PA160
Distribuované aplikace ­ základní protokoly
(Programování distribuovaných systémů)
Materiál dle http://www.cee.hw.ac.uk/courses/5nm1/
RPC
RPC ­ Remote Procedure Call
Tváří se jako ,,obyčejná`` procedura
Tělo je vykonáno v jiném procesu (na jiném stroji]
Důvody zavedení
Vyšší úroveň abstrakce než sokety
Nezávislé na architektuře či operačním systému
Předávání jednoduchých i složitých datových typů
Vyžaduje podporu (jmenné služby, bezpečnost, . . . )
PA160 2 Jaro 2006
RPC Standardy
Tři základní
ONC (Open Network Computing)
DCE (Distributed Computing Environment)
Microsoftí COM/DCOM ,,standard``
PA160 3 Jaro 2006
RPC Standardy ­ popis
ONC (definováno v RFC 1831)
vyvinuto SUNem
nejrozšířenější, dostupné prakticky na všech operačních systémech
DCE (http://www.opengroup.org/dce/)
Rovněž široce dostupné
Zahrnuje komplexní služby
Postupně rozšířeno o objektový přístup
COM (http://www.microsoft.com/com/
Proprietární
V současné době rozšíření DCE, původně componentní model (jeden
počítač)
PA160 4 Jaro 2006
ONC RPC
RPC jedinečně definován:
Číslem programu: skupina procedur
Číslem verze: verze
Číslem procedury: jedinečný identifikátor konkrétní procedury
Uživatel může přiřazovat čísla programů v rozsahu
0x20000000--0x3FFFFFFF (20 milionů čísel)
PA160 5 Jaro 2006
ONC ­ části
Clientská část (příklad)
clnt create(): de facto napojení na skupinu procedur (server)
clnt call(): zavolání konkrétní procedury
clnt destroy(): odpojení se
Serverová část (příklad)
svc register(): registruj skupinu u portmapperu
svc getargs(): převezmi argumenty (XDR zakódované)
svc sendreply(): zašli výsledek volání (XDR)
svc unregister(): zruš registraci
PA160 6 Jaro 2006
Portmapper
Zprostředkuje přístup ke službám
Naslouchá na portu 111
Udržuje mapu programů a odpovídajících čísel portů
Použití
 1. Server se zaregistruje na portmapperu
 2. Client získá aktuální číslo portu konkrétní služby od portmapperu
(dotaz na portu 111)
 3. Client se spojí se serverem
PA160 7 Jaro 2006
ONC API ­ tvorba klienta
CLIENT *
clnt_create(host, prog, vers, prot)
char *host; -- hostname
u_long prog; -- program number
u_ong vers; -- version number
char *prot; -- protocol (udp, tcp, unix)
Vrací handle na skupinu procedur
PA160 8 Jaro 2006
ONC API ­ registrace serveru
extern bool_t
svc_register(xprt, prog, vers, dispatch, protocol)
SVCXPRT *xprt;
u_long prog;
u_long vers;
void (*dispatch)();
u_long protocol; //tcp or udp, zero means do not register
Registruje program a jeho verzi
Vrací true při úspěchu
PA160 9 Jaro 2006
ONC API ­ volání klienta
enum clnt_stat
CLNT_CALL(rh, proc, xargs, argsp, xres, resp, timeout)
CLIENT *rh; -- handle from clnt_create
u_long proc; -- registered procedure
xdrproc_t xargs; -- XDR to encode input
caddr_t argsp; -- address of input agr
xdrproc_t xres; -- XDR to decode output
caddr_t resp; -- address of result buffer
struct timeval timeout; -- timeout
PA160 10 Jaro 2006
XDR
Problém s odlišnou architekturou komunikujících počítačů
Pořadí bytů, typy čísel, řetězce, enumerované typy
XDR: eXchange Data Representation funkce
Kódují a dekódují data
Konkrétní implementace je závislá na architektuře
Zajišťují strojovou nezávislost při výměně dat
PA160 11 Jaro 2006
Vestavěné XDR konverzní funkce
Používány v clnt call()
Jednoduché funkce (příklady)
xdr_int() xdr_char() xdr_u_short xdr_bool()
xdr_long() xdr_u_int() xdr_wrapstring()
xdr_short() xdr_enum() xdr_void()
K dispozici jsou i agregační funkce (příklady)
xdr_array() xdr_string() xdr_union()
xdr_vector() xdr_opaque()
Rovněž je možno definovat uživatelské funkce umožňující
manipulovat s nepředdefinovanými typy
PA160 12 Jaro 2006
Generování kódu pro použití RPC
Nevýhody nativního RPC
Složité API, těžko laditelné
Použití XDR složité
Většinou se používá stále stejným způsobem
Řešení: použití generátoru kódu (rpcgen).
