themenstellungen • Struktur von Namen • Vergabe und Administration • Zugriff auf Namen • Abbildung von Namen auf die durch sie repräsentierten Objekte

5. Aufgaben und Eigenschaften von Namen • Erklärung • Der Name bezeichnet ein Objekt • z.B.: "HP-LJ-4N_Sekretariat" oder "Kapitel 7" • Identifizierung • Eine Systemidentifikation oder Ressourceidentifikation wird durch den Zugriff über dessen Namen verborgen • z.B.: "www.fhdw.de" verbirgt die IP-Adresse dieses Rechners • Lokalisierung • Die Adresse eines Objektes wird durch den Zugriff über einen Namen verborgen • Die E-mail-Adresse "Hellberg@fhdw.de" steht z.B. für die zugehörige Mailboxadresse • Namen sollten sowohl für Endanwender, als auch für Administratoren und Programmierer sprechend sein (Zusammenhang Verwendung  Name).

6. Verwendungskontexte von Namen • Namen, die im Kontext eines Dienstes benutzt werden • Bsp.: ein Dateiname im Dateisystem oder der Prozeß-identifikator im Prozeßmanagement • die Dienste sind in der Lage, die Namen selbst zu verarbeiten • Dienstübergreifende Namen • Bsp.: Benutzername, eine eMail-Adresse oder ein Dienst selbst, wie das Dateisystem oder der Druckdienst • Ein Name ist meist einem Objekt zugeordnet (gebunden)

7. Verwendungskontexte von Namen (2) • Dienstspezifische Namen können direkt an die aktuelle Repräsentation des Objekts gebunden werden • Dienstunspezifische Namen werden an Attribute gebunden • Jedes Objekt hat eine Adresse als Attribut (E-mail, IP-Adresse, Telefonnummer) • Zusätzliche Attribute sind etwa Paßwörter, Home Directories, Versionsnummern, BS-Version • Die Attributwerte bestehen wiederum aus Namen oder sind einfache, primitive Werte (z.B.: integer) • Primitive Namen können nicht mehr weiter aufgelöst bzw. unterteilt werden.

8. Abhängigkeit der Namen • Abhängigkeit der Namen von der physischen Konfiguration: • reine Namen (engl.: pure names) enthalten keine Abhängigkeit • unreine Namen (engl.: impure names) enthalten solche Informationen • "Kapitel 7" ist ein reiner Name, während " www.fhdw-hannover.de" ein unreiner Name ist, da er Ortsinformation beinhaltet.

9. Namensraum • Die Menge aller gültigen Namen, entsprechend einer definierten Syntax, nennt man einen Namensraum • Ein gültiger Name im Namensraum muß nicht unbedingt gebunden sein • Namen im selben Namensraum sind immer eindeutig und dürfen deshalb auch nur an ein Objekt vergeben werden. • Die Generierung eindeutiger Namen erfolgt zum Beispiel durch einen knotenlokalen Zähler. Hängt man eine Rechneridentifikation an, so lassen sich global eindeutige Namen erzeugen.

10. Namensraum (2) • Häufig setzen sich Namen aus Komponenten zusammen, wie zum Beispiel "www.fhdw.de" oder "/home/hellberg" • Einen gültigen Anfangsteil eines Namens nennt man dessen Präfix, den Endteil Suffix. • Präfix und Suffix sind selbst wieder Namen. • Typische Anwendung davon sind die hierarchisch angelegten Bezeichnungen von Datei-verzeichnissen oder Netzdomänen.

11. Namensraum (3) • Häufig erlauben Aliase die Zusammenfassung von Komponenten zu einem neuen Namen. • Die Verwendung reiner Namen erzeugen einen flachen Namensraum. • Verwendet man strukturierte Namen, so erreicht man meist einen hierarchischen Namensraum. • Durch die hierarchische Struktur lassen sich solche Namensräume leicht dezentral verwalten und sind gut skalierbar.

