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\chapter{Der Simulator}

\section{Die grafische Benutzerschnittstelle}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics{images/ss-neues-fenster-klein}}
	\caption{Der Simulator nach dem ersten Starten}
	\label{fig:NeuesFenster}
\end{figure}

Der Simulator pr\"{a}sentiert sich nach dem ersten Starten wie in Abbildung \ref{fig:NeuesFenster}. F\"{u}r die Erstellung einer neuen Simulation wird im Men\"{u} ``Datei'' (Abbildung \ref{fig:DateiMenue}) der Punkt ``Neue Simulation'' ausgew\"{a}hlt, wo anschließend das Einstellungsfenster f\"{u}r die neue Simulation erscheint.  Auf die einzelnen Optionen wird sp\"{a}ter genauer eingegangen und es werden nun nur die Standardeinstellungen \"{u}bernommen. Die GUI mit einer frischen Simulation sieht dann wie in Abbildung \ref{fig:NeuErstellteSimulation} aus.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=14cm]{images/ss-datei-menu}}
	\caption{Datei-Men\"{u}}
	\label{fig:DateiMenue}
\end{figure}

\subsubsection{Die Men\"{u}zeile}

Im Datei-Men\"{u} (Abbildung \ref{fig:DateiMenue}) lassen sich neue Simulationen erstellen oder die aktuell ge\"{o}ffnete Simulation schliessen. Neue Simulationen \"{o}ffnen sich standardm\"{a}ßig in einem neuen Tab. Es k\"{o}nnen allerdings auch neue Simulationsfenster, die wiederrum eigene Tabs besitzen, ge\"{o}ffnet oder geschlossen werden. In jedem Tab befindet sich eine von den Anderen vollst\"{a}ndig unabh\"{a}ngige Simulation. Es k\"{o}nnen somit beliebig viele Simulationen parallel ausgef\"{u}hrt werden. Die Men\"{u}eintr\"{a}ge ``\"{O}ffnen'', ``Speichern'' und ``Speichern unter'' dienen f\"{u}r das Laden und Speichern von Simulationen. 

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics{images/ss-neue-simulation-klein}}
	\caption{Eine neue Simulation}
	\label{fig:NeuErstellteSimulation}
\end{figure}

\"{U}ber das Editieren-Men\"{u} gelangt der Benutzer zu den Simulationseinstellungen, worauf sp\"{a}ter genauer eingegangen wird. Es werden in diesem Men\"{u} auch alle beteiligten Prozesse zum Editieren aufgelistet. W\"{a}hlt der Benutzer dort einen Prozess aus, dann \"{o}ffnet sich der dazugeh\"{o}rige Prozesseditor. Auf diesen wird ebenso sp\"{a}ter genauer eingegangen. Das Simulator-Men\"{u} bietet die selben Optionen wie die Toolbar, welche im n\"{a}chsten Teilkapitel beschrieben wird.

Einige Men\"{u}unterpunkte sind erst erreichbar, wenn im aktuellen Fenster bereits eine Simulation erstellt oder geladen wurde.

\subsubsection{Die Toolbar}

Oben links im Simulator befindet sich die Toolbar (Abbildung \ref{fig:Toolbar}). Die Toolbar enth\"{a}lt die Funktionen, die vom Benutzer am h\"{a}ufigsten verwendet werden.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=5cm]{images/ss-neue-simulation-toolbar}}
	\caption{Die Men\"{u}zeile inklusive Toolbar}
	\label{fig:Toolbar}
\end{figure}

Die Toolbar bietet vier verschiedene Funktionalit\"{a}ten an:

\begin{itemize}
	%\setlength{\itemsep}{-1mm}
	\item Starten der Simulation; kann nur bet\"{a}tigt werden, wenn die Simulation derzeit nicht l\"{a}uft.
	\item Pausieren der Simulation, kann nur bet\"{a}tigt werden, wenn die Simulation derzeit l\"{a}uft.
	\item Wiederholen der Simulation, kann nicht bet\"{a}tigt werden, wenn die Simulation noch nicht gestartet wurde. 
	\item Zur\"{u}cksetzen der Simulation, kann nur bet\"{a}tigt werden, wenn die Simulation pausiert wurde oder wenn die Simulation abgelaufen ist.
\end{itemize}

Die Toolbar l\"{a}sst sich auch nach Belieben repositionieren (z.B. links, rechts oder unten des Simulatorfensters). Hierf\"{u}r muss per ``Drag-n-Drop'' die ``raue Fl\"{a}che'' zur Zielposition gezogen werden.

\subsubsection{Die Visualisierung}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=14cm]{images/ss-visualisierung}}
	\caption{Visualisierung einer noch nicht gestarteten Simulation}
	\label{fig:Visualisierung}
\end{figure}

Mittig rechts in Abbildung \ref{fig:NeuErstellteSimulation} befindet sich die grafische Repr\"{a}sentation der Simulation. Die X-Achse gibt die Zeit in Millisekunden an. Unsere Demo-Simulation endet nach genau 15 Sekunden. In Abbildung \ref{fig:Visualisierung} sind 3 Prozesse (mit den PIDs 1, 2 und 3) dargestellt, die jeweils einen eigenen horizontalen schwarzen Balken besitzen. Auf diesen Prozessbalken kann der Benutzer die jeweilige lokale Prozesszeit ablesen. Die vertikale rote Linie stellt die globale Simulationszeit dar. 

Die Prozessbalken dienen auch f\"{u}r Start- und Zielpunkte von Nachrichten. Wenn beispielsweise Prozess 1 eine Nachricht zum Prozess 2 verschickt, so wird eine Linie vom einen Prozessbalken zum Anderen gezeichnet. Nachrichten, die ein Prozess an sich selbst schickt, werden nicht visualisiert. Sie werden aber im Loggfenster (mehr dazu sp\"{a}ter) protokolliert.

Eine andere M\"{o}glichkeit einen Prozesseditor aufzurufen ist ein Linksklick auf den zum Prozess geh\"{o}rigen Prozessbalken. Dies muss also nicht zwingend \"{u}ber das Simulator-Men\"{u} geschehen. Ein Rechtsklick hingegen \"{o}ffnet ein Popup-Fenster mit weiteren Auswahlm\"{o}glichkeiten (Abbildung \ref{fig:RechtsklickProzessbalken}). Ein Prozess kann \"{u}ber das Popup-Men\"{u} nur dann abst\"{u}rzen oder wiederbelebt werden, wenn die Simulation aktuell l\"{a}uft.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=8.8cm]{images/ss-rechtsklick-prozessbalken}}
	\caption{Rechtsklick auf einen Prozessbalken}
	\label{fig:RechtsklickProzessbalken}
\end{figure}

Generell kann die Anzahl der Prozesse nach belieben variieren. Die Dauer der Simulation betr\"{a}gt mindestens 5 -und maximal 120 Sekunden. Die Simulation endet erst, wenn die globale Zeit 15 Sekunden erreicht hat, und nicht, wenn eine lokale Prozesszeit die 15 Sekunden erreicht.

