Σύνοψη 5 ης ιάλεξης. Κατανεµηµένα Συστήµατα ΙΙ Μάθηµα Ελεύθερης Επιλογής, Εαρινού Εξαµήνου Τοµέας Εφαρµογών και Θεµελιώσεων.

Transcript

1 Σύνοψη 5 ης ιάλεξης Κατανεµηµένα Συστήµατα ΙΙ Μάθηµα Ελεύθερης Επιλογής, Εαρινού Εξαµήνου Τοµέας Εφαρµογών και Θεµελιώσεων Ιωάννης Χατζηγιαννάκης Τετάρτη, 16 Απριλίου, 2008 Αίθουσα ΑΠ7 Κατανεµηµένα Συστήµατα ΙΙ Επικοινωνία ιεργασιών µέσω TCP/IP Μοντέλο Πελάτη-Εξυπηρέτη Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών Αντικειµενοστραφής Προγραµµατισµός σε JAVA Sockets Sockets στη JAVA Παράδειγµα Sockets Server Παράδειγµα Sockets Client Σύνοψη Μαθήµατος Σύνοψη Μαθήµατος Βιβλιογραφία Επόµενη ιάλεξη Γενικά ίκτυα TCP/IP Μοντέλα Κατανεµηµένων Συστηµάτων Σύνολο Υπολογιστικών Μονάδων Σύνολο ιεργασιών ίκτυο Επικοινωνίας Αποτυπώνουν σε µεγάλο ϐαθµό τις πραγµατικές συνθήκες Υπάρχουν σηµαντικά τεχνικά ϑέµατα που παραλείπονται Ετερογένεια Υλικού: Οι Υπολογιστικές Μονάδες δεν έχουν τα ίδια τεχνικά χαρακτηριστικά Ετερογένεια Λογισµικού: Οι ιεργασίες εκτελούνται σε διαφορετικό Λειτουργικό Σύστηµα Ετερογένεια ικτύου: ιαφορετικές Τεχνολογίες Εστιάζουµε στα κατανεµηµένα συστήµατα όπου το δίκτυο επικοινωνίας υλοποιεί το πρωτόκολλο TCP/IP Μεγάλη οµάδα δικτύων Τοπικά δίκτυα Ethernet Ευρυζωνικά δίκτυα ADSL Ασύρµατα δίκτυα WLAN ιαδίκτυο -- Internet Η αρχιτεκτονική TCP/IP περιγράφει πέντε επίπεδα Οι διαφορετικές τεχνολογίες υλικού κρύβονται από τα χαµηλότερα επίπεδα Οι διαφορετικές τεχνολογίες λογισµικού κρύβονται από τα υψηλότερα επίπεδα

2 Επικοινωνία ιεργασιών Τύποι Επικοινωνίας (1) Οι διεργασίες υλοποιούν µια ουρά εισερχόµενων µηνυµάτων Η ανταλλαγή µηνυµάτων µεταξύ των διεργασιών υποστηρίζεται από δύο λειτουργίες: send, receive Ορίζονται σύµφωνα µε τον προορισµό και τον τύπο των µηνυµάτων Η επικοινωνία (ανταλλαγή δεδοµένων) διεξάγετε ως εξής: Μια διεργασία (αποστολέας) στέλνει ένα µήνυµα (ακολουθία bytes) σε κάποιο προορισµό (παραλήπτης) Κάποια άλλη διεργασία στον προορισµό παραλαµβάνει το µήνυµα Η διεργασία που στέλνει ένα µήνυµα, το τοποθετεί στην ουρά µηνυµάτων του προορισµού Η διεργασία που παραλαµβάνει ένα µήνυµα, το αφαιρεί από την τοπική ουρά Σύγχρονη επικοινωνία Οι δύο διεργασίες συγχρονίζονται σε κάθε µήνυµα Η εντολή send ακινητοποιεί την ϱοή εκτέλεσης (blocking operation) έως ότου η αντίστοιχη εντολή receive εκτελεστεί Η εντολή receive ακινητοποιεί την ϱοή εκτέλεσης (blocking operation) έως ότου παραληφθεί ένα µήνυµα Τύποι Επικοινωνίας (2) Τύποι Επικοινωνίας (3) Οι διεργασίες υλοποιούν µια ουρά εξερχόµενων µηνυµάτων Η διεργασία που στέλνει ένα µήνυµα το τοποθετεί στην τοπική ουρά Μια υποκείµενη διεργασία αναλαµβάνει να αποστείλει τα µηνύµατα που περιµένουν στην τοπική ουρά Ασύγχρονη επικοινωνία Η εντολή send δεν ακινητοποιεί την ϱοή εκτέλεσης (non-blocking operation). Η ϱοή εκτέλεσης συνεχίζει παράλληλα µε την αποστολή του µηνύµατος Η εντολή receive έχει δύο εκδοχές: 1. blocking receive -- ακινητοποιεί την ϱοή εκτέλεσης (όπως πριν) 2. non-blocking receive -- δεν ακινητοποιεί την ϱοή εκτέλεσης, αν δεν υπάρχει µήνυµα τερµατίζει (επιστρέφοντας null) Παραλλαγές της non-blocking receive Προσφέρεται δυνατότητα διακοπής της ϱοής όταν παραληφθεί ένα µήνυµα (interupt) Οταν παραληφθεί ένα µήνυµα δηµιουργείτε ένα γεγονός (event -- soft interupt) Η blocking receive µπορεί να παρακαµφθεί µε την χρήση νηµάτων (threads) Η ασύγχρονη επικοινωνία είναι πιο αποδοτική απαιτεί πιο σύνθετες υλοποιήσεις Σηµείωση: Ο όρος σύγχρονη/ασύγχρονη επικοινωνία είναι διαφορετικός από αυτόν των προηγούµενων ενοτήτων του µαθήµατος