12. Partitionierung von Namensräumen • physisch partitioniert: • Namen tragen die physische Ortsinformation in sich • zum Beispiel "Kapitel7.PlatteA.Rechner-17" • die Adresse ist direkt aus dem Namen bekannt • kein Nachfragen bei einem Namensdienst notwendig • der Namensraum ist unflexibel für die Umorganisationen der Objekte. • organisatorisch partitioniert • Meist sind hierarchische Namensräume organisatorisch partitioniert. • Ein Name wie "teilnehmer.informatik.fhdw.de" bezeichnet die aufsteigende Organisationsstruktur, die sich hinter dem benannten Objekt befindet • dezentrale Namensverwaltung jeweils unterhalb des eigenen Präfixes bzw. Suffixes möglich

13. Namensdomäne • Eine Namensdomäne ist ein Namensraum, für den eine einzelne Verwaltungsinstanz zuständig ist • Pro Domäne gibt es typischerweise einen Namensdienst • Eine Domäne kann wiederum Subdomänen beinhalten, die einen Subnamensraum aufspannen

14. Namensdienst • Ein Namensdienst ist eine Datenbasis, welche die Zuordnung von Namen zu Objekten und damit zu deren Attributen und Werten speichert. • Hauptaufgabe: • Namensanfragen in die entsprechenden Attribute auflösen (engl.: resolve). • Da große Namensräume meist auf mehrere, verteilte Datenbasen aufgeteilt werden müssen, spricht man bei dem verwalteten Inhalt einer Datenbasis von deren Kontext.

15. Namensverwaltung • Die Namensverwaltung ist meist ein eigener Dienst • Separation (Offenheit verteilter Systeme) • spezifische Dienste werden separiert angeboten, so dass unterschiedlichste Klienten diesen Dienst in Anspruch nehmen können • Veränderungen des Dienstes erfolgen dann an nur dieser einen Stelle und sind sofort für alle verfügbar. • Unifizierung (Das gleiche Namensschema gilt für unterschiedliche Dienste) • In Unix werden beispielsweise alle Ein-/Ausgabemedien wie Dateien, Devices oder Pipes mit der gleichen Syntax bezeichnet • ist zusätzlich NFS (Network File System) installiert, werden lokale und entfernte Dateien mit identischer Syntax bezeichnet.

16. Namensverwaltung (2) • Integration (Im Laufe der Zeit können Namensräume zusammenwachsen oder sich auftrennen) • Diese Änderung an einer Stelle im System durchzuführen ist dann einfacher • Allerdings können beim Zusammenfügen nicht nur doppelte Namen vorkommen, sondern auch unterschiedliche Namenskonventionen in den Teilbereichen gelten, was das Zusammenwachsen erschwert.

17. Anforderungen an Namensdienste • Lange Lebensdauer • Der Namensdienst wird über eine lange Zeit benötigt. • Es werden viele Änderungen der Einträge stattfinden. • Hohe Verfügbarkeit • Abhängigkeit anderer Dienste und Programme. • Ein nicht verfügbarer Namensdienst macht auch die davon abhängigen Dienste nicht verfügbar. • Fehlerisolation • Einzelne, lokale Ausfälle dürfen nicht den gesamten Namensdienst lahmlegen. • Toleranz von Mißtrauen • Ein großes, offenes System kann keine Komponente haben, der alle Klienten trauen. Namen müssen aber authentisch sein, um sinnvoll zu sein.

18. Daten und Operationen • Die Daten eines Namensdienstes liegen als Paare <Name, Attribut> vor. • Attribute werden als <Typ, Wert> zu Namen gespeichert

19. Standardoperationen des Namensdienstes • Binden • Die Zuordnung von Name und Attributen wird im Namensdienst gespeichert. • Auflösen • Im Namensdienst wird der entsprechende Namen gesucht. Falls er gebunden ist, werden die Attribute zurückgeliefert. • Löschen • Ein Namenseintrag wird gelöscht. Hier ist zu beachten, daß Kontexte auch Namen sind, deren Löschen ganze Teilbereiche eines Namensraums unerreichbar machen kann.

20. Standardoperationen (2) • Die Operationen nutzen jeweils die Namen als Suchschlüssel. • Bei attributbasierten Namensdiensten können auch Attributwerte als Schlüssel verwendet werden. • Suchanfragen liefern i. a. eine Menge von Namen / Attributpaaren zurück: • Bsp.: finde alle PCs der Fakultät mit OS=Windows NT, • finde alle Druckerspooler eines Druckers mit Druckername=HP-LJ-4N • Die attributbasierten Namensdienste nennt man auch Yellow Page Services. • Konventionelle Namensdienste nennt man auch White Page Services.