Generuje:
Hlavičkový soubor
Potřebné XDR funkce
stubs na straně klienta i serveru
rpcgen pro C/C++, jrpcgen pro Javu
PA160 13 Jaro 2006
Chování RPC
Neúspěchy
Nelze nalézt server
Ztracený požadavek
Ztracený výsledek
Zhroucení serveru (po přijetí požadavku)
Zhroucení klienta
PA160 14 Jaro 2006
Ztracený požadavek
Používání timeoutů
Používání retransmise
at least once: alespoň jednou
at most once: nejvýše jednou
exactly once: právě jednou
no guarantees: bez záruky o počtu retransmisí
PA160 15 Jaro 2006
Ztracená odpověď
Rozlišení typu požadavků
Idempotentní: je možno zopakovat (bez vedlejších efektů)
 Ztráta řešena prostou retransmisí
Neidempotentní: má vedlejší efekty
 Retransmise musí být zpracována serverem
 Rozezná retransmisi
 Neopakuje tělo
 Vydá výsledek, pouze pokud jej má v cache
PA160 16 Jaro 2006
Zhroucení serveru
Pořadí požadavek versus výpadek
Výpadek před zpracováním požadavku
Retransmise
Výpadek před odesláním odpovědi
Vrátí chybu
Client není schopen zjistit příčinu
PA160 17 Jaro 2006
Zhroucení klienta
Procedura zůstává na serveru
zmařený výkon CPU
drží zdroje (např. zamčené soubory)
může odpovídat ,,podruhé`` po rebootu klienta
Možné řešení: soft služby (nikoliv součást RPC)
PA160 18 Jaro 2006
RPC ­ literatura
Douglas E. Comer: Computer Networks and Internets, Prentice
Hall, 2001 (3. vydání); kapitola 33
SUN developers guide: http://docs.sun.com/?q=ONC+RPC
Přednášky:
http://www.cee.hw.ac.uk/courses/5nm1/index.htm
PA160 19 Jaro 2006
Distribuované objekty
DO ­ distribuce enkapsulovaných dat na počítačích v síti
Pouze data (funkce nejsou přenositelné) ­ distribuovaná enkapsulovaná
data
Skutečně přenositelné funkce (Java)
Složené dokumenty
Data plus prohlížeč či editor
Původně pouze pro výměnu dat mezi jednotlivými aplikacemi
Později přidána ,,distribuce``
Distribuované objekty nebo distribuované komponenty (data
plus funkce)
PA160 20 Jaro 2006
Distribuované objekty II
Objekt
Enkapsulace dat: stav
Operace nad daty: metody
Zpřístupnění metod: rozhraní
Distribuce
Jednoduchá
 Server: Data a metody
 Klient: Rozhraní
Vzdálené objekty
Plně distribuované
 Data a metody distribuovány přes několik serverů
 Klient: RozhraníPA160 21 Jaro 2006
Vazba klienta
Proxy
Implementace rozhraní objektu
Implicitní vazba
Přímé volání vzdálené metody
Klient nerozezná lokální a vzdálený objekt
Explicitní vazba
Speciální funkce pro navázání objektu
Teprve pak jsou zpřístupněny jeho metody
PA160 22 Jaro 2006
Odkazy na objekty
Charakter globálního ukazatele
Základní informace
Adresa stroje s objektem
Identifikace objektu
Location server
Nalezení objektu
Registrace na globální server
 Potenciální úzké místo
Nezávislost přenosových protokolů
Výběr vhodné proxy
PA160 23 Jaro 2006
Plná abstrakce
Skrytí všech závislostí
Odkaz je tvořen implementační ,,ručkou`` (Implementation
handle)
Kompletní implementace proxy
Skrývá veškeré detaily (místo, protokol, . . . )
Bezpečnostní implikace
PA160 24 Jaro 2006
Statické a dynamické volání
Statické volání (invocation)
Predefinované definice rozhraní
Analogie RPC
Buď IDL nebo interní (Java)
Dynamické volání (invocation)
Výběr metody proveden až během výpočtu
invoke(object, method, input param, output param)
Příklad:
string.append(data)
invoke(string, id(append), data)
id(append) je funkce vracející identifikátor metody
PA160 25 Jaro 2006
Implementace rozhraní
Aplikace má klientskou a serverovou část
Klient komunikuje prostřednictvím stubs
Server komunikuje prostřednictvím skeletonů
PA160 26 Jaro 2006
Stubs
Lokální reprezentace vzdáleného objektu
Proxy
Zajišťují
Inicializaci a volání vzdáleného objektu (analogie clnt create)
Zpracování argumentů (XDR)
Informace o začátku volání (clnt call)
Převzetí výsledků, případně výjimek
Ukončení volání (clnt destroy)
PA160 27 Jaro 2006
Skeleton
Zanoření metody v serveru
Výběr konkrétní implementace metody
Zajišťují
Převzetí argumentů
Vlastní provedení/volání metody
Předání argumentů
PA160 28 Jaro 2006
Registry
Adresář
Server registruje metodu
Asociuje jméno se vzdáleným objektem
Klient hledá vzdálenou metodu jménem
Metoda je volána poté, co je její záznam nalezen v Registry
PA160 29 Jaro 2006
Objektově orientované přístupy
Příklady realizace