3 Τύποι Επικοινωνίας (4) Αξιοπιστία Μεταβατική (Transient) Η πιο συνηθισµένη µορφή επικοινωνίας Υπάρχει η ιδέα της σύνδεσης, όπως στην τηλεφωνία Τα µηνύµατα παραµένουν στο σύστηµα όσο ο αποστολέας και ο παραλήπτης είναι ενεργοί (δηλ. οι διεργασίες εκτελούνται) εν προσφέρει διαχείριση σφαλµάτων Εµµένουσα (Persistent) Τα µηνύµατα παραµένουν στο σύστηµα έως ότου παραδοθούν στον παραλήπτη Ο αποστολέας µπορεί να τερµατίσει µετά την αποστολή µηνυµάτων Ο παραλήπτης λαµβάνει τα µηνύµατα όταν ενεργοποιηθεί Επιβαρύνει τις διεργασίες του συστήµατος Αξιόπιστη παράδοση το σύστηµα προσφέρει εγγύηση παράδοσης µηνυµάτων υπό την παρουσία ενός συγκεκριµένου αριθµού σφαλµάτων (εκ των προτέρων ορισµένο) Αναξιόπιστη παράδοση το σύστηµα δεν προσφέρει καµία εγγύηση παράδοσης µηνυµάτων υπό την παρουσία σφαλµάτων (έστω και µόνο ένα) Εγκυρότητα τα µηνύµατα παραδίδονται αναλλοίωτα (δεν έχει αλλάξει το περιεχόµενο τους) και µία και µόνο µία ϕορά (δεν γίνονται πολλαπλές παραδόσεις) Μερικές εφαρµογές απαιτούν τα µηνύµατα να παραδίδονται µε την ίδια σειρά µε την οποία στάλθηκαν Η παράδοση των µηνυµάτων εκτός σειράς ϑεωρείτε σφάλµα (αποτυχηµένη αποστολή) Σχήµα Επικοινωνίας request-reply Παράδειγµα Επικοινωνίας request-reply Σενάριο: Η διεργασία πελάτης στέλνει µια αίτηση σε µια αποµακρυσµένη διεργασία εξυπηρέτη Η διεργασία εξυπηρέτης επεξεργάζεται την αίτηση και δίνει µια απάντηση µε το αποτέλεσµα Μια διεργασία πελάτης µπορεί να κάνει αιτήσεις σε διαφορετικές διεργασίες εξυπηρέτες Μια διεργασία εξυπηρέτης µπορεί να δέχεται αιτήσεις από διαφορετικές διεργασίες πελάτες Μια διεργασία µπορεί να είναι ταυτόχρονα πελάτης και εξυπηρέτης Το σχήµα µας επιτρέπει να υλοποιήσουµε ένα µεγάλο εύρος υπηρεσιών 1. Σύγχρονη επικοινωνία request-reply Παράδειγµα Επικοινωνίας

4 Παράδειγµα Επικοινωνίας request-reply Παράδειγµα Επικοινωνίας Παράδειγµα Επικοινωνίας request-reply Παράδειγµα Επικοινωνίας 2. Πολλαπλοί πελάτες: Σειριακή επεξεργασία 3. Εξυπηρέτης µε 2 επεξεργαστές: Παράλληλη επεξεργασία Παράδειγµα Επικοινωνίας request-reply 4. Πολλαπλοί εξυπηρέτες: Συνεργασία εξυπηρετών Παράδειγµα Επικοινωνίας Υλοποίηση Επικοινωνίας request-reply (1) ιεργασία Πελάτη: Reply requestrepl(request r); Στέλνει την αίτηση r στον εξυπηρέτη Περιµένει απάντηση -- blocking Επιστρέφει την απάντηση του εξυπηρέτη ιεργασία Εξυπηρέτη: Request req = getrequest(); οµή Λογισµικού Επιστρέφει την επόµενη αίτηση -- blocking Reply rep = exec("application %1", req); Εκτέλεση εφαρµογής µε παράµετρο την αίτηση req void sendreply(reply rep); Επιστρέφει την απάντηση rep