\subsubsection{Farbliche Differenzierung}

Farben helfen dabei die Vorg\"{a}nge einer Simulation zu deuten. Standardm\"{a}ßig werden die Prozesse (Prozessbalken) und Nachrichten mit den Farben wie in Tabelle \ref{tb:Farben} aufgelistet dargestellt. Dies sind lediglich die Standarfarben, welche der Benutzer \"{u}ber die Einstellungen umkonfigurieren kann.

\begin{table}
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|l}
		\textbf{Prozessfarbe} & \textbf{Bedeutung} \\
		\hline 
		 	Schwarz & Simulation l\"{a}uft derzeit nicht (z.B. noch nicht gestartet, abgelaufen oder\\
				& pausiert)\\
		 	Orange & Die Maus befindet sich \"{u}ber den Prozessbalken\\
		 	Rot & Der Prozess ist abgest\"{u}rzt\\
			& \\
		\textbf{Nachrichtfarbe} & \textbf{Bedeutung} \\
		\hline 
		 	Gr\"{u}n & Die Nachricht ist noch unterwegs und hat das Ziel noch nicht erreicht\\
		 	Blau & Die Nachricht hat das Ziel erfolgreich erreicht\\
		 	Rot & Die Nachricht ging verloren (entweder weil der Zielprozess abgest\"{u}rzt ist\\
				& oder weil sie unterwegs verloren ging)\\

	\end{tabular}\\
	}
	\caption{Farbliche Differenzierung von Prozessen und Nachrichten}
	\label{tb:Farben}
\end{table}

\subsubsection{Die Sidebar}

Mithilfe der Sidebar lassen sich Ereignisse von Prozessen verwalten. Ganz oben in Abbildung \ref{fig:Sidebar} ist der zu verwaltende Prozess selektiert (hier mit der PID 1). In dieser Prozessauswahl gibt es auch die M\"{o}glichkeit ``Alle Prozesse'' auszuw\"{a}hlen, womit die Ereignisse aller Prozesse gleichzeitig verwaltet werden k\"{o}nnen. Unter ``Lokale Ereignisse'' versteht der Benutzer diejenigen Ereignisse, die auftreten, wenn eine bestimmte lokale Zeit des dazugeh\"{o}rigen Prozesses eingetreten ist. Die darunterliegende Ereignistabelle listet alle programmierten Ereignisse (hier noch keine vorhanden) mitsamt Eintrittszeiten sowie den PIDs auf.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=9cm]{images/ss-sidebar}}
	\caption{Die Sidebar mit leerem Ereigniseditor}
	\label{fig:Sidebar}
\end{figure}

F\"{u}r die Erstellung eines neuen Ereignisses kann der Benutzer entweder mit einem Rechtsklick auf einen Prozessbalken (Abbildung \ref{fig:RechtsklickProzessbalken}) klicken, oder unterhalb der Ereignistabelle ein Ereignis ausw\"{a}hlen (Abbildung \ref{fig:Ereignisauswahl}), im darunterliegendem Textfeld die Zeit eintragen und auf ``\"{U}bernehmen'' klicken. Beispielsweise wurden auf Abbildung \ref{fig:SidebarMitEreignissen} drei Ereignisse hinzugef\"{u}gt: Absturz nach 123ms, Wiederbelebung nach 321ms und erneuerter Absturz nach 3000ms des Prozesses mit der ID 1. 

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=9cm]{images/ss-ereignisauswahl}}
	\caption{Die Ereignisauswahl via Sidebar}
	\label{fig:Ereignisauswahl}
\end{figure}

Mit einem Rechtsklick auf den Ereigniseditor lassen sich alle selektierten Ereignisse entweder kopieren oder l\"{o}schen. Die Eintr\"{a}ge der Spalten f\"{u}r die Zeit und der PID lassen sich nachtr\"{a}glich editieren. Somit besteht eine komfortable M\"{o}glichkeit bereits programmierte Ereignisse auf eine andere Zeit zu verschieben oder einem anderen Prozess zuzuweisen.

In der Sidebar gibt es neben dem Ereignis-Tab einen weiteren Tab ``Variablen''. Hinter diesem Tab verbirgt sich der Prozesseditor des aktuell ausgew\"{a}hlten Prozesses. Dort k\"{o}nnen alle Variablen des Prozesses editiert werden. Dies wird sp\"{a}ter genauer behandelt. 

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=9cm]{images/ss-sidebar-mit-ereignissen}}
	\caption{Der Ereigniseditor mit 3 programmierten Ereignissen}
	\label{fig:SidebarMitEreignissen}
\end{figure}

\subsubsection{Das Loggfenster}

Das Loggfenster (Abbildung \ref{fig:NeuErstellteSimulation}, unten) protokolliert  in chronologischer Reihenfolge alle eingetroffenen Ereignisse. Auf Abbildung \ref{fig:Loggfenster} sieht der Benutzer das Loggfenster nach Erstellung unserer Simulation, an welcher 3 Prozesse beteiligt sind. Am Anfang eines Loggeintrages wird stets die globale Zeit in Millisekunden protokolliert. Bei jedem Prozess wird ebenso seine lokale Zeit sowie die Lamport- und die Vektor-Zeitstempel aufgef\"{u}hrt. Letztere werden sp\"{a}ter genauer behandelt. 

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=16.5cm]{images/ss-loggfenster}}
	\caption{Das Loggfenster}
	\label{fig:Loggfenster}
\end{figure}

Mit dem Deaktivieren der Checkbox ``Logging'' l\"{a}ßt sich das direkte Loggen von Nachrichten tempor\"{a}r deaktivieren. Ohne aktivierter Checkbox erscheinen keine neuen Nachrichten mehr im Loggfenster. Nach Reaktivieren der Checkbox werden alle ausgelassenen Nachrichten nachtr\"{a}glich in das Fenster geschrieben. Eine Deaktivierung des Loggings kann zu verbessertem Leistungsverhalten des Simulators f\"{u}hren (z.B. kein Rucklen; ist vom verwendeten Computer, auf dem der Simulator l\"{a}uft, abh\"{a}ngig). Dieser Umstand ist der sehr langsamen Java-Implementierung der JTextArea-Klasse zu verdanken.

\"{U}ber die Checkbox ``Expertenmodus'' wird der Expertenmodus aktiviert beziehungsweise deaktiviert. 

\section{Der Expertenmodus}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics{images/ss-simulation-expertenmodus-klein}}
	\caption{Der Simulator im Expertenmodus}
	\label{fig:SimulationExpertenmodus}
\end{figure}

Der Simulator kann in zwei verschiedenen Modi betrieben werden. Es gibt einen einfachen- und einen Expertenmodus. Der Simulator started standardm\"{a}ßig im einfachen Modus, so dass sich der Benutzer nicht mit der vollen Funktionalit\"{a}t des Simulators auf einmal auseinandersetzen muß. Der einfache Modus ist \"{u}bersichtlicher, bietet jedoch weniger Funktionen an. Der Expertenmodus eigent sich f\"{u}r mehr erfahrene Anwender und bietet dementsprechend auch mehr Flexibilit\"{a}t. Der Expertenmodus kann \"{u}ber die gleichnamige Checkbox unterhalb des Loggfensters oder \"{u}ber die Simulationseinstellungen aktiviert oder deaktiviert werden.  Auf Abbildung \ref{fig:SimulationExpertenmodus} ist der Simulator im Expertenmodus zu sehen. Wenn der Benutzer den Simulator im Expertenmodus mit Abbildung \ref{fig:NeuErstellteSimulation} vergleicht, dann fallen einige Unterschiede auf, die nun aufs Weitere behandelt werden.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=9cm]{images/ss-sidebar-expertenmodus}}
	\caption{Die Sidebar im Expertenmodus}
	\label{fig:SidebarExpertenmodus}
\end{figure}

Der erste Unterschied ist in der Sidebar erkennbar (Abbildung \ref{fig:SidebarExpertenmodus}). Dort sind nun, zus\"{a}tzlich den lokalen Ereignissen, auch globale Ereignisse editierbar.  Wie bereits erw\"{a}hnt, sind unter lokale Ereignisse diejenigen Ereignisse zu verstehen, die auftreten, wenn eine bestimmte lokale Zeit des dazugeh\"{o}rigen Prozesses eingetreten ist. Globale Ereignisse hingegen sind diejenigen Ereignisse, die auftreten, wenn eine bestimmte globale Zeit eingetreten ist. Ein globales Ereignis nimmt die globale Zeit- und ein lokales Ereignis die lokale Prozesszeit als Eintrittskriterium. Globale Ereignisse machen somit nur einen Unterschied, wenn sich die lokalen Prozesszeiten von der globalen Zeit unterscheiden.