JAVA RMI
CORBA
DCOM
PA160 30 Jaro 2006
Java RMI
Java Remote Method Invocation
Plnohodnotný objektový přístup
Pouze vzdálené objekty
Malé rozdíly mezi lokálními a vzdálenými objekty
Klonování
 Pouze na serveru
 Explicitní (nová) vazba
Synchronizace
 Nad vzdálenými objekty není úplná (pouze na proxy)
PA160 31 Jaro 2006
Vyvolání objektu
Opět pouze malé rozdíly mezi lokálním a vzdáleným voláním
Serializace parametrů
Vlastnost, umožňující enkapsulaci a předání objektu (parametru)
 Platformově závislé objekty (např. deskriptor souboru či soket) nejsou
serializovatelné
Lokální objekty předávány hodnotou
Vzdálené objekty předávány referencí
PA160 32 Jaro 2006
Odkazy
Vzdálený objekt je definován dvěma třídami
Server class: implementace kódu na straně serveru
Client class: implementace proxy
Proxy je serializovatelná
Je možné předávat odkaz na vzdálený objekt
Teoreticky celý byte kód proxy
PA160 33 Jaro 2006
Java RMI
Shrnutí vlastností
Neomezené vyvolání objektů na vzdálených strojích
Plná integrace distribuovaných objektů
Podpora zpětných volání (callback) ze serveru
Bezpečnost a spolehlivost
Pokročilé možnosti
Možnost aktivace persistentních objektů
Garbage collection i na distribuovaných (vzdálených) objektech
Replikace serverů
PA160 34 Jaro 2006
DCOM
Distributed Components Object Model firmy Microsoft
Postaven na COM
 Compound documents
 OLE (Object Linking and Emebdding)
 Definován ve 300 stránkové specifikaci (1995)
DCOM nabizí komponenty na vzdálených strojích
 Maximalizace transparentního přístupu (access transparency)
PA160 35 Jaro 2006
DCOM
Základní komponenty architektury
Microsoft IDL (MIDL)
Inteface Identifier (IID), 128 bitů
Objekty typu třída (a CreateInstance)
PA160 36 Jaro 2006
CORBA
Common Object Request Broker
Standard, definovaný OMG (Object Management Group)
http://www.omg.org
Typický reprezentant modelu klient-server
Základní cíl:
Zajistit, aby objekty distribuované v síti dokázaly spolupracovat.
Základní funkce
Nalezení objektu
Směrování požadavku
Vyvolání metody
Navrácení výsledkuPA160 37 Jaro 2006
Object Management Architecture
Systémové komponenty
Object Request Brokers (ORBs)
Object Services
Aplikační komponenty
Společné služby
Aplikační objekty
PA160 38 Jaro 2006
Object Request Brokers
Propojují jednotlivé komponenty (objekty)
Zajišťují vyhledávání
Zprostředkovávají posílání zpráv
PA160 39 Jaro 2006
Objektové služby
Vytváření a odstranění objektů
Relokace a replikace objektů
Hlídání přístupu k objektům
PA160 40 Jaro 2006
Interface Description Language
V podstatě zajišťuje přemostění mezi implementacemi
Definuje rozhraní client/server
PA160 41 Jaro 2006
Úložiště
Interface Repository
Uchovává rozhraní k objektům (alternativa k IDL)
Implementation Repository
Informace o umístění objektu a prostředí (OS, . . . )
Informace o implementaci (verze, . . . ) ­ vhodné pro ladění
Použita při aktivaci objektu
Implementace se musí registrovat
PA160 42 Jaro 2006
Služby
Základní služby v CORBA 3.0 (první část)
Added
Structuring
Mechanisms for
OTS
základní architektura pro workflow systémy
Collection vytváření a manipulace se skupinami objektů
Concurrency podpora souběžných procesů, používá
transakční služby a zamykání
Enhanced View
of Time
reprezentace hodin (časovačů)
Events práce s událostmi (registrace, publikace
a přijímaní událostí)
Externalisation export/import objektů
PA160 43 Jaro 2006
Služby ­ pokračování
Základní služby v CORBA 3.0 (druhá část)
Licensing licence, licenční politiky
Life Cycle vytváření, kopírování, přesun a destrukce ob-
jektů
Management of
Event Domains
práce s obory událostí
Naming jmenná služba (pro objekty)
Notification rozšíření základní práce s událostmi
Persistent State persistentní objekty a manipulace s nimi
Query databázové dotazy
PA160 44 Jaro 2006
Služby ­ pokračování
Základní služby v CORBA 3.0 (třetí část)
Relationship explicitní práce se vztahy mezi objekty a vlast-
nostmi
Security bezpečnost, autentizace, autorizace, šifrování
Telecoms Log logování událostí
Time podpora operací s časem a časovými známkami
Trading Object v podstatě vyhledávací služba (pro služby)
Transaction transakce (včetně dvoufázového commitu)
PA160 45 Jaro 2006