5 Υλοποίηση Επικοινωνίας request-reply (2) Παρουσία Σφαλµάτων Η διεργασία εξυπηρέτης εκτελεί την εφαρµογή για κάθε αίτηση Κόστος ηµιουργίας νέας διεργασίας (εκτέλεση εφαρµογής) Κόστος ιαχείρισης πολλαπλών εκτελέσεων αντιστοίχηση αποτελεσµάτων µε αιτήσεις Εναλλακτικός Τρόπος: Η διεργασία του εξυπηρέτη προσφέρει την δυνατότητα επέκτασης εγκατάσταση νέων λειτουργιών (προσθήκη νέας συνάρτησης/διαδικασίας) Η επεξεργασία των αιτηµάτων γίνεται εσωτερικά Η διαδικασία παραλαβής αιτηµάτων, επεξεργασίας και αποστολής απαντήσεων µπορεί να σειριοποιηθεί Σφάλµατα Επικοινωνίας Υλοποίηση µηνυµάτων επιβεβαίωσης (ack) Σφάλµατα στον Εξυπηρέτη Η εφαρµογή δεν ολοκληρώνει την επεξεργασία Ορφανές αιτήσεις Σφάλµατα στον Πελάτη Η διεργασία σταµατάει πριν λάβει την απάντηση Ορφανές απαντήσεις Ακύρωση αιτήσεων (µετά από χρονικό διάστηµα) Ποιότητα Επεξεργασίας Αιτήσεων (1) Ποιότητα Επεξεργασίας Αιτήσεων (2) Το πολύ µία (at-most-once) -- η λειτουργία ίσως εκτελεσθεί το πολύ µια ϕορά, υπάρχει περίπτωση να µην εκτελεσθεί καθόλου Ο πελάτης ϑέτει ένα χρονικό περιθώριο αναµονής µετά ϑεωρεί την αίτηση αποτυχηµένη και σταµατά Επαναλαµβάνει την αίτηση έως ότου λάβει την απάντηση Ο εξυπηρέτης µπορεί να λάβει πολλαπλά αντίγραφα της ίδιας αίτησης υπάρχει µηχανισµός εντοπισµού Οταν ολοκληρωθεί η επεξεργασία τα αντίγραφα διαγράφονται Τουλάχιστον µια (at-least-once) -- η λειτουργία ϑα εκτελεσθεί τουλάχιστον µια ϕορά, αλλά µπορεί να εκτελεσθεί και περισσότερες εν υπάρχει µηχανισµός εντοπισµού διπλών αιτήσεων Ακριβός µια (exactly-once) -- η λειτουργία ϑα εκτελεσθεί µια µόνο ϕορά Υπάρχει µηχανισµός εµµένουσας αποθήκευσης, π.χ. τοπικός αποθηκευτικός χώρος Επανεξέταση των αιτήσεων µετά την ανάκαµψη από το σφάλµα Υπάρχει µηχανισµός εντοπισµού των αντιγράφων µιας αίτησης για εγγύηση µοναδικής (ορθής) εκτέλεσης ιπλές Μηχανισµός Μηχανισµός Ποιότητα Αιτήσεις Εντοπισµού Αποθήκευσης Το πολύ µία Ναι Ναι Οχι Τουλάχιστον µια Ναι Οχι Οχι Ακριβός µια Οχι Ναι Ναι

6 Παράδειγµα Πρωτοκόλλου request-reply: HTTP Σύστηµα πολλών επιπέδων (multi-tier) ιεργασία Πελάτη Εφαρµογή πλοήγησης (π.χ. Firefox) Η αίτηση αφορά την ανάκτηση µιας σελίδας (Get Request) Η αίτηση αφορά την αποστολή στοιχείων (Post Request) ιεργασία Εξυπηρέτη ιακοµιστής σελίδων (π.χ. Apache) Η απάντηση αποτελείτε από το περιεχόµενο της σελίδας Η απάντηση έχει σχέση µε την επεξεργασία των στοιχείων Σύγχρονη Επικοινωνία ο πελάτης περιµένει την απάντηση Μεταβατική Επικοινωνία ο πελάτης δηµιουργεί µια νέα σύνδεση για κάθε αίτηση Λογική επέκταση του µοντέλου πελάτη-εξυπηρέτη Χωρίζουµε την λειτουργικότητα σε ανεξάρτητα τµήµατα Κάθε τµήµα αναθέτετε σε διαφορετικό εξυπηρέτη (tier) Μια αίτηση µπορεί να απασχολήσει πολλούς εξυπηρέτες Αλυσιδωτές αιτήσεις κατά µήκος των διαφορετικών τµηµάτων Παράδειγµα Multi-tier Συστήµατος Παράδειγµα Multi-tier Συστήµατος Ατοµικότητα ιεργασία Πελάτη ίδιο µε πρωτόκολλο HTTP Οµάδα Εξυπηρετών 1. ιακοµιστής σελίδων (π.χ. Apache) 2. Επεξεργαστής προγραµµάτων (π.χ. PHP, JSP, Servlets) 3. Βάση εδοµένων (π.χ. MySQL, Postgres, Oracle,...) υναµικό περιεχόµενο σελίδων Επεξεργασία αίτησης πελάτη από το 1 o επίπεδο προώθηση στο 2 o επίπεδο Προετοιµασία περιεχοµένου στο 2 o επίπεδο Ανάκτηση πληροφοριών από το 3 o επίπεδο Ευρέως διαδεδοµένο µοντέλο για την αποδοτική υλοποίηση web εφαρµογών (υψηλή κλιµάκωση) Η αίτηση του πελάτη µπορεί να διασπαστεί σε επιµέρους υπο-αιτήµατα Κάθε υπο-αίτηµα διεκπεραιώνεται από διαφορετικό εξυπηρέτη Ατοµικότητα Είτε ϑα εκτελεσθούν όλα τα υπο-αιτήµατα, είτε κανένα από αυτά Εξασφάλιση ακεραιότητας συστήµατος σε περίπτωση σφαλµάτων στα επιµέρους τµήµατα του συστήµατος Παράδειγµα Πολλαπλών Αιτήσεων