Eine weitere neue Funktionalit\"{a}t ist die M\"{o}glichkeit einem neuzuerstellenen Ereignis direkt die PID zuzuweisen. Im einfachen Modus wurde, wenn der Benutzer ein neues Ereignis erstellte, standardm\"{a}ßig immer die PID des aktuell ausgew\"{a}hlten Prozesses (in der obersten Combo-Box) verwendet. In dieser Combo-Box sollte der Benutzer gegebenenfalls ``Alle Prozesse'' selektieren, damit im Ereigniseditor stets die Ereignisse aller Prozesse aufgelistet werden.

Weitere Unterschiede machen sich unterhalb des Loggfensters bemerkbar. Dort gibt es unter Anderem zwei neue Checkboxen ``Lamportzeit'' und ``Vektorzeit''.  Aktiviert der Benutzer eine dieser beiden Checkboxen, dann wird die Lamport- beziehungsweise Vektorzeit in die Visualisierung dargestellt. \"{U}bersichtshalber kann der Benutzer nur jeweils eine dieser beiden Checkboxen aktivieren. Wenn die Lamportzeit-Checkbox bereits aktiviert ist und der Benutzer versucht die Vektorzeit-Checkbox zus\"{a}tzlich zu aktivieren, so wird die Lamportzeit-Checkbox automatisch deaktiviert und virce versa. 

%TODO: Lamport und Vektorzeit definieren!

Die Anti-Aliasing-Checkbox erm\"{o}glicht dem Benutzer Anti-Aliasing zu aktivieren und deaktivieren. Mit aktiviertem Anti-Aliasing werden alle Grafiken der Visualisierung gerundet dargestellt. Aus Performancegr\"{u}nden ist Anti-Aliasing standardm\"{a}ßig deaktiviert.

Je komplexer eine Simulation wird, desto un\"{u}bersichtlicher werden die Eintr\"{a}ge im Loggfenster. Hier f\"{a}llt es zunehmend schwerer die \"{U}bersicht aller Ereignisse zu behalten. Um dem entgegenzuwirken gibt es im Expertenmodus einen Loggfilter, welcher es erm\"{o}glicht nur die wesentlichen Daten aus den Loggs zu filtern. Der Loggfilter wird anhand der dazugeh\"{o}rigen Checkbox ``Filter'' aktiviert beziehungsweise deaktiviert. In der dahinterliegenden Eingabezeile kann ein regul\"{a}rer Ausdruck in Java-Syntax angegeben werden. Beispielsweise werden mit ``\texttt{PID: (1|2)}'' nur Loggzeilen angezeigt, die entweder ``\texttt{PID: 1}'' oder ``\texttt{PID: 2}'' beinhalten. Alle anderen Zeilen, beispielsweise mit ``\texttt{PID: 3}'', werden dabei nicht angezeigt. Mit aktiviertem Loggfilter werden nur die Loggzeilen angezeigt, auf die der regul\"{a}re Ausdruck passt. Der Loggfilter kann auch nachtr\"{a}glich aktiviert werden. Bereits protokollierte Ereignisse werden jedes Mal erneuert gefiltert. Der Loggfilter kann auch w\"{a}hrend einer laufenden Simulation verwendet werden. Wenn der Loggfilter deaktiviert wird, dann werden wieder alle Nachrichten (auch nachtr\"{a}glich) im Loggfenster angezeigt. 

\section{Ereignisse}

Es wird zwischen zwei verschiedenen Haupttypen von Ereignissen unterschieden: Programmierbare Ereignisse und nicht-programmierbare Ereignisse. Programmierbare Ereignisse lassen sich im Ereigniseditor editieren und deren Eintrittszeiten h\"{a}ngen von den lokalen Prozessuhren oder der globalen Uhr ab. Nicht-programmierbare Ereignisse lassen sich hingegen nicht im Ereigniseditor angeben und treten nicht aufgrund einer Uhrzeit auf sondern beispielsweise wenn eine Nachricht eintrifft.

\subsubsection{Prozessabsturz- und Wiederbelebung (programmierbar)}

Die beiden grundliegensten Ereignisse sind ``Prozessabsturz'' sowie ``Prozesswiederbelebung''. Wenn ein Prozess abgest\"{u}rzt ist, so wird sein Prozessbalken in rot dargestellt. Ein abgest\"{u}rzter Prozess kann keine weiteren Ereignisse mehr verarbeiten und, wenn er eine Nachricht empfangen sollte, geht diese verloren. Die einzige Ausnahme bildet ein Wiederbelebungsereignis. Ein abgest\"{u}rzter Prozess kann nichts, ausser wiederbelebt werden. W\"{a}hrend eines Prozessabsturzes l\"{a}uft die lokale Prozessuhr, abgesehen der Lamport- und Vektor-Uhren, wie gewohnt weiter. D.h. es k\"{o}nnte sein, dass ein Prozess einige seiner lokalen Ereignisse gar nicht ausf\"{u}hrt, da er zu den Ereigniseintrittszeiten abgest\"{u}rzt ist. Selbiges trifft nat\"{u}rlich auch auf globale Ereignisse zu. Wenn im echten Leben ein Computer abst\"{u}rzt oder abgeschaltet wird, dann l\"{a}uft dort die Hardwareuhr, unabh\"{a}ngig vom Betriebssystem, auch weiter.

\subsubsection{Aktivierung und Deaktivierung von Protokollen (programmierbar)}

Wir wissen bereits, dass ein Prozess mehrere Protokolle Client- und auch Serverseitig unterst\"{u}tzen kann. Welches Protokoll von einem Prozess unterst\"{u}tzt wird, kann der Benutzer anhand von Protokollaktivierungs- und Protokolldeaktivierungsereignissen konfigurieren. Somit besteht die M\"{o}glichkeit, dass ein gegebener Prozess ein bestimmtes Protokoll erst zu einem bestimmten Zeitpunkt unterst\"{u}tzt und gegebenenfalls ein anderes Protokoll abl\"{o}st. Jedes Protokoll kann entwender Server- oder Clientseitig aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden. Welche Protokolle es gibt wird sp\"{a}ter behandelt.

\subsubsection{Weitere Protokollereignisse (programmierbar)}

Der Benutzer hat die Auswahl zwischen f\"{u}nf weiteren Protokollereignissen: 

\begin{itemize}
	\item Aktivierung des Clients des gegebenen Protokolls
	\item Aktivierung des Servers des gegebenen Protokolls
	\item Deaktivierung des Clients des gegebenen Protokolls
	\item Deaktivierung des Servers des gegebenen Protokolls
	\item Starten einer Client/Server-Anfrage des gegebenen Protokolls
\end{itemize}

Ob sich das Ereignis f\"{u}r das Starten einer Anfrage auf den Client oder Server bezieht, h\"{a}ngt vom verwendeten Protokoll ab. der Benutzer unterscheidet von Protokollen die Clientseitig- oder Serverseitig eine initiale Anfrage starten. Beispielsweise startet bei dem ``Ping-Pong Protokoll'' der Client- und bei dem ``Commit-Protokollen'' der Server immer die erste Anfrage. Es gibt kein Protokoll, wo Client und Server jeweils eine initiale Anfragen starten k\"{o}nnen. 

