Ereignisgesteuerte Systeme - Cheatsheet

Definition und Grundlagen der ereignisbasierten Architektur

Definition:

Architekturstil, der auf der Erzeugung, Erkennung und Reaktion auf Ereignisse basiert.

Details:

• Ereignis: Jede diskrete Änderung eines Systemzustands.
• Reaktive Systeme: Reagieren auf eintretende Ereignisse in Echtzeit.
• Ereignisquelle und -senke: Quelle erzeugt Ereignisse, Senke verarbeitet sie.
• Ereignisstrom: Abfolge von Ereignissen, die verarbeitet werden.
• Vorteile: Hohe Modularität, Flexibilität und Erweiterbarkeit.
• Technologien: Event Sourcing, CQRS (Command Query Responsibility Segregation), Message Brokers.

Design Patterns: Publish-Subscribe und Event Sourcing

Definition:

Design Patterns für ereignisgesteuerte Architektur; Publish-Subscribe ermöglicht Entkopplung zwischen Sender und Empfänger; Event Sourcing speichert Systemzustand als Sequenz von Ereignissen.

Details:

• Publish-Subscribe: Nachrichtenaustauschmechanismus, bei dem Sender (Publisher) Ereignisse veröffentlichen und Empfänger (Subscriber) sich für diese Ereignisse anmelden.
• Niedrige Kopplung zwischen Komponenten.
• Unterschiedliche Channels/Themen für verschiedene Ereignisse.
• Event Sourcing: Zustand eines Systems wird durch eine vollständige Historie aller stattgefundenen Ereignisse abgebildet.
• Ereignisse sind unveränderlich und werden in einer Ereignislog gespeichert.
• Ermöglicht Rekonstruktion des Systemzustands durch Replay der Ereignisse.

Konsistenzmodelle und Synchronisationstechniken in verteilten Systemen

Definition:

Konsistenzmodelle und Synchronisationstechniken in verteilten Systemen betreffen die Methoden zur Gewährleistung von Datenkonsistenz und Koordination zwischen verteilten Speicherinstanzen.

Details:

• Gängige Konsistenzmodelle: Starke Konsistenz, Eventual Consistency, Weak Consistency
• Quorum-Based Consistency: Lese-/Schreib-Quoren (\text{R} + \text{W} > \text{N})
• CAP-Theorem: Trade-offs zwischen Konsistenz (C), Verfügbarkeit (A), und Partitionstoleranz (P)
• Synchronisationstechniken: Mutex (Mutual Exclusion), Lamport-Zeitstempel, Sequenznummern, verteilte Sperren
• Locking-Mechanismen: Pessimistisches Sperren, Optimistisches Sperren
• Ziel: Minimierung von Inkonsistenzen und Vermeidung von Race Conditions

Protokolle für den Nachrichtenaustausch (MQTT, AMQP)

Definition:

Protokolle für den Nachrichtenaustausch (MQTT, AMQP) ermöglichen Kommunikation in ereignisgesteuerten Systemen.

Details:

• MQTT: Leichtgewichtiges Protokoll für Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation.
• AMQP: Zuverlässiges, plattformunabhängiges Messaging-Protokoll.
• MQTT Merkmale: Nutzung von Publish/Subscribe-Architektur, geringe Bandbreite
• AMQP Merkmale: Nachrichtenvermittler, Unterstützung von Queueing, Transaktionen
• Nutzungsbeispiele: IoT (MQTT), Unternehmensanwendungen (AMQP)
• Vorteile: Effiziente Netzwerkressourcennutzung (MQTT), Garantie der Nachrichtenübertragung und Verteilung (AMQP)

Planungsalgorithmen und Prioritätensetzung in Echtzeitsystemen

Definition:

Planungsalgorithmen und Prioritätensetzung in Echtzeitsystemen bestimmen, wie Aufgaben mit unterschiedlichen Zeitanforderungen effizient ausgeführt werden.

Details:

• Planungsalgorithmen: FCFS, SJF, RR, EDF, RM
• FIFO (First In, First Out): Abfolge nach Eingang
• SJF (Shortest Job First): Kürzeste Aufgabe zuerst
• RR (Round-Robin): Rotierende Zuteilung von Zeitfenstern
• EDF (Earliest Deadline First): Frühestes Fälligkeitsdatum zuerst
• RM (Rate Monotonic): Kürzere Perioden haben höhere Priorität
• Prioritätensetzung: Statische und dynamische Zuweisung
• Statisch: Feste Prioritäten vorab definiert
• Dynamisch: Prioritäten ändern sich zur Laufzeit

Echtzeitbetriebssysteme (RTOS)

Definition:

Betriebssysteme, die deterministische Reaktionen auf externe Ereignisse bieten, insbesondere in zeitkritischen Anwendungen.

Details:

• Zeitverhalten: Genau definierte und vorhersagbare Zeitgrenzen.
• Aufgabenplanung: Verwenden von Prioritäten, Preemption und Scheduling-Algorithmen.
• Typen: harter und weicher Echtzeitbetrieb (je nach Toleranz für Deadline-Verletzungen).
• Anwendungsbeispiele: Industrielle Steuerungen, Automobilbereich, Telekommunikation.

Middleware-Typen: Message-Oriented Middleware und Object Middleware

Definition:

Erläutere Middleware-Typen in Bezug auf nachrichtenorientierte und objektorientierte Ansätze.

Details:

• Nachrichtenorientierte Middleware (Message-Oriented Middleware, MOM): baut auf Nachrichtenwarteschlangen auf, um Kommunikation zwischen verteilten Systemen zu ermöglichen.
• Objekt-Middleware: Erlaubt entfernten Objekten direkte Interaktion über verteilte Systeme hinweg.
• Beispiele für MOM: RabbitMQ, Apache Kafka
• Beispiele für Objekt-Middleware: CORBA, RMI
• Vorteile MOM: Asynchronität, Entkopplung der Systeme
• Vorteile Objekt-Middleware: Direkte Methodenausführung, geringerer Overhead bei synchroner Kommunikation
• Anwendungskontexte: MOM ideal für lose gekoppelte Systeme, Objekt-Middleware für Systeme, die direkte und synchrone Methodenaufrufe erfordern.

Sicherheitsaspekte im Nachrichtenaustausch

Definition:

Sicherheitsaspekte im Nachrichtenaustausch beziehen sich auf Maßnahmen und Protokolle, die die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität der übertragenen Nachrichten gewährleisten.

Details:

• Vertraulichkeit: Nachrichteninhalte für unbefugte Dritte unzugänglich machen (z.B. mittels Verschlüsselung).
• Integrität: Sicherstellen, dass Nachrichten während der Übertragung nicht verändert werden (z.B. durch Hash-Funktionen).
• Authentizität: Überprüfung der Identität der Kommunikationspartner (z.B. durch digitale Signaturen).
• Verfügbarkeit: Schutz der Nachrichtendienste vor Ausfällen (z.B. durch redundante Systeme).
• Sichere Protokolle: Einsatz sicherer Kommunikationsprotokolle wie TLS/SSL.