7 Παράδειγµα Ατοµικότητας Αιτήσεων Ασύγχρονη Επικοινωνία request-reply (1) ιεργασία Πελάτη ίδιο µε πρωτόκολλο HTTP Οµάδα Εξυπηρετών ίδιο µε σύστηµα Multi-tier ιεκπεραίωση Αιτήµατος Επεξεργασία αίτησης πελάτη από το 1 o επίπεδο προώθηση στο 2 o επίπεδο Προετοιµασία περιεχοµένου στο 2 o επίπεδο Ενηµέρωσης ϐάσης δεδοµένων (3 o επίπεδο) σε πολλαπλά σηµεία -- multiple SQL insert/update/delete queries Αν ένα SQL query αποτύχει (π.χ. ελλιπής στοιχεία) όλα τα queries ακυρώνονται ( roll-back ) Πρόβληµα επικύρωσης δοσοληψιών Συναίνεση υπό την παρουσία σφαλµάτων Το µπλοκάρισµα της διεργασίας του πελάτη δεν είναι πάντα επιθυµητό Υπάρχουν κλήσεις που δεν επιστρέφουν κάποιο αποτέλεσµα Ο πελάτης πραγµατοποιεί µια κλήση και συνεχίζει την ϱοή εκτέλεσης Οταν ολοκληρωθεί η αίτηση, το αποτέλεσµα αποθηκεύεται στη τοπική, προσωρινή µνήµη Παράδειγµα Ασύγχρονης Επικοινωνίας Ασύγχρονη Επικοινωνία request-reply (2) Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών RPC (1) Το ενδιάµεσο λογισµικό επικοινωνίας προσφέρει ασύγχρονες υπηρεσίες µε την χρήση νηµάτων Η διεργασίας του πελάτη συνεχίζει την ϱοή εκτέλεσης και συλλέγει την απάντηση αργότερα ή καθόλου Ο προγραµµατιστής δεν χρειάζεται να υλοποιήσει µε ειδικό τρόπο τον κώδικα Και στις δύο περιπτώσεις η διεργασία του εξυπηρέτη παραµένει ίδια Παράδειγµα Ασύγχρονης Επικοινωνίας Ακολουθεί το σχήµα επικοινωνίας Request-Reply Μοντέλο Πελάτη - Εξυπηρέτη Ειδικά προσαρµοσµένο και ενσωµατωµένο στο επίπεδο της γλώσσας προγραµµατισµού Ο προγραµµατιστής χειρίζεται την αποµακρυσµένη κλήση ως µια απλή κλήση µιας τοπικής διαδικασίας εν εµπλέκεται σε ϑέµατα αίτησης/απάντησης Με µεγάλη ευκολία µια τοπική διαδικασία µπορεί να µετατραπεί σε αποµακρυσµένη ιαφάνεια πρόσβασης Ευκολία χρήσης Γρήγορη ανάπτυξη εφαρµογών Λιγότερα λάθη