Bei allen dieser f\"{u}nf Ereignissen kann der betroffene Prozess noch beliebig andere Dinge, abh\"{a}ngig vom Protokoll, tun. Beispielsweise kann er den Inhalt der Nachricht generieren oder lokale Variablen initialisieren oder eine der lokalen Uhzeiten \"{a}ndern oder Wecker f\"{u}r ``Callback Ereignisse'' setzen (mehr dazu sp\"{a}ter).

\subsubsection{Nachrichtenempfang sowie Antwortnachrichten (nicht-programmierbar)}

Nachdem ein Prozess eine Anfragenachricht versendet hat, und ein weiterer Prozess diese Nachricht erh\"{a}lt, so \"{u}berpr\"{u}ft der Empf\"{a}ngerprozess zun\"{a}chst ob er das dazugeh\"{o}rige Protokoll versteht. Wenn es sich um eine Clientnachricht handelt, so muß der Empf\"{a}nger ein Server sein und virce versa. Passt alles, so f\"{u}hrt der Empf\"{a}ngerprozess die vom Protokoll definierten Aktionen aus. In der Regel berechnet der Prozess einen Wert und schickt eine Antwortnachricht zur\"{u}ck. Es k\"{o}nnen aber auch beliebig andere Aktionen ausgef\"{u}hrt werden. 

\subsubsection{Callback-Ereignisse (nicht-programmierbar)}

Ein Callback-Ereignis kann von einem Protokoll ausgel\"{o}st werden. Das Protokoll setzt einen Wecker zur welcher lokalen Uhrzeit eine weitere Aktion ausgef\"{u}hrt werden soll. Zum Beispiel lassen sich hiermit Timeouts realisieren, wenn ein Protokoll eine Antwort erwartet, diese aber nicht eintrifft. Nach dem Timeout kann dann eine Anfrage erneuert verschickt werden! Es k\"{o}nnen beliebig viele Callback-Ereignisse definiert werden. Wenn sie noch nicht ausgef\"{u}hrt wurden und aufgrund eines anderen Ereignisses nicht mehr ben\"{o}tigt werden, k\"{o}nnen sie vom Protokoll auch wieder entfernt werden. Wenn ein Callback-Ereignis ausgef\"{u}hrt wird, kann es sich selbst wieder f\"{u}r eine weitere Ausf\"{u}hrung erneuert planen. So lassen sich periodisch wiedereintreffende Ereignisse realisieren. Beispielsweise verwendet das ``Reliable Multicast Protokoll'' Callback-Ereignisse, indem solange Anfragen verschickt werden, bis alle ben\"{o}tigten Antworten vorliegen.

\section{Einstellungen}

In diesem Abschnitt wird auf die m\"{o}glichen Simulationseinstellungen genauer eingegangen. Es wird zwischen drei verschiedenen Typen von Einstellungen unterschieden. Zun\"{a}chst gibt es globale Simulationseinstellungen. Diese beinhalten Variablen die f\"{u}r die gesamte Simulation gelten. Zudem hat jeder Prozess eigene lokale Einstellungen. Selbst jedes Protokoll hat f\"{u}r jeden Prozess eigene Einstellungen die editiert werden k\"{o}nnen. 

\subsection{Simulationseinstellungen}

Beim Erstellen einer neuen Simulation erscheint zun\"{a}chst das dazugeh\"{o}rige Einstellungsfenster (Abbildung \ref{fig:Simulationseinstellungen}). In der Regel reicht es, wenn der Benutzer hier die Standardwerte \"{u}bernimmt. Es besteht auch die M\"{o}glichkeiten nach Erstellen einer Simulation die Einstellungen nachtr\"{a}glich zu \"{a}ndern, indem der Benutzer das Einstellungsfenster erneuert unter ``Editieren $\rightarrow$ Einstellungen'' aufruft.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics{images/ss-simulationseinstellungen}}
	%\fbox{\includegraphics[width=11cm]{images/ss-simulationseinstellungen}}
	\caption{Das Fenster zu den Simulationseinstellungen}
	\label{fig:Simulationseinstellungen}
\end{figure}

Im Folgenden werden alle in den Simulationseinstellungen verf\"{u}gbaren Variablen beschrieben. Die Klammern geben den Typen und die Standardwerte an, in denen die Variablen vorliegen. 

\begin{itemize}
	\item \textbf{Prozesse empfangen eigene Nachrichten} \textit{(Boolean, false)}: Standardm\"{a}ßig k\"{o}nnen Prozesse \"{u}bersichtshalber keine Nachrichten empfangen, die sie selbst verschickt haben. Wenn diese Variable jedoch auf true gesetzt wird, dann kann ein Prozess auch auf selbst verschickte Nachrichten antworten. Die Zeit f\"{u}r das Versenden und Empfangen einer Nachricht an sich selbst betr\"{a}gt jedoch stets 0ms. Diese Variable sollte mit Vorsicht verwendet werden, da hierdurch, bedingt aus den 0ms, Endlosschleifen entstehen k\"{o}nnen. 
	\item \textbf{Mittelwerte der Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeiten bilden} \textit{(Boolean, true)}: Jede Nachricht die verschickt wird hat, je nach Einstellungen, eine vom verschickendem Prozess abh\"{a}ngige zuf\"{a}llige \"{U}bertragungszeit. Wenn diese Option aktiviert ist, so wird der Mittelwert vom Sende- und Empfangsprozess gebildet. Ansonsten wird stets die \"{U}bertragungszeit, die beim Senderprozesses angegeben wurde, verwendet.
	\item \textbf{Nur relevante Nachrichten anzeigen} \textit{(Boolean, true)}: Wenn nur alle relevanten Nachrichten angezeigt werden, so werden Nachrichten an einen Prozess die er selbst nicht verarbeiten kann, weil er das dazugeh\"{o}rige Protokoll nicht unterst\"{u}tzt, nicht angezeigt. Hierdurch wird eine Simulation viel \"{u}bersichtlicher.
	\item \textbf{Expertenmodus aktivieren} \textit{(Boolean, false)}: Hier l\"{a}sst sich der Expertenmodus ebenso aktivieren oder deaktivieren.
	\item \textbf{Simulation periodisch wiederholen} \textit{(Boolean, false)}: Wenn diese Variable auf true gesetzt ist, so wird die Simulation jedes Mal nach Ablauf automatisch erneuert gestartet. 
	\item \textbf{Abspielgeschwindigkeit der Simulation} \textit{(Float, 0.5)}: Gibt den Faktor der Simulationsabspielgeschindigkeit an. Wenn als Faktor 1 gew\"{a}hlt wird, dann dauert eine simulierte Sekunde auch in echt eine Sekunde. Der Faktor 0.5 gibt somit an, dass die Simulation mit halber Echtzeitgschwindigkeit simuliert wird.
	\item \textbf{Anzahl der Prozesse} \textit{(Integer, 3)}: Gibt an, wieviele Prozesse an der Simulation teilnehmen sollen. Wie schon erw\"{a}hnt kann der Benutzer auch nachtr\"{a}glich via Rechtsklick auf den Prozessbalken den jeweiligen Prozess aus der Simulation entfernen oder weitere Prozesse hinzuf\"{u}gen.
	\item \textbf{Dauer der Simulation} \textit{(Integer, 15)}: Gibt die Dauer der Simulation in Sekunden an.
\end{itemize}

Die weiteren Einstellungen unter ``Einstellungen f\"{u}r neue Prozesse'' sowie ``Nachrichteneinstellungen f\"{u}r neue Prozesse'' geben lediglich Standardwerte an, die f\"{u}r neu zu erstellende Prozesse verwendet werden. 