21. Namensauflösung und Navigation • Namensauflösung (engl.: name resolution) • Bei hierarchisch aus Komponenten zusammengesetzten Namen entspricht dies einer Traversierung des Syntaxbaumes, bei gleichzeitiger Traversierung der Datenbasiseinträge im verteilten Namensdienst. • ABBILDUNG EINFÜGEN!!!

22. Namensauflösung und Navigation (2) • Oft ist mit der Auflösung die Navigation durch verschiedene Namensserver verbunden. • Die logische Struktur eines Namensraums ist physisch auf verschiedene Server aufgeteilt. • Dabei werden üblicherweise gleiche Präfixe bzw. Suffixe in einer physischen Lokation zusammengefaßt. • Dies vereinfacht Binden und Löschen von Namenseinträgen.

23. Namensauflösung und Navigation (3) • Klienten beauftragen einen Useragenten mit der Namensauflösung. • Dieser nimmt die Navigation durch die verschiedenen Nameserver vor und liefert nach erfolgreicher Auflösung das Ergebnis an den Klienten. • Der Useragent kann als Bibliothekspaket, das zur Klientensoftware gebunden wird, oder als separater Prozeß implementiert sein, der dann mehreren Klienten gleichzeitig dient.

24. Navigationsvarianten • Iterative Navigation • Kann eine Anfrage bei einem Namensserver nicht vollständig aufgelöst werden, wird die Adresse eines anderen Namensservers zurückgeliefert. • Bei dieser Adresse kann der Useragent dann erneut anfragen. • Die Namensserver halten Kontextinformationen, die die Adressen der Server beinhalten, die weiter-führende Informatio-nen zum angefragtenNamen haben.

25. Navigationsvarianten (2) • Multicast-Navigation • Der Useragent schickt die Anfrage per Multicast an alle Namensserver. • Bei ungebundenen Namen antwortet keiner, ansonsten derjenige, der den Namen kennt.

26. Navigationsvarianten (3a) • Iterative serverkontrollierte Navigation • Der Useragent stellt seine Anfrage an einen Namensserver, der dann iterativ die weitere Navigation durchführt. • Der zuerst beauftragte Namensserver übernimmt die Rolle eines iterativ navigierenden Useragenten.

27. Navigationsvarianten (3b) Iterative server-kontrollierteNavigation am Beispiel vonDNS

28. Navigationsvarianten (4) • Rekursive serverkontrollierte Navigation • Kann ein Namensserver einen Namen nicht vollständig auflösen, so beauftragt er einen anderen Namensserver. • Dieser verfährt dann gegebenenfalls genauso, es erfolgt dadurch ein rekursiver Abstieg entsprechend der konkreten Namenssyntax.

29. Navigationsvarianten • Anmerkung zur Sicherheit • Falls ein Namensdienst administrative Grenzen überschreitet, sind die Useragenten und Namensserver unter Umständen nicht mehr zugriffsberechtigt. • Dies bedingt, daß dann meist rekursiv serverkontrolliert zu verfahren ist.

30. Caching • Um Zugriffe auf oder unter Namensservern zu reduzieren, wird Caching eingesetzt. • Bei jeder Namensauflösung werden Paare aus <Name, Attribut> oder <Kontext, Servername> im Useragenten bzw. Server gespeichert. • Verbessert die Leistungsfähigkeit des Namensdienstes und erhöht die Verfügbarkeit bei Ausfällen. • Die Cacheverfahren nutzen, daß sich Namensinfor-mationen nur selten ändern.

31. Caching (2) • Es wird beim Caching keine strikte Konsistenz gefordert. • Eine fehlerhafte Namensauflösung läßt den angefor-derten Dienst des Klienten im schlechtesten Fall mit einer Fehlermeldung zurückkehren, es wird eine zweite Namensauflösung gestartet, die sich nicht mehr aus dem Cache bedient, sondern an den Namensdienst wendet. • Caching ist ein Grund, warum Useragenten oft als eigenständige Prozesse implementiert werden. • Somit können mehrere Klienten von Nachfragen anderer profitieren.