8 Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών RPC (2) Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών RPC (3) Κατά την µεταγλώττιση του προγράµµατος, εισάγεται µια σειρά λειτουργιών που υλοποιούν την υποκείµενη επικοινωνία Το Ενδιάµεσο Λογισµικό Επικοινωνίας ενσωµατώνεται στην εφαρµογή RPC Runtime -- Το ενδιάµεσο λογισµικό που υλοποιεί το πρωτόκολλο request-reply ως προς την ανταλλαγή αιτήσεων και απαντήσεων Client Stub -- Το ενδιάµεσο επίπεδο σύνδεσης του κώδικα της διεργασίας του πελάτη µε το RPC Runtime ηµιουργεί τις αιτήσεις σύµφωνα µε τις παραµέτρους της κλήσης της διαδικασίας αποστολή µέσω δικτύου Επεξεργάζεται τις απαντήσεις του εξυπηρέτη και επιστέφει τις αντίστοιχες µεταβλητές παραλαβή µέσω δικτύου Server Stub -- Το ενδιάµεσο επίπεδο σύνδεσης του κώδικα της διεργασίας του εξυπηρέτη µε το RPC Runtime Επεξεργάζεται την αίτηση και καλεί την διαδικασία µε τις δοσµένες παραµέτρους παραλαβή µέσω δικτύου ηµιουργεί τις απαντήσεις σύµφωνα µε τις τιµές που επιστρέφει η διαδικασία αποστολή µέσω δικτύου Το RPC Runtime προσφέρεται από την γλώσσα προγραµµατισµού Τα Client και Server Stubs παράγονται αυτόµατα µέσω ειδικών εργαλείων (stub generators) µε ϐάση τον κώδικα των διεργασιών πελάτη - εξυπηρέτη Η αποµακρυσµένη κλήση υλοποιείτε µε 2 κλήσεις: Μια κλήση στο Client Stub Μια κλήση στο Server Stub Παράδειγµα Αποµακρυσµένης Κλήσης ιαδικασίας Υποστήριξη ιαφορετικών Γλωσσών (1) 1. (Πελάτης) Τοπική Κλήση 2. (Client Stub) Πακετάρισµα παραµέτρων 3. (Λειτουργικό) Αποστολή αίτησης 4. (Λειτουργικό) Παραλαβή αίτησης 5. (Server Stub) Ξεπακετάρισµα 6. (Εξυπηρέτης) Εκτέλεση διαδικασίας 7. (Server Stub) Πακετάρισµα απάντησης 8. (Λειτουργικό) Αποστολή απάντησης 9. (Λειτουργικό) Παραλαβή απάντησης 10. (Client Stub) Ξεπακετάρισµα 11. (Πελάτης) Επιστροφή από Κλήση Ροή Εκτέλεσης υνατότητα χρήσης διαφορετικής γλώσσας προγραµµατισµού για την διεργασία πελάτη και την διεργασία εξυπηρέτη Ετερογένεια υλικού εν υπάρχει κοινή γλώσσα (π.χ. διεργασία πελάτη είναι ενσωµατωµένη σε συσκευή περιορισµένων δυνατοτήτων) Σχεδιαστικοί λόγοι Χρήση διαφορετικής γλώσσας για το επίπεδο της διεπαφής µε τον χρήστη (διεργασία πελάτη) και το επίπεδο της επεξεργασίας (διεργασία εξυπηρέτη) Γλώσσα Ορισµού ιεπαφών IDL Τυποποιηµένη περιγραφή των παραµέτρων των διαδικασιών Ανεξάρτητη από την γλώσσα προγραµµατισµού Ανεξάρτητη από το λειτουργικό σύστηµα / υλικό

9 Υποστήριξη ιαφορετικών Γλωσσών (2) Οι γλώσσες προγραµµατισµού υποστηρίζουν την IDL προσφέροντας προσαρµοστές (adapters) µέσω των οποίων κατασκευάζονται τα client και server stubs που συνδέουν τον υπόλοιπο κώδικα µε τον ενδιάµεσο λογισµικό επικοινωνίας Κατά την εκτέλεση του κώδικα IDL παράγεται ο κώδικας για την γλώσσα προγραµµατισµού που επιθυµούµε να χρησιµοποιήσουµε Ο κώδικας της διεργασίας (πελάτη ή εξυπηρέτη) αφού µεταγλωττιστεί, συνδέεται (linking) µε τα client και server stubs που δηµιούργησε η IDL Η IDL υποστηρίζεται από όλα τα διαδεδοµένα λειτουργικά συστήµατα Sun XDR -- για το SunOS DCE IDL -- για SunOS, Windows, Linux, Mac,... ιευθέτηση Παραµέτρων -- Marshaling (1) Η µεταφορά των παραµέτρων κλήσης µιας διαδικασίας είναι απλή όταν πρόκειται για έναν ακέραιο για ένα string? Πως µεταφέρονται σύνθετοι τύποι µεταβλητών; πίνακας, λίστα, διάνυσµα,... Ακόµα και για του ακέραιους δεν είναι ξεκάθαρο 1. Pentium -- αποστολή {5, JILL 2. SPARC -- διαβάζει λάθος ακέραιο και σωστό string 3. SPARC -- µε αντιστροφή bytes διαβάζει σωστό ακέραιο αλλά ανάποδο string ιευθέτηση Παραµέτρων -- Marshaling (2) Κατανεµηµένο Περιβάλλον Επεξεργασίας DCE Οι διαφορετικές αρχιτεκτονικές χειρίζονται διαφορετικά τις µεταβλητές Κατά την µεταφορά πρέπει να υπάρχει ενηµέρωση για τον τύπο της µεταβλητής Συµφωνία για την µορφή των τύπων µεταβλητών Παρόµοιος τρόπος µε Java Serialization εν µπορούµε να µεταφέρουµε δείκτες Ολες οι µεταβλητές µεταφέρονται κατά τιµή (by value) Υλοποίηση του Συστήµατος Αποµακρυσµένης Κλήσης ιαδικασίας Αρχικά σχεδιάστηκε για κατανεµηµένα συστήµατα ϐασισµένα στο Unix Πλέον υποστηρίζει διαφορετικά λειτουργικά συστήµατα: Unix, Windows, Mac,... Χρησιµοποιεί ένα κλασικό µοντέλο πελάτη-εξυπηρέτη οι διαθέσιµες υπηρεσίες παρέχονται είτε από το ίδιο το DCE είτε από ξεχωριστές εφαρµογές Υποστηρίζει εγγυήσεις at-most-once και at-least-once