\subsection{Prozess- und Protokolleinstellungen}

Jeder Prozess besitzt folgende Variablen, die entweder via dem Variablen-Tab in der Sidebar oder ``Editieren $\rightarrow$ Prozess \textit{PID}'' oder Linksklick auf den Prozessbalken editiert werden k\"{o}nnen:

\begin{itemize}
	\item \textbf{Uhrabweichung} \textit{(Float, 0.0)}: Gibt den Faktor $f$ an, um den die lokale Prozessuhr abweicht. Die neue Uhrzeit eines Prozesses wird wie folgt berechnet:
		\begin{itemize}
			\item $f := $ Der Faktor wie oben beschrieben
			\item $t := $ Aktuelle Prozesszeit in ms
			\item $t' := $ Die neu verstrichene Zeit in ms
		\end{itemize}
		Die Neue Zeit berechnet sich durch $t := t + t' (1 + f)$. Der Faktor 0.0 besagt also, dass die Uhr keine Abweichung hat. F\"{u}r $f$ sind nur Werte $> -1.0$ erlaubt, da sonst die Prozessuhr r\"{u}ckw\"{a}rts laufen k\"{o}nnte. Bei allen anderen Werten wird der Faktor wieder automatisch auf 0.0 gesetzt. Da der Simulator intern mit Fliesskommazahlen doppelter Genauigkeit arbeitet, kann es zu kleinen, jedoch vernachl\"{a}ssigbaren, Rundungsfehlern kommen.
	\item \textbf{Prozessausfallwahrscheinlichkeit} \textit{(Integer, 0)}: Gibt eine Wahrscheinlichkeit in Prozent an, ob der gegebene Prozess w\"{a}hrend der Simulation zuf\"{a}llig abst\"{u}rzt. 
	\item \textbf{Lokale Zeit} \textit{(Long, 0)}: Gibt die aktuelle lokale Prozesszeit in Millisekunden an. Es empfiehlt sich daher die Simulation, bevor Prozesseinstellungen vorgenommen werden, zu pausieren. 
	\item \textbf{Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeit} \textit{(Integer, 0)}: Gibt eine Wahrscheinlichkeit in Prozent an, ob eine vom aktuell ausgew\"{a}hlten Prozess verschickte Nachricht unterwegs verloren geht. 
	\item \textbf{Maximale \"{U}bertragungszeit} \textit{(Long, 2000)}: Gibt die Dauer in Millisekunden an, die eine vom Prozess verschickte Nachricht maximal ben\"{o}tigt, bis sie einen Empf\"{a}ngerprozess erreicht. Der verwendete Wert wird zuf\"{a}llig zwischen (inklusive) der minimalen- und der maximalen Zeit gew\"{a}hlt. Im weiteren Verlauf wird dieser Wert mit $t_{max}$ bezeichnet.
	\item \textbf{Minimale \"{U}bertragungszeit} \textit{(Long, 500)}: Gibt die Dauer in Millisekunden an, die eine vom Prozess verschickte Nachricht minimal ben\"{o}tigt, bis sie einen Empf\"{a}ngerprozess erreicht. Der verwendete Wert wird zuf\"{a}llig zwischen (inklusive) der minimalen- und der maximalen Zeit gew\"{a}hlt. Im weiteren Verlauf wird dieser Wert mit $t_{min}$ bezeichnet.
\end{itemize}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics{images/ss-simulationseinstellungen-experten}}
	\caption{Weitere Simulationseinstellungen im Expertenmodus}
	\label{fig:SimulationseinstellungenExperten}
\end{figure}

Im selben Fenster lassen sich auch die Protokollvariablen editieren. Die Protokollvariablen werden jedoch sp\"{a}ter in der Protokollsektion beschrieben.

\subsection{Einstellungen im Expertenmodus}

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{l|l}
		\textbf{Schl\"{u}ssel} & \textbf{Beschreibung}\\
		\hline 
			\texttt{col.background} & Die Hintergrundfarbe der Simulation\\
			\texttt{col.message.arrived} & Nachrichtenfarbe wenn sie ihr Ziel erreicht hat\\
			\texttt{col.message.lost} & Nachrichtenfarbe wenn sie verloren ging\\
			\texttt{col.message.sending} & Nachrichtenfarbe wenn sie noch unterwegs ist\\
			\textbf{\texttt{col.process.crashed}} & Prozessfarbe wenn er abgest\"{u}rzt ist\\
			\textbf{\texttt{col.process.default}} & Prozessfarbe wenn die Simulation aktuell nicht l\"{a}uft und \\
				& der Prozess aktuell nicht abgest\"{u}rzt ist \\
			\textbf{\texttt{col.process.highlight}} & Prozessfarbe wenn die Maus \"{u}ber seinem Balken liegt\\
			\texttt{col.process.line} & Farbe, in der die kleine ``Prozessfane'' an der auch die \\
				& lokale Prozesszeit angegeben wird, dargestellt wird\\
			\textbf{\texttt{col.process.running}} & Prozessfarbe wenn er nicht abgest\"{u}rzt ist und die\\
				& Simulation aktuell l\"{a}uft\\
			\texttt{col.process.secondline} & Farbe in der die Sekunden-Zeitgitter dargestellt werden \\
			\texttt{col.process.sepline} & Farbe der globalen Zeitachse\\
			\textbf{\texttt{col.process.stopped}} & Prozessfarbe wenn die Simulation pausiert wurde\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Farbeinstellungen}
	\label{tb:Farbeinstellungen}
\end{table}

Mit aktiven Expertenmodus lassen sich zus\"{a}tzliche Variablen, wie beispielsweise diverse Farbwerte und Anzahl der Pixel verschiedener der GUI-Elemente, editieren. In Abbildung \ref{fig:SimulationseinstellungenExperten} sieht der Benutzer alle einstellbaren Farben. Die fettgedruckten Schl\"{u}ssel in Tabelle \ref{tb:Farbeinstellungen} dienen nur als Standardwerte f\"{u}r neuzuerstellende Prozesse und sind auch jeweils in den Prozesseinstellungen separat editierbar.

\section{Protokolle}

Im Folgenden werden alle bisher verf\"{u}gbaren Protokolle behandelt. Wie bereits beschrieben wird bei Protokollen zwischen Server- und Clientseite unterschieden. Server k\"{o}nnen auf Clientnachrichten, und Client auf Servernachrichten antworten. Jeder Prozess kann beliebig viele Protokolle sowohl Clientseitig als auch Serverseitig untest\"{u}tzen. Theoretisch ist es auch m\"{o}glich, dass ein Prozess f\"{u}r ein bestimmtes Protokoll gleichzeitig Server und Client ist. Der Benutzer kann auch weitere eigene Protokolle in der Programmiersprache Java mittels einer speziellen API (Application Programming Interface) erstellen. Wie eigene Protokolle erstellt werden k\"{o}nnen wird sp\"{a}ter behandelt. 

\subsection{Beispiel (Dummy) Protokoll}

Das Dummy-Protokoll dient lediglich als leeres Template f\"{u}r die Erstellung eigener Protokolle. Bei der Verwendung des Dummy-Protokolls werden bei Ereignissen lediglich Loggnachrichten ausgegeben, jedoch keine weiteren Aktionen ausgef\"{u}hrt.

