• Play 2 Framework

    Play 2 ist ein modernes Open-Source Webframework. Play 2 ist für die Umsetzung von hochverfügbaren Webapplikationen von Lightbend entwickelt worden. Unternehmen wie Zalando, LinkedIn, TheGuardian, Wallmart oder Twitter nutzen diese Webtechnologie für den Betrieb ihrer Online-Plattformen. 

    In durchgeführten Studien zur Performance und anderen Faktoren für unsere Kunden, konnte sich das Framework klar gegen Konkurrenten aus dem .NET, Node.JS und Java EE Umfeld durchsetzen.

    Da Play in Scala, einer modernen JVM Sprache, programmiert worden ist, kann es in neueren Versionen auch mit der Programmiersprache Java verwendet werden. Mithilfe des Play 2 Frameworks lassen sich Applikationen leicht und ohne große Konfigurationen entwickeln. 

     

  • Amazon Web Services AWS

    Amazon Web Services ist eine Plattform für Clouddienste. Die Dienste umfassen die Bereiche Computing, Speicherung und Networking auf verschiedenen Abstraktionsebenen. Die Steuerung der einzelnen AWS-Dienste wird über eine grafische Oberfläche (GUI) oder über PaaS Dienste für diverse Programmiersprachen und eine Kommandozeile angeboten. Als Kunde von Amazon Web Services hat man die Auswahl zwischen verschiedenen Regionen weltweit. Amazon betreibt Rechenzentren in den Vereinigten Staaten, Europa, Asien und Südamerika. Die Dienste können in mehreren Regionen betrieben werden. Somit ist die Konfiguration einer global einheitlichen Infrastruktur möglich. 

     

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    Der Begriff Cloud Computing ist zurzeit in der Informationstechnik allgegenwärtig. Es gibt viele Interpretationen, aber keine standardisierte oder gar einheitliche Definition. Cloud Computing erlaubt die Bereitstellung und Nutzung von IT-Infrastruktur, von Plattformen und von Anwendungen aller Art als im Web elektronisch verfügbare Dienste. Der Begriff Cloud soll dabei andeuten, dass die Dienste von einem Anbieter im Internet erbracht werden. Obwohl es keine standardisierte, einheitliche Definition für Cloud Computing gibt, sind die grundlegenden Konzepte als auch die generellen Ziele des Cloud Computing unbestritten. Cloud Computing nutzt Virtualisierung und das moderne Web, um Ressourcen verschiedenster Art als elektronisch verfügbare Dienste dynamisch bereitzustellen. Die Dienste sollen dabei von mehreren Konsumenten verlässlich und skalierbar nutzbar sein, d. h. sowohl auf Abruf als auch nach Bedarf verfügbar sein. Aus der Sicht des Cloud-Anbieters impliziert dies in der Regel eine Multi-Mandanten Architektur und ein nutzungsabhängiges Abrechnungsmodell. Das Konzept der Virtualisierung erlaubt eine abstrakte, logische Sicht auf physische Ressourcen und umfasst sowohl Server, Datenspeicher, Netzwerke als auch Software. Die zu Grunde liegende Idee ist, physische Ressourcen in Pools zusammenzufassen und gemeinsam zu verwalten. Nach C. Braun definiert sich Cloud Computing demnach wie folgt: 

     

     

    Unter Ausnutzung virtualisierter Rechen- und Speicherressourcen und moderner Web-Technologien stellt Cloud Computing skalierbare, netzwerk-zentrierte, abstrahierte IT-Infrastrukturen, Plattformen und Anwendungen als on-demand Dienste zur Verfügung. Die Abrechnung dieser Dienste erfolgt nutzungsabhängig.

     

    Je nach Zugriffsschicht teilt man Cloud Computing in verschiedene Ebenen der Bereitstellung ein. 