10 Παράδειγµα Χρήσης DCE Ανοιχτός ικτυακός Υπολογισµός ONC Παράδειγµα Χρήσης DCE Υλοποίηση του Συστήµατος Αποµακρυσµένης Κλήσης ιαδικασίας Σχεδιάστηκε για το Sun OS Γνωστό και ως Sun RPC Αντικαταστήθηκε από το DCE που είναι συµβατό και µε άλλα λειτουργικά Απλός τρόπος χρήσης ενδιάµεσο λογισµικό Οι λειτουργίες RPC υλοποιούνται ως ξεχωριστή ϐιβλιοθήκη Παράδειγµα Χρήσης ONC (1) Παράδειγµα Χρήσης ONC Παράδειγµα Χρήσης ONC (2) demo.x #in struct add3_params{ int i, j, k; ; program DEMO { version DEMOVERS1 { int ADD3(add3_params) = 1; int MYABS(int) = 2; = 1; = 0x c;

11 Παράδειγµα Χρήσης ONC (3) demo.h #include <rpc/rpc.h> struct add3_params{ int i, j, k; ; typedef struct add3_params add3_params; #define DEMO ((unsigned long)(0x c)) #define DEMOVERS1 ((unsigned long)(1)) #define ADD3 ((unsigned long)(1)) extern int * add3_1(); #define MYABS ((unsigned long)(2)) extern int * myabs_1(); extern int demo_1_freeresult(); extern bool_t xdr_add3_params(); Παράδειγµα Χρήσης ONC (4) demo_funcs.x #include "demo.h" int *add3_1(add3_params *in) { static int result; result = in->i + in->j + in->k; return &result; int *myabs_1(int *in) { static int result; result = (*in < 0)? -*in : *in; return &result; Παράδειγµα Χρήσης ONC (5) Παράδειγµα Χρήσης ONC (6) demo_main.x (1) #include <stdio.h> #include "demo.h" main(int argc, char *argv[]) { CLIENT *cl; int abs_arg *result1, *result2; add3_params add3_arg; if ((cl = clnt_create(" ", DEMO, DEMOVERS1, "tcp")) == NULL) { clnt_pcreateerror(" "); exit(1); demo_main.x (2) add3_arg.i = argv[1]; add3_arg.j = argv[2]; add3_arg.k = argv[3]; result1 = add3_1(&add3_arg, cl); if (result == null) { clnt_perror(cl, " "); exit(2); printf("sum is %d\n", *result1);

12 Παράδειγµα Χρήσης ONC (7) ιαφάνεια Πρόσβασης (1) demo_main.x (3) result2 = myabs_1(*result1, cl); if (result == null) { clnt_perror(cl, " "); exit(3); printf("abs value is %d\n", *result2); xdr_free(xdr_int, result1); xdr_free(xdr_int, result2); Η υπολογιστική µονάδα όπου εκτελείτε η διεργασία του εξυπηρέτη δεν έχει σταθερή διεύθυνση στο δίκτυο (IP address) ή δεν είναι εκ των προτέρων γνωστή Binding -- Ο πελάτης πρέπει να εντοπίσει και να συνδεθεί µε τον εξυπηρέτη δυναµικά κατά την διάρκεια της εκτέλεσης Η υλοποίηση της διαδικασίας εντοπισµού και σύνδεσης συνήθως γίνεται µε την χρήση µιας υπηρεσίας καταλόγου εναλλακτικά µπορεί να υλοποιηθεί κάποια µέθοδος ανακάλυψης / εντοπισµού Η υπηρεσία εντοπισµού δεν είναι κρυµµένη από το ενδιάµεσο λογισµικό επικοινωνίας π.χ. χρησιµοποιούνται ειδικές κλήσεις µέσω των οποίων γίνεται το binding εν επιτυγχάνεται πλήρης διαφάνεια τοποθεσίας και πρόσβασης σε επίπεδο εφαρµογής ιαφάνεια Πρόσβασης (2) ιαφάνεια Πρόσβασης (3) Σε επίπεδο προγραµµατισµού δεν µπορούµε να περάσουµε ως παράµετρο έναν δείκτη σε µία ϑέση µνήµης Μια αποµακρυσµένη κλήση µπορεί να αποτύχει λόγω παρουσίας σφαλµάτων στην επικοινωνία, στον εξυπηρέτη, σφάλµατος binding, κλπ. Είναι απαραίτητο να οριστούν κατάλληλες συµβάσεις για την επιστροφή κωδικών σφάλµατος Ερχεται σε αντίθεση µε την επιθυµία να υπάρχει διαφάνεια πρόσβασης Μια αποµακρυσµένη κλήση διαδικασίας µοιάζει µε τοπική κλήση δεν είναι όµως ακριβώς ίδια Παράδειγµα Εντοπισµού Εξυπηρέτη στο DCE