\subsection{Das Ping-Pong Protokoll}

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	0 & 1 & Ping Pong Client aktivieren\\
		 	0 & 2 & Ping Pong Server aktivieren\\
		 	0 & 1 & Ping Pong Clientanfrage starten
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ping-Pong Ereignisse}
	\label{tb:PingPongTasks}
\end{table}


\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-ping-pong}}
	\caption{Das Ping-Pong Protokoll}
	\label{fig:PingPongProto}
\end{figure}

Bei dem Ping-Pong Protokoll (Abbildung \ref{fig:PingPongProto}) werden zwischen zwei Prozessen, Client P1 und Server P2, st\"{a}ndig Nachrichten hin- und hergeschickt. Der Ping-Pong Client startet die erste Anfrage, worauf der Server dem Client antwortet. Auf diese Antwort wird vom Client wiederum geantwortet und so weiter. Jeder Nachricht wird ein Z\"{a}hler mitgeschickt, der bei jeder Station um eins inkrementiert- und jeweils im Loggfenster protokolliert wird. In der Simulation werden erst keine Antwortnachrichten mehr verschickt, wenn entweder eine Nachricht verloren geht, oder wenn die Simulationszeit das Ende erreicht hat. In Tabelle \ref{tb:PingPongTasks} sind alle f\"{u}r dieses Beispiel programmierten Ereignisse aufgef\"{u}hrt! Wichtig ist, dass Prozess 1 seinen Ping-Pong Client aktiviert, bevor er eine Ping-Pong Clientanfrage startet! Wenn die Eintrittszeiten f\"{u}r Aktivierung und das Starten der Anfrage identisch sind, so ordnet der Ereigniseditor diese Ereignisse automatisch in der richtigen Reihenfolge an.  Anhand dieses Beispiels ist auch erkennbar, dass die noch nicht ausgelieferte Nachrichten noch g\"{u}n eingef\"{a}rbt ist. Alle ausgelieferten Nachrichten tragen bereits die Farbe Blau.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-ping-pong-sturm}}
	\caption{Das Ping-Pong Protokoll (Sturm)}
	\label{fig:PingPongSturmProto}
\end{figure}

Werden die Ereignisse wie in Tabelle \ref{tb:PingPongSturmTasks} abge\"{a}ndert, so l\"{a}sst sich ein Ping-Pong Sturm realisieren. Dort wurde ein neuer Prozess 3 eingef\"{u}hrt, der als Ping-Pong Server fungiert. Als Ursache verdoppelt sich die Anzahl der kursierenden Nachrichten bei jedem Client-Server Roundtrip, da auf jede Clientnachricht stets 2 Serverantworten verschickt werden. In Abbildung \ref{fig:PingPongSturmProto} ist der resultierende Simulationsverlauf dargestellt.

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	0 & 1 & Ping Pong Client aktivieren\\
		 	0 & 2 & Ping Pong Server aktivieren\\
		 	0 & 3 & Ping Pong Server aktivieren\\
		 	0 & 1 & Ping Pong Clientanfrage starten
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ping-Pong Ereignisse (Sturm)}
	\label{tb:PingPongSturmTasks}
\end{table}

\subsection{Das Broadcast-Sturm Protokoll}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-broadcast-sturm}}
	\caption{Das Broadcast-Sturm Protokoll}
	\label{fig:BroadcastSturmProto}
\end{figure}

Das Broadcast-Sturm Protokoll verh\"{a}lt sich \"{a}hnlich wie das Ping-Pong Protokoll. Der Unterschied besteht darin, dass sich das Protokoll anhand einer eindeutigen Broadcast-ID merkt, welche Nachrichten bereits verschickt wurden. Das Broadcast-Sturm Protokoll (Server- und Clientseitig) verschickt alle erhaltenen Nachrichten, sofern sie vom jeweiligen Prozess noch nicht schoneinmal verschickt wurden, erneuert. Somit l\"{a}sst sich, unter Verwendung mehrerer Prozesse (hier 6), wie auf Abbildung \ref{fig:BroadcastSturmProto}, ein Broadcast-Sturm erzeugen. P1 ist der Client und startet je eine Anfrage nach 0ms und 2500ms. Die Simulationsdauer betr\"{a}gt hier genau 5000ms. Da Client nur Servernachrichten und Server nur Clientnachrichten empfangen k\"{o}nnen, ist in dieser Simulation jeder Prozess, wie in Tabelle \ref{tb:BroadcastSturmTasks} angegeben, gleichzeitig Server und Client. 

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	0000 & 1 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 2 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 3 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 4 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 5 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 6 & Broadcaststurn Client aktivieren\\
		 	0000 & 1 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 2 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 3 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 4 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 5 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 6 & Broadcaststurn Server aktivieren\\
		 	0000 & 1 & Broadcaststurn Clientanfrage starten\\
		 	2500 & 1 & Broadcaststurn Clientanfrage starten
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Broadcast-Sturm Ereignisse}
	\label{tb:BroadcastSturmTasks}
\end{table}

\subsection{Das Protokoll zur internen Synchronisierung in einem synchronen System}

Bisher haben wir uns nur mit Protokollen besch\"{a}ftigt, in denen die beteiligten Prozesse keine Uhrabweichung hatten. Das Protokoll zur internen Synchronisierung ist ein Protokoll zur Synchronisierung der lokalen Prozesszeit, welches beispielsweise angewand weden kann, wenn eine Prozesszeit aufgrund einer Uhrabweichung falsch geht. Wenn der Client seine falsche lokale Zeit $t_c$ mit einem Server synchronisieren m\"{o}chte, so schickt er ihm eine Clientanfrage. Der Server schickt als Antwort seine eigene lokale Prozesszeit $t_s$ zur\"{u}ck, womit der Client seine neue und genauere Prozesszeit berechnen kann. Wie genau die neue Prozesszeit berechnet wird, wird im Folgenden beschrieben. 

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	00000 & 1 & Interne Sync. Client aktivieren \\
		 	00000 & 2 & Interne Sync. Server aktivieren\\
		 	00000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
		 	05000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
		 	10000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ereignisse zur internen Synchronisierung}
	\label{tb:InterneSyncTasks}
\end{table}

Hier (Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}) stellt P1 den Client und P2 den Server dar. Da die \"{U}bertragungszeit $t_u$ einer Nachricht angenommen zwischen $t'_{min}$ und $t'_{max}$ liegt, setzt der Client P1 nach Empfang der Serverantwort seine lokale Prozesszeit auf $t_c := t_s + \frac{1}{2} (t'_{min} + t'_{max})$. Somit wurde die lokale Zeit von P1, bis auf einen Fehler $f$ mit $f < \frac{t'_{max} - t'_{min}}{2}$, synchronisiert. 

Der Clientprozess hat in der Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto} als Uhrabweichung den Wert 0.1 und der Server hat als Uhrabweichung den Wert 0.0 konfiguriert. Der Client startet, wie in Tabelle \ref{tb:InterneSyncTasks} angegeben, nach 0ms, 5000ms und 10000ms seiner lokalen Prozesszeit jeweils eine Clientanfrage. In der Abbildung l\"{a}sst sich erkennen, dass die 2. und die 3. Anfrage nicht synchron zu der globalen Zeit (Sekunden-Gatter) gestartet werden. Dies ist auf die Uhrabweichung von P1 zur\"{u}ckzuf\"{u}hren. Nach Simulationsende ist die Zeit von P1 bis auf $15000ms - 15976ms = -976 ms$ synchronisiert.