    Infrastructure as a Service (IaaS)

    In der IaaS-Schicht wird den Benutzern eine abstrahierte Sicht auf Hardware angeboten, d. h. auf Rechner, Massenspeicher, Netzwerke etc. Hierfür wird ihm in der Resource Set-Unterschicht eine Benutzerschnittstelle zur Verwaltung einer Menge von Ressourcen bereitgestellt, die ermöglicht, Teile davon für die eigene Verwendung zu allokieren. Typische Funktionalitäten an der Benutzerschnittstelle sind das Anlegen bzw. Beseitigen von Betriebssystem-Abbildern, die Skalierung von beanspruchten Kapazitäten oder die Definition von Netzwerktopologien. Die Schnittstelle bietet darüber hinaus die erforderlichen Funktionalitäten für den operativen Betrieb, wie z. B. das Starten und Stoppen der Betriebssystem-Instanzen.

     

    Platform as a Service (PaaS)

    Die Cloud-Dienste in der PaaS-Schicht richten sich meist nicht an Endkunden sondern an Entwickler. Es sind Entwicklungs- und Laufzeitumgebungen, in denen sich eigene Software in einer bestimmten Programmiersprache entwickeln bzw. ausführen lässt.

     

    Software as a Service (SaaS)

    Software-Anwendungen in der Cloud, die den Endkunden direkt adressieren, gehören zur SaaS-Schicht. Auf der Kundenseite entfällt in dieser Klasse die lokale Software-Installation und mithin auch die Bereitstellung der erforderlichen Ressourcen. Aus Perspektive der beschriebenen Cloud-Architektur kann das SaaS Angebot auf Basis eines Angebots in PaaS oder IaaS beim Anbieter entwickelt und betrieben werden. Innerhalb der SaaS-Angebote lässt sich unterscheiden zwischen Anwendungsdiensten, deren Funktionalität im Wesentlichen auf einer einzigen einfachen Anwendung basiert und vollwertigen komplexen Anwendungen. 

     

    Lesen Sie auch unseren Artikel zu Cloud Computing beim Blickpunkt Rosenheim

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    Hintergrund: Das Backend unserer Produktidee „croGoDeal“ basiert in Teilen auf dem serverless Framework und Amazon Web Services (AWS). Wir nutzen hinter dem API Gateway eine AWS Lambda Funktion, die als GraphQL Schnittstelle dient. Die komplette Nutzerverwaltung wird mit dem AWS Dienst Cognito abgebildet. Damit wir die Schnittstellen in den einzelnen Entwicklungsstufen hinter dem API Gateway testen können, ohne, dass wir die Autorisierung ausbauen müssen, haben wir ein Desktoptool mit Electron entwickelt, dass uns JSON Web Tokens (JWT) generiert. 

      

    Funktionsweise 

    Der Screenshot zeigt die Funktionen der Applikation. Als Input sind lediglich der Cognito UserPool, die ClientId sowie die Benutzeranmeldedaten nötig. Der Token wird nach der Anmeldung rechts angezeigt und kann in ein anderes Entwicklungswerkzeug kopiert werden. Um nicht bei jedem Start die Daten eingeben zu müssen, werden die Einstellungen im Anwendungskontext persistent gespeichert. 

    Technologien 

    Die Anwendung wurde komplett mit der JavaScript-Bibliothek React programmiert, mit der man normalerweise Single Page Applikationen entwickelt. Um eine React App auf einem Desktop-PC nutzen zu können, verwenden wir das Framework „Electron“.

    Electron liefert unsere React-App mit Hilfe von Chromium und Node.js als Desktopapplikation aus. 

    Für die Anbindung zum AWS Cognito Service verwenden wir das offizielle aws-sdk für JavaScript. 