13 Απόδοση Σύνοψη 5 ης ιάλεξης Η κλήση µιας τοπικής, κενής, διαδικασίας (null invocation) χωρίς παραµέτρους: Λιγότερο από 1µs Η κλήση µιας αποµακρυσµένης, κενής, διαδικασίας (null invocation) χωρίς παραµέτρους, µεταξύ δύο υπολογιστών που είναι συνδεδεµένοι από ένα δίκτυο: Για απ ευθείας σύνδεση των υπολογιστών µε την χρήση Ethernet 100 Mbps -- 1ms 10k ϕορές περισσότερο! Καθυστέρηση προκύπτει και από το ενδιάµεσο λογισµικό επικοινωνίας (π.χ. πακετάρισµα, δηµιουργία αίτησης, κλπ.) Καθυστέρηση προκύπτει και από το λειτουργικό σύστηµα (π.χ. πρωτόκολλα µεταφοράς, αντιγραφή παραµέτρων, κλπ.) Κατανεµηµένα Συστήµατα ΙΙ Επικοινωνία ιεργασιών µέσω TCP/IP Μοντέλο Πελάτη-Εξυπηρέτη Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών Αντικειµενοστραφής Προγραµµατισµός σε JAVA Sockets Sockets στη JAVA Παράδειγµα Sockets Server Παράδειγµα Sockets Client Σύνοψη Μαθήµατος Σύνοψη Μαθήµατος Βιβλιογραφία Επόµενη ιάλεξη Sockets στη JAVA Ο καθιεροµένος τρόπος επικοινωνίας µε µηνύµατα Μπορεί να υλοποιήσει είτε σύγχρονες είτε ασύγχρονες µεταφορές δεδοµένων Είναι η βασικότερη τεχνολογία υλοποίησης Χαµηλότερο επίπεδο από τις υπόλοιπες τεχνολογίες, π.χ. RMI, CORBA Χαρακτηρίζεται ως η assembly του TCP/IP Σε αναλογία µε την assembly -- τα προγράµµατα που ϐασίζονται στα Sockets προσφέρουν καλύτερες επιδόσεις ως προς την ταχύτητα συνδεσης, µετάδοσης, κλπ. Προσφερουν δεν είναι όµως πάντα έτσι Μερικά προγράµµατα σε assembly χρησιµοποιούν όση µνήµη χρειάζεται ένα πρόγραµµα σε άλλη γλώσσα και είναι εξίσου αργά (ή σχεδόν το ίδιο) Με τον ίδιο τρόπο ένα πρόγραµµα που χρησιµοποιεί απέυθίας Sockets µπορεί να έχει τις ίδιες επιδώσεις µε ένα πρόγραµµα RMI Θέµατα Σχεδιασµού µε Sockets Ακόµα και αν δεν είµαστε ϐέβαιοι για τα πλεονεκτήµατα των Sockets -- µπορούµε να εκτιµήσουµε το κόστος Η υλοποίηση µε Sockets είναι σχεδόν πάντα πιό δύσκολη και έχει µεγαλύτερο κόστος σε σχέση µε τις τεχνολογίες υψηλότερου επιπέδου Αν δεν µεταφέρουµε απλά στοιχεία (ASCII) Αν χρειάζεται να αντιµετωπίσουµε πολλά σφάλµατα Αν πρέπει να χρησιµοποιεί πολλαπλούς servers Αν υπάρχουν απαιτήσεις σε ασφάλεια / κρυπτογραφεία Ο κεντρικός στόχος δεν είναι µια αποδοτική υλοποίηση Μπορεί να επιτευχθεί µε την χρήση ισχυρότερων µηχανηµάτων Ο στόχος είναι να καλύψουµε τις προδιαγραφές Βελτίωση στην απόδοση δεν γίνεται ποτέ εκ των προτέρων