32. Replikation • Replikation ist eine weitere Möglichkeit, die Verfügbarkeit des Dienstes zu verbessern. • Die gesamte oder Teile der Namensinformation eines Namensservers wird an anderen unabhängigen Stellen nochmals gehalten. • Die Zuordnung kann als Primär- und Sekundärserver oder als symmetrisches Serverkonzept erfolgen.

33. Internet Domain Name System • In den Anfängen des Internet: • alle Rechnernamen und ihre IP-Adressen werden in einer zentralen Masterdatei gehalten. • Bei Bedarf wird diese Datei mittels FTP in den lokalen Rechner geladen. • Mit der Verbreitung des Internet muss eine skalierbare Lösung verwendet werden:Internet Domain Name System, DNS

34. Internet Domain Name System (2) • DNS ist konzeptuell für viele Namensräume entworfen worden, Verwendung findet es für den Namensraum des Internet. • Die Namensräume des DNS sind baumstrukturiert, wobei die Namenskomponenten durch einen Punkt getrennt werden. • Der Weg vom Knoten zur Wurzel wird von links nach rechts aufgeschrieben. • Der Internet-Namensraum ist in den USA organisatorisch partitioniert, ausserhalb der USA ist er vorwiegend geographisch partitioniert.

35. Internet Domain Name System (3) • Folgende Endsuffixe (Top Level Domain, TLD) sind vergeben: • generic TLDs • com Kommerzielle Organisationen • edu Bildungseinrichtungen • gov Verwaltungs- oder Regierungseinrichtungen • mil Militärische Organisationen • net Netzwerkunterstützungszentren • int Internationale Organisationen • org andere Organisationen. • neue generic TLDs • arts Unternehmen im Bereich Kultur/Unterhaltung • firm Unternehmen und Firmen • info Unternehmen im Informationsdienstleistungssektor • rec Unternehmen im Bereich Erholung/Freizeit • shop Verkaufseinrichtungen

36. Internet Domain Name System (4) • (geographische) TLDs • de, uk, fr, it, … : Zwei Buchstaben kennzeichnen das jeweilige Land. • Die geographischen Domänen sind nicht physisch an ihre Länder gebunden. • Ein Name mit dem Suffix „.de“ kann auch eine Firmendependence einer deutschen Firma in jedem beliebigen Land der Welt sein. • Bsp.: LetsBuyIt.de ,Hauptsitz Schweden (TLD: se)

37. Internet Domain Name System (5) • Die Namen im DNS heißen Domain Names. • Die Vergabe der Namen liegt bei der entsprechend der Baumstruktur vorgegebenen Verantwortlichkeit. • Das DNS selbst kennt keine relativen Namen, so dass immer der komplette Name zur Auflösung notwendig ist. • Oft gleicht die Klientensoftware, d.h. der Useragent, dies aus, indem sie an einfache Namen die Default Domain anhängt.

38. Internet Domain Name System (6) • DNS-Einstellungen des Betriebssystems MS Windows 2000 drhellberg.de

39. Internet Domain Name System (7) • DNS unterstützt für Klienten zwei Standardanfragen: • Namensauflösung • Zu einem Rechnernamen wird die IP-Adresse zurückgeliefert. • Dies bezeichnet man als Host Name Resolution. • Mail Host Location • Die eMail-Software fragt bei DNS nach den Mailhosts für eine eMail-Adresse und bekommt eine geordnete Liste mit Domain Names der Rechner, die für diese Adresse eine Mailbox bereithalten. • An diese Liste (oft nur ein Eintrag) kann die Software dann die Mail abschicken.

40. Internet Domain Name System (8) • Zusätzliche DNS-Anfragen sind definiert, werden jedoch nicht von allen Implementierungen angeboten: • Reverse Resolution • Zu einer IP-Adresse wird der Domain Name des Rechners ermittelt. • Host Information • Zu jedem Rechner können Informationen über den Architekturtyp und das Betriebssystem angefragt werden. • Dies ist aus Sicherheitsgründen meist nicht verfügbar. • Wohlbekannte Dienste • Zu jedem Rechner wird eine Liste bekannter dort verfügbarer Dienste wie telnet, ftp oder WWW, sogenannte Well Known Services, und deren verwendetes Protokoll, z.B. TCP oder UDP, geliefert.