    AWS Cognito Token Generator Software Architektur

     

    Die Datenhaltung und Zustandsänderungen in der Anwendung werden durch Redux nach der Flux-Architektur umgesetzt.  Damit die Eingabedaten persistent erhalten bleiben, werden sie via Key-Value Paaren in den JSON-Storage geschrieben. Dies übernimmt immer der jeweilige Redux-Reducer bevor er den neuen Zustand zurückgibt: 

    // user reducer 

    export default function user(state: any = {}, action: actionType) { 
      switch (action.type) { 
        case SET_USER: 

          if (!action.data.rememberPassword) { 
            delete action.data["password"]; 
          } 

          // save user state persistently 
          storage.set("user", action.data, (err) => { if (err) { console.log(err) } }) 
          return action.data 

        default: 
          return state; 
      } 

    Bei diesem Vorgehen muss man bedenken, dass jede State-Änderung auch einen Schreibzugriff auf die Festplatte mit sich zieht. Sobald man eine App mit sehr vielen State-Änderungen und evtl. großen Objekten entwickelt, sollte man besser auf eine periodische Datenspeicherung zurückgreifen, so wie es auch das Framework redux-persist macht. 

    Der Sourcecode des Projekts ist OpenSource und auf unserer GitHub Seite verfügbar. 

     

    https://github.com/innFactory/aws-session-token-gui  

  • akka

    Akka ist ein Framework für moderne Softwareentwicklung in Java und Scala. Es eignet sich hervorragend für die Entwicklung von Microservices. Es ist unter anderem die Basis für das Play Framework und Lagom von Lightbend. Ab Play 2.6 wird akka-http als Webserver in Play verwendet. Software die mit dem akka Framework entwickelt wird, kann sehr einfach den Vorgaben des ReactiveManifesto folgen.

  • Heute fand das AWS Artificial Intelligence Bootcamp in den VW:Datalab in München statt. Wir waren selbstverständlich vor Ort und haben viel Neues über Deep Learning bei Amazon Web Services gelernt. Neben den AWS AI Diensten Polly, Lex, Recognition und der Machine Learning Plattform selbst, wurde viel über die Technik hinter den Diensten erzählt. Auch das Recommendation System von Amazon basiert auf modernen Deep Learning Algorithmen. Ähnlich wie die anderen großen Hersteller hat auch Amazon ein Open Source Framework für diese Aufgabe.

    MXNet als KI Treiber von Amazon

    Amazon ist der größer Contributor von Apache MXNet. MXNet ist ein skalierbares Deep Learning Framework, das stark an TensorFlow, Caffe, und co. erinnert. Ein Deep Learning Framework zeichnet sich meist dadurch aus, dass es besonders gut mit Matrizen bzw. "Tensoren" umgehen und rechnen kann. MXNet optimiert ähnlich wie Spark auch den Computationgraph und verbessert so die Laufzeit um ein vielfaches.

    Künstliche Intelligenz ersetzt Maschinen 

    Insgesamt war der Tag in München ein voller Erfolg für uns. Teile des neu erworbenen Wissens können wir direkt in unserer Plattform croGoDeal verwenden, auch wenn diese in Scala und nicht in Python programmiert ist/wird. 

    Abschießend zum Event hat einer der Speaker von Amazon Web Services noch interessante Rechenexempel zur künstlichen Intelligenz bzw. zur Singularität gezeigt:

    Ein Mensch kann ca. 10^15 Operationen/s ausführen. Wollte man diese Kapazität mit einem Deep-Learning Netz bei AWS buchen, würde dies knapp 105.000$/h kosten. Alleine für das Training für ein gutes Deep-Learning Model wären schon 3 Wochen nötig. Dieses Beispiel zeigt sehr gut, dass der Mensch wohl doch noch nicht von Maschinen ersetzt wird. Man sollte aber dennoch nicht die „Moorschen Gesetze“ vergessen.