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-time-sync}}
	\caption{Das Protokoll zur internen Synchronisierung}
	\label{fig:TimeSyncProto}
\end{figure}

\subsubsection{Protokollvariablen}

Dieses Protokoll verwendet folgende zwei clientseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``Interne Sync. Client'' konfiguriert werden k\"{o}nnen. Serverseitig gibt es hier keine Variablen.

\begin{itemize}
	\item \textbf{Min. \"{U}bertragungszeit} \textit{(Long, 500)}: Gibt den Wert $t'_{min}$ in Millisekunden an
	\item \textbf{Max. \"{U}bertragungszeit} \textit{(Long, 2000)}: Gibt den Wert $t'_{max}$ in Millisekunden an
\end{itemize}

$t'_{min}$ und $t'_{max}$ sind die bei den Protokollberechnungen verwendeten Werte. Sie k\"{o}nnen sich allerdings von den tats\"{a}chlichen Nachrichten\"{u}bertragungszeiten $t_{min}$ und $t_{max}$ (siehe Sektion \"{u}ber Prozesseinstellungen) abweichen. Somit lassen sich auch Szenarien simulieren, in denen das Protokoll falsch konfiguriert wurde und die Zeitsynchronisation gr\"{o}ssere Ungenauigkeiten aufweisen kann.

\subsection{Christians Methode zur externen Synchronisierung}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-time-sync-2}}
	\caption{Interne Synchronisierung und Christians Methode im Vergleich}
	\label{fig:TimeSync2Proto}
\end{figure}

Ein weiteres Protokoll f\"{u}r die Synchronisierung von Uhrzeiten funktioniert nach der Christians Methode zur externen Synchronisierung. Die Christians Methode benutzt die RTT (Round Trip Zeit) $t_{rtt}$, um die \"{U}bertragungszeiten von einzelnen Nachrichten zu approximieren. 

Wenn der Client seine lokale Zeit $t_c$ bei einem Server synchronisieren m\"{o}chte, so verschickt er eine Anfrage, und misst dabei die RTT $t_{rtt}$ bis die Serverantwort eintrifft. Die Serverantwort beinhaltet die lokale Prozesszeit vom Server $t_s$ von dem Zeitpunkt, als der Server die Antwort verschickte. Der Client setzt dann seine lokale Zeit neu auf $t_c := t_s + \frac{1}{2} t_{rtt}$, und zwar mit einer Genauigkeit von $\pm(\frac{1}{2} t_{rtt} - u_{min}$) wenn $u_{min}$ eine Schranke f\"{u}r eine Nachrichten\"{u}bertragung mit $t_{rtt} < u_{min}$ ist (siehe \cite{Vorlesung}).

Im Prinzip sieht eine Christians-Simulation so aus wie in Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}, daher wird hier auf eine einfache Abbildung vom Christians-Protokoll verzichtet. Viel Interessanter ist der direkte Vergleich zwischen dem Protokoll zur internen Synchronisierung und der Christians Methode der externen Synchronisierung (Abbildung \ref{fig:TimeSync2Proto}). Hier stellt P1 den Client zur internen Synchronisierung und P3 den Client zur externen Synchronisierung dar. P2 fungiert f\"{u}r beide Protokolle gleichzeitig als Server. P1 und P3 starten jeweils zu den lokalen Prozesszeiten 0ms, 5000ms und 10000ms eine Clientanfrage (Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}). P1 und P3 haben als Uhrabweichung 0.1 eingestellt und die Simulationsdauer betr\"{a}gt insgesamt 15000ms.

Es ist zu ablesbar, dass P1 seine Zeit bis auf $15000ms - 14567ms = 433ms$ und P3 seine Zeit bis auf $15000ms - 15539ms = -539ms$ synchronisiert hat. In diesem Beispiel hat also das Protokoll zur internen Synchronisierung ein besseres Ergebnis geliefert. Dies ist allerdings nicht zwingend immer der Fall, da nach einer erneuerten Ausf\"{u}hrung alle Nachrichten wieder eine neue zuf\"{a}llige \"{U}bertragungszeit haben werden, die auf das eine oder andere Protokoll schlechte oder gute Auswirkungen haben k\"{o}nnen.

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	00000 & 1 & Interne Sync. Client aktivieren \\
		 	00000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
		 	00000 & 2 & Christians Server aktivieren\\
		 	00000 & 2 & Interne Sync. Server aktivieren\\
		 	00000 & 3 & Christians Client aktivieren \\
		 	00000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\
		 	05000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
		 	05000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\
		 	10000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\
		 	10000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ereignisse, Vergleich interne und externe Synchronisierung}
	\label{tb:InterneSync2Tasks}
\end{table}

\subsection{Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-berkeley}}
	\caption{Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung}
	\label{fig:BerkeleyProto}
\end{figure}

Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung ist eine weitere M\"{o}glichkeit lokale Uhrzeiten abzugleichen. Dies ist das erste Protokoll, bei dem der Server die initiale Anfrage startet. Der Server stellt den Koordinator des Protokolls dar. Die Clients sind somit passiv und m\"{u}ssen warten, bis eine Serveranfrage eintritt. Hierbei muss der Server wissen, welche Clientprozesse an dem Protokoll teilnehmen, was sich in den Prozesseinstellungen des Servers einstellen l\"{a}sst.

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	0000 & 1 & Berkeley Client aktivieren \\
		 	0000 & 2 & Berkeley Server aktivieren \\
		 	0000 & 3 & Berkeley Client aktivieren \\
		 	0000 & 2 & Berkeley Serveranfrage starten\\
		 	7500 & 2 & Berkeley Serveranfrage starten\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ereignisse zum Berkeley Algorithmus}
	\label{tb:BerkeleyTasks}
\end{table}

Wenn der Server seine eigene lokale Zeit $t_s$ und auch die lokalen Prozesszeiten $t_i$ der Clients ($i = 1, ..., n$) synchronisieren m\"{o}chte, so verschickt er eine Serveranfrage. $n$ sei hierbei die Anzahl beteiligter Clients. Die Clients senden dann ihre lokalen Prozesszeiten in einer Nachricht zur\"{u}ck zum Server. Der Server hat dabei die RTTs $r_i$ bis zur Ankunft aller Clientantworten gemessen. Nachdem alle Antworten vorliegen, setzt er zun\"{a}chst seine eigene Zeit $t_s$ auf den Mittelwert seiner eigener Zeit sowie aller Prozesszeiten. Die \"{U}bertragungszeit einer Clientantwort wird auf die h\"{a}lfte der RTT gesch\"{a}tzt und wird in der Berechnung ber\"{u}cksichtigt:

\begin{equation*}
	t_{avg} :=
	\frac{1}{n+1} ( t_s +
		\sum_{\substack{
			i=1\\
		}}^n
		\frac{r_i}{2} + t_i
	)
\end{equation*}
\begin{equation*}
	t_s := t_{avg}
\end{equation*}

Anschliessend berechent der Server f\"{u}r jeden Client einen Korrekturwert $k_i := t_{avg} - t_i$, den er jeweils in einer separaten Nachricht zur\"{u}ckschickt. Die Clients setzten dann jeweils die lokale Prozesszeit auf $t'_i := t'_i + k_i$. Hierbei stellt $t'_i$ die derzeit aktuelle Prozesszeit des jeweiligen Clients dar. Denn bis zum Eintreffen des Korrekturwertes ist inzwischen wieder Zeit verstrichen.

In den Beispiel in Abbildung \ref{fig:BerkeleyProto} gibt es 2 Clientprozesse P1 und P3 sowie den Serverprozess P2. Der Server startet nach jeweils 0ms und 7500ms eine Synchronisationsanfrage (Tabelle \ref{tb:BerkeleyTasks}). In der Abbildung ist zu erkennen, dass der Server stets 2 Korrekturwerte verschickt, die jeweils P1 und P2 erreichen. Es werden hier also pro Synchronisierungsvorgang 4 Korrekturwerte ausgeliefert. Eine Korrekturnachricht enth\"{a}lt neben dem Korrekturwert $k_i$ auch die PID des Prozesses, f\"{u}r den die Nachricht bestimmt ist. Ein Client verarbeiten so nur die f\"{u}r ihn bestimmten Korrekturwerte, indem das Protokoll die PID vorher \"{u}berpr\"{u}ft. 