41. DNS Namensserver • Jeder DNS Namensserver verfügt über einen Teil der gesamten Namensdatenbasis. • Vorwiegend besteht dieser Teil aus den Daten der lokalen Domäne. • Die Vereinigung aller Namensserver bildet dann die gesamte Datenbasis. • Die Namensdaten sind dabei in Zonen unterteilt. Eine Zone enthält folgende Daten: • Attribute aller Namen der Domäne, außer der Subdomänen, die separat verwaltet werden. • Namen und Adressen der Namensserver, die die maßgebenden Daten der Zone halten. • Namen der Namensserver von Subzonen. • Managementparameter, u. a. für Caching & Replikation.

42. DNS Namensserver (2) • Alle Zonendaten werden in Dateien, sogenannten Resource Records (RR) gespeichert. • Die verwendeten Recordtypen sind: • A (Computeradresse), • NS (maßgebender Namensserver), • CNAME (kanonischer Aliasname), • SOA (Start der Zonendaten), • WKS (well-known Service), • PTR (Domain Name Pointer für Reverse Resolution), • HINFO (Host Info), • MX (Mail Exchange), • TXT (Text).

43. DNS Namensserver (3) • Jede Zone muß mindestens einmal repliziert werden. • Die Primärserver (auch: Zonenmaster) lesen die Zonendaten direkt aus einer Masterdatei, die der Systemverwalter manuell pflegt. • Die Sekundärserver replizieren die Information periodisch von ihrem Primärserver. • Die Frequenz der Aktualisierung wird vom Systemverwalter eingestellt und liegt typischerweise bei 12-24 Stunden

44. Funktionsprinzip Caching • Die Namensserver dürfen Daten cachen. • Jeder Eintrag hat ein Verfallsdatum (engl.: time-to-live) und nur für diese Zeit stellen Namensserver Klienten Daten aus dem Cache zur Verfügung. • Die Namensserver halten dabei Einträge über bis zu zwei Namenskomponenten bzw. Domänen hinweg. • Dadurch ist es möglich, meist mit zwei Zugriffen auf Namensservern auszukommen, um einen Namen aufzulösen. • Grund: die DNS Hierarchie ist selten tiefer als vier Stufen.

45. Useragenten und das DNS-Protokoll • Die Useragenten des DNS heißen Resolver. • Sie sind im allgemeinen als Bibliothekssoftware implementiert, die über UDP/IP das DNS-Protokoll nutzen. • Die Wahl, ob DNS iterative und rekursive Navigation verwendet, liegt beim Resolver. • Ebenfalls möglich: mehrere Anforderungen des Resolvers pro DNS-Anfrage um so mit einer Nachricht gleich mehrere Namen auflösen zu lassen.

46. BIND • Eine in der Linux/Unix-Welt oft eingesetzte Implementierung des DNS-Namensservers ist Berkeley Internet Name Domain (BIND). • Die BIND-Namensserver laufen als named Dämonen • Die Useragenten sind durch Bibliothekssoftware implementiert.

47. Zusammenfassung DNS • DNS ist ein recht primitiver Namensdienst im Internet. • DNS existiert deshalb zusammen mit anderen lokalen Diensten, z. B.: • Network Information Service, NIS, speichert Benutzernamen und Paßwörter.

48. Global Name Service • Der Global Name Service (GNS) wurde bei Digital Equipment Corporation (DEC) als ein langlebiger Namensdienst zur Ressourcenlokation, Mailadressierung und Authentisierung entwickelt: • GNS unterstützt Veränderungen in der Partitionierungsstruktur von Namensräumen, • GNS benutzt Caching und Replikation, • die Namensdatenbasis besteht aus einem Baum von Verzeichnissen, den Directories, • jedes Directory besitzt einen Directory Identifier, DI, • Die Namen bestehen aus Paaren <Directoryname, Wertename>, • Die Wertenamen zeigen auf einen strukturierten Wertebaum.

49. Beispiel eines GNS-Directoybaumes

50. Vereinigung • GNS unterstützt die Vereinigung von bereits existierenden Namensbäumen durch eine gemeinsame neue Wurzel. • Damit Klienten, die noch alte Pfadnamen verwenden, nicht geändert werden müssen, verfügt GNS an der neuen Wurzel über eine Tabelle mit der alte Wurzelbezeichner (z.B. #599), auf die die neuen Pfadnamen abgebildet werden (z.B. #633/EC).  siehe Beispiel nächste Folie