     

  • Reaktive Systeme sind Computersysteme die kontinuierlich auf ihre Umgebung reagieren. Der in diesem Zusammenhang geprägte Begriff des Aktorenmodells wurde erstmals in den frühen 1970er Jahren von Carl Hewitt verwendet. Sein mathematisches Model beschreibt ein universales Verfahren zur parallelen Programmierung.  Er war seiner Zeit weit voraus, da zu diesem Zeitpunkt die Rechner noch nicht leistungsfähig genug waren. Das Modell wurde erstmals 1987 in der Programmiersprache Erlang von Ericsson verwendet. Durch den Einsatz der Technologie konnte Ericsson einen Switch mit einer Zuverlässigkeit von 99,999999999% bauen. Dies entspricht einer Ausfallzeit von unter 0.65 Sekunden in 20 Jahren. In den nachfolgenden Jahrzehnten stieg die Leistung der Computer immer weiter an. Anfang des neuen Jahrtausends erreichten die Prozessoren mit den eingesetzten Materialien ihre maximale Taktfrequenz. Prozessorhersteller, wie Intel und AMD, bauten fortan Prozessoren mit mehreren Prozessorkernen bei gleichbleibender Taktfrequenz. Einerseits kann die Hitzeentwicklung bei noch höheren Taktraten mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr bewältigt werden. Andererseits kommt es bei immer kleineren Transistoren zu quantenmechanischen Seiteneffekten. Heute erhöhen die Hersteller die Anzahl der Kerne pro CPU, um dennoch eine Leistungssteigerung der CPUs zu erreichen. Dadurch steigt die Relevanz von paralleler Programmierung, da die Berechnung der Algorithmen auf mehrere CPU-Kerne verteilt werden muss. Die Entwicklung von Software mit mehreren Threads, oder über mehrere Rechner hinweg, ist für Entwickler mit vielen Problemen verbunden und kompliziert. Dies ist unter anderem auf die Speicherverwaltung der Threads und Prozesse zurückzuführen. Als Folge entstehen in den letzten Jahren immer mehr reaktive Frameworks für moderne Programmiersprachen, wie zum Beispiel akka für Scala und Java. Reaktive Frameworks bieten dem Entwickler aber weitaus mehr, als nur einfache Parallelisierung über mehrere Prozesse und physikalische Knoten. Mithilfe der Frameworks lassen sich hochskalierbare, fehlertolerante Systeme entwerfen. In diesem Blogbeitrag, wollen wir das Aktorenmodell genauer betrachten.


    Der Entwurf von nebenläufigen Anwendungen stellt seit Jahren eine Herausforderung dar, für die es keine einfache Lösung gibt. Das Aktorenmodell stellt eine erprobte und vergleichsweise einfache Weise dar, nebenläufige Algorithmen umzusetzen. Das Aktorenmodell ist ein Architekturmuster, dass auf Basis von Nachrichtenaustausch (=Message Passing) eine verteilte Applikation ermöglicht, ohne dabei einen geteilten Zustand (=Shared State) mit mehren Aktoren zu benötigen. Das Aktorenmodell ist vielfach implementiert, teils in funktionalen Sprachen wie Erlang, teils als Frameworks wie akka oder libcppa. Ein Aktor ist ein leichtgewichtiger und autonomer Prozess. Dem Aktor können Nachrichten geschickt werden, für die er ein eigenes Verhalten bereit hält, welches sich zur Laufzeit in der Regel nicht verändert. Ein Aktor arbeitet dabei immer nur eine Nachricht gleichzeitig ab. Das Aktormodell ist nicht an spezielle Datenstrukturen gebunden, sodass Aktoren lose gekoppelt untereinander kommunizieren können. Leichtgewichtig ist ein Aktor, da er kein eigenen Prozess besitzt, sondern zum Verarbeiten einer Nachricht einen Prozess zugewiesen bekommt. Aktoren nutzen die verfügbaren Ressourcen eines Threads optimal aus und blockieren die Verarbeitung nicht. 