\subsubsection{Protokollvariablen}

Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variable, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``Berkeley Server'' konfiguriert werden kann. Clientseitig gibt es hier keine Variablen.

\begin{itemize}
	\item \textbf{PIDs beteiliger Prozesse} \textit{(Integer[], [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Berkeley Clientprozesse, mit denen der Berkeley Server synchronisieren soll. Wenn hier eine PID angegeben wird, die gar nicht existiert oder nicht das Berkeley Protokoll clientseitig unterst\"{u}tz, funktioniert das Protokoll nicht. Dann wird ewig auf eine fehlende Clientantwort gewartet.
\end{itemize}

\subsection{Das Ein-Phasen Commit Protokoll}

\begin{figure}[htbp]
	\centering
	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-one-phase-commit}}
	\caption{Das Ein-Phasen Commit Protokoll}
	\label{fig:OnePhaseCommitProto}
\end{figure}

Das Ein-Phasen Commit Protokoll ist daf\"{u}r da, beliebig vielen Clients zu einer Festschreibung zu bewegen. Im realen Leben k\"{o}nnte dies beispielsweise das Erstellen oder L\"{o}schen einer Datei sein, von der auf jedem Client eine lokale Kopie existiert. Der Server ist der Koordinator und auch derjenige, der einen Festschreibewunsch initiiert. Hierbei verschickt der Server periodisch so oft den Festschreibewunsch, bis er von jedem Client eine Best\"{a}tigung erhalten hat. Der Server muss dabei die PIDs aller beteiligten Clientprozesse sowie einen Wecker f\"{u}r erneuertes Versenden des Festschreibewunsches eingestellt bekommen. 

Die programmierten Ereignisse des Beispiels in Abbildung \ref{fig:OnePhaseCommitProto} sind in Tabelle \ref{tb:OnePhaseCommitTasks} aufgelistet. P1 und P3 simulieren jeweils einen Client und P2 den Server. Damit die Simulation mehrere Festschreibew\"{u}nsche verschickt, st\"{u}rzt in der Simulation P1 nach 1000ms ab und nach 5000ms steht er wieder zur Verf\"{u}gung. Die ersten beide Festschreibew\"{u}nsche erreichen dadurch P1 nicht und erst der dritte Versuch verl\"{a}uft erfolgreich. Bevor die Best\"{a}tigung von P1 bei P2 eintrifft, l\"{a}uft jedoch der Wecker erneuert ab, so dass ein weiterer Festschreibewunsch versendet wird. Da P1 und P3 jeweils schon eine Best\"{a}tigung verschickt haben, wird dieser Wunsch ignoriert.

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\
		\hline 
		 	0000 & 1 & 1-Phasen Commit Client aktivieren\\
		 	0000 & 2 & 1-Phasen Commit Server aktivieren\\
		 	0000 & 3 & 1-Phasen Commit Client aktivieren\\
		 	0000 & 2 & 1-Phasen Commit Serveranfrage starten\\
		 	1000 & 1 & Prozessabsturz\\
		 	5000 & 1 & Prozessweiderbelebung
	\end{tabular}
	}
	\caption{Programmierte Ein-Phasen Commit Ereignisse}
	\label{tb:OnePhaseCommitTasks}
\end{table}

\subsubsection{Protokollvariablen}

Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``1-Phasen Commit Server'' konfiguriert werden kann. Clientseitig gibt es hier keine Variablen.

\begin{itemize}
	\item \textbf{Zeit bis erneuerter Anfrage} \textit{(Long, 2500)}: Gibt die Anzahl von Millisekunden an, die gewartet werden sollen, bis der Festschreibewunsch erneuert verschickt wird.
	\item \textbf{PIDs beteiliger Prozesse} \textit{(Integer[], [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Clientprozesse, die festschreiben sollen. 
\end{itemize}


\subsection{Das Zwei-Phasen Commit Protokoll}

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Logg} \\
			\hline
000000 & & Simulation gestartet\\
\hline
000000 & 1 & 2-Phasen Commit Client aktiviert\\
\hline
000000 & 2 & 2-Phasen Commit Server aktiviert\\
\hline
000000 & 2 & Nachricht versendet; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Boolean: wantVote=true\\
\hline
000000 & 3 & 2-Phasen Commit Client aktiviert\\
\hline
000905 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
000905 & 3 & Nachricht versendet; ID: 95; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=3; Boolean: isVote=true; vote=true\\
\hline
000905 & 3 & Abstimmung true versendet\\
\hline
001880 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 95; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
001880 & 2 & Abstimmung von Prozess 3 erhalten! Ergebnis: true\\
\hline
001947 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
001947 & 1 & Nachricht versendet; ID: 96; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=1; Boolean: isVote=true; vote=true\\
\hline
001947 & 1 & Abstimmung true versendet\\
\hline
002500 & 2 & Nachricht versendet; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Boolean: wantVote=true\\
\hline
003006 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
003006 & 3 & Nachricht versendet; ID: 98; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=3; Boolean: isVote=true; vote=true\\
\hline
003006 & 3 & Abstimmung true versendet\\
\hline
003137 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 96; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
003137 & 2 & Abstimmung von Prozess 1 erhalten! Ergebnis: true\\
\hline
003137 & 2 & Abstimmungen von allen beteiligten Prozessen erhalten!\\
	& & Globales Ergebnis: true\\
\hline
003137 & 2 & Nachricht versendet; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Boolean: isVoteResult=true; voteResult=true\\
\hline
004124 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
004124 & 1 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\
\hline
004124 & 1 & Nachricht versendet; ID: 100; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\
\hline
004354 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
004354 & 3 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\
\hline
004354 & 3 & Nachricht versendet; ID: 101; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\
\hline
004434 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
004434 & 1 & Nachricht versendet; ID: 102; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=1; Boolean: isVote=true; vote=true\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Auszug aus der Loggausgabe des 2-Phasen Commit Beispiels}
	\label{tb:TwoPhaseCommitLoggs}
\end{table}

\begin{table}
	\centering
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|c|l}
		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Logg} \\
			\hline
004434 & 1 & Abstimmung true versendet\\
\hline
004527 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 98; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
004975 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 101; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
005311 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 102; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
005637 & 2 & Nachricht versendet; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Boolean: isVoteResult=true; voteResult=true\\
\hline
006051 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 100; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
006051 & 2 & Alle Teilnehmer haben die Abstimmung erhalten\\
\hline
006766 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
006766 & 1 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\
\hline
006766 & 1 & Nachricht versendet; ID: 104; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\
\hline
007279 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 104; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
007618 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
007618 & 3 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\
\hline
007618 & 3 & Nachricht versendet; ID: 105; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
	& & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\
\hline
009170 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 105; Protokoll: 2-Phasen Commit\\
\hline
010000 & & Simulation beendet
	\end{tabular}
	}
	\caption{Auszug aus der Loggausgabe des 2-Phasen Commit Beispiels (2)}
	\label{tb:TwoPhaseCommitLoggs2}
\end{table}

\subsection{Der ungen\"{u}gende (Basic) Multicast}

\subsection{Der zuverl\"{a}ssige (Reliable) Multicast}

\section{Weitere Beispiele}

\subsection{Vektor- und Lamportzeitstempel}