    Aktorenmodell Actors akka

    Die Abbildung zeigt ein beispielhaftes Netz von Aktoren. Jeder Aktor hat seine eigene Mailbox und einen isolierten Zustand. Basierend auf seinem definierten Verhalten antwortet der Aktor mit dem versenden einer eigenen Nachricht oder erstellt eigene Aktoren und ändert sein zukünftiges Verhalten. Zusammengefasst definiert sich ein Aktorsystem durch folgende Eigenschaften:

    • Ein Aktor kann andere Aktoren erschaffen und mit ihnen kommunizieren.
    • Jeder Aktor hat einen eindeutigen Namen, der als Adresse bei der Kommunikation verwendet werden kann. (in akka)
    • Die Kommunikation zwischen Aktoren basiert auf dem Senden von asynchronen, unveränderbaren (=immutable) Nachrichten an andere Aktoren.
    • Die Nachrichten werden zur Verarbeitung in einer Mailbox gepuffert. Sie ist eine Queue mit n Produzenten (Senderaktor) und einem Konsumenten (Empfängeraktor)
    • Abhängig von der Reihenfolge, den Prioritäten oder dem internen Zustand werden die Nachrichten mittels Pattern Matching von internen Funktionen verarbeitet, die die Ergebnisse ihrerseits wieder als Nachrichten versenden. 

    Akka bildet das Aktorenmodell als Framework für die JVM ab. Es wird häufig in den Programmiersprachen Scala und Java verwendet und wurde erstmals im Juli 2009 bei GitHub von Jonas Bonér veröffentlicht. Ein Aktor ist in akka die kleinste Einheit im System und übernimmt in der Regel eine bestimmte Aufgabe. Dabei kann der Aktor seinen Zustand, und damit das Verhalten beim Eintreffen bei weiteren Nachrichten, verändern. Der Zustand eines Aktors wird durch die Werte seiner Variablen definiert. Diese Werte können ausschließlich durch eingehende Nachrichten anderer Aktoren geändert werden. Da es keine gemeinsamen Speicherbereiche mit anderen Aktoren gibt, ist gewährleistet, dass der Zustand eines Aktors nicht durch Zugriffe von außen manipuliert werden kann. Sollte ein Aktor durch einen Fehler zum Absturz gebracht werden, kann der Supervisor, also der Erzeuger des Aktors, den Aktor neu initialisieren und wiederherstellen. Das Verhalten eines Aktors bezeichnet die Logik die beim Eintreffen einer Nachricht ausgeführt wird. Die Logik kann jederzeit als Reaktion auf eine Nachricht verändert werden. Jeder Aktor hat genau eine Mailbox für den Empfang von Nachrichten. Die Mailbox ist standardmäßig eine First In – First Out (FiFo) Queue. Die Queue der Mailbox kann in akka so konfiguriert werden, dass bestimmte Nachrichten priorisiert bearbeitet werden. Auch die Größe der Queue ist frei definierbar.   

    akka bietet noch viele weiter Vorteile, die in vielen verschiedenen Blogbeiträgen im Internet und in einschlägigen Büchern beschrieben werden. Dazu zählen unter anderem der Remotezugriff oder das Clustering. Diese Fähigkeiten, macht akka zu einem hervorragendem Framework für moderne Microservices. Häufig findet man akka im sogenannten SMACK Stack wieder - SMACK steht hierbei für Spark, Mesos, akka, Cassandra, Kafka. Dieser Stack ist die Basis für unser Fast Data System bei croGoDeal.


    Reaktive Programmierung ist aktuell wie nie zuvor. Der Begriff ist allerdings nicht genau definiert. Somit bezeichnen sich viele Applikationen als reaktiv, die es gar nicht sind. Reaktive Programmierung wird häufig mehr als Buzzword für eine spezielle Art von asynchrone Programmierung verwendet. Die vermutlich am besten passende Beschreibung einer reaktiven Architektur liefert das Reactivo Manifesto. Das möglichst einfache Erreichen der Ziele des Reactivo Manifestos verfolgen diverse Frameworks. Eines der besten für Java und Scala ist derzeit akka. Es ist mit verhältnismäßig einfachen Mitteln möglich antwortbereite, widerstandsfähige, elastische und nachrichtenorientierte Systeme auf Basis der JVM zu implementieren. Ein Java oder Scala Softwarearchitekt für skalierbare Applikationen sollte sich unbedingt erweiterte Kenntnisse in akka aneignen und das Framework in seine Planung mit einbeziehen.