14 Η κλάση URL Αν ϑέλουµε να µεταφέρουµε δεδοµένα προς µία κατεύθυνση, µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε το προτώκολλο HTTP public URL(String url) throws MalformedURLException URL up = new URL(" boolean equals(object x) -- ελέγχει την ισότητα µεταξύ αντικειµένων URL String gethost() -- επιστρέφει το κοµµάτι που αντιστοιχεί στο host -- String getfile() -- επιστρέφει το κοµµάτι που αντιστοιχεί στη σελίδα -- index.html int getport() -- επιστρέφει το κοµµάτι που αντιστοιχεί στην πόρτα/θύρα InputStream openstream() -- επιστρέφει µια ϱοή που αντιστοιχεί στη σελίδα Η κλάση Socket Η κλάση InetAddress Αντιπροσωπεύει την διεύθυνση ενός υπολογιστή Χρησιµοποιήτε από τις κλάσεις Socket και DatagramPacket Η κλάση δεν έχει constructor -- προσφέρει 3 static µεθόδους InetAddress getlocalhost() -- η διεύθυνση του τοπικού µηχανήµατος InetAddress getbyname(string host) -- η διεύθυνση του µηχανήµατος host getbyname(" InetAddress [] getallbyname(string host) -- ένα πίνακα µε όλες τις διεύθυνσεις του µηχανήµατος host στην περίπτωση που έχει πολλαπλές συνδέσεις Ολες οι µεθόδοι δηµιουργούν ένα UnknownHostException αν η διεύθυνση δεν είναι σωστή Η κλάση ServerSocket Μια µονάδα συνδεδεµένη στο ιαδίκτυο έχει ένα σύνολο από local ports -- ένας προορισµός µηνυµάτων στο εσωτερικό της υπολογιστικής µονάδας, ορίζεται από έναν ακέραιο Η κλάση socket συνδέετε σε µία port και προσφέρει µεθόδους για την αποστολή/παραλλαβή µηνυµάτων προς/από την αποµακρυσµένη µονάδα Socket(String host, int port) Socket(InetAddress address, int port) Εφόσον δηµιουργηθεί το αντικείµενο, µε τη µέθοδο getinputstream() δηµιουργούµε ένα αντικείµενο τύπου InputStream Με τη µέθοδο getoutputstream() δηµιουργούµε ένα αντικείµενο τύπου OutputStream Η κλάση Socket υλοποιεί µία local port και προσφέρει µεθόδους για την αποστολή/παραλλαβή µηνυµάτων ServerSocket(int port) Αν η local port είναι δεσµευµένη δηµιουργήται ένα IOException Οταν µια αποµακρύσµένη µονάδα επιχυρίσει να συνδεθεί η local port η µέθοδος accept() δηµιουργεί ένα αντικείµενο Socket Μέσω του νέου αντικειµένου Socket πραγµατοποιείτε η επικοινωνία µε την αποµακρυσµένη µονάδα

15 Επικοινωνία µε Sockets Επεκτείνουµε την συνιστόσα Socket για να µπορούµε να µεταφέρουµε αντικείµενα (SuperSocket) Χρησιµοποιούµε τις συνιστόσες ObjectInputStream και ObjectOutputStream για την σειριοποίηση των αντικειµένων Για την αποφυγή προβληµάτων µε την µεταφορά αντικειµένων µέσω ενός Socket κάνουµε µια ακόµα µετατροπή Χρησιµοποιούµε τις συνιστόσες ByteInputStream και ByteOutputStream για την µετάδοση των (σειριοποιηµένων) αντικειµένων υπο την µορφή ϱεύµατος από byte Συνιστώσα SuperSocket public class SuperSocket { Socket m_sock; DataInputStream m_in; DataOutputStream m_out; public SuperSocket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException { this(new Socket(host, port)); public SuperSocket(Socket s) throws UnknownHostException, IOException { m_sock = s; m_in=new DataInputStream(m_sock.getInputStream()) m_out=new DataOutputStream(m_sock.getOutputStream Συνιστώσα SuperSocket public void writevector(vector x) throws IOException { ByteArrayOutputStream bytes = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bytes); out.writeobject(x); byte [] buffer = bytes.tobytearray(); out.close(); m_out.writeint(buffer.length); m_out.write(buffer); Συνιστώσα SuperSocket public Vector readvector() throws IOException, ClassNotFoundException { int n = m_in.readint(); byte [] buffer = new byte[n]; theinput.read(buffer); ByteArrayInputStream bytes = new ByteArrayInputStream(buffer); ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bytes); Object x = in.readobject(); in.close(); return (Vector) x;

16 Παράδειγµα Sockets στη JAVA Υλοποιούµε τον εξυπηρέτη µε ένα µόνο νήµα Για να µπορέσουµε να εξυπηρετήσουµε πολλούς χρήστες ταυτόχρονα, η επέκταση είναι σχετικά εύκολη Για κάθε νέα σύνδεση, ο εξυπηρέτης αναθέτει ένα νέο αντικείµενο SuperSocket Τα στοιχεία της αίτησης στέλνονται υπό την µορφή ενός διανύσµατος από αντικείµενα Η µέθοδος processrequest επεξεργάζεται το διάνυσµα για να εξυπηρετήση την αίτηση του πελάτη Η απάντηση του Εξυπηρέτη είναι (επίσης) υπό την µορφή ενός διανύσµατος από αντικείµενα Συνιστώσα Server public class Server { public static final int PORT = 1234; Connection theconnection; ServerSocket thesocket; SuperSocket theclient; public Server() { try { thesocket = new ServerSocket(PORT); while (true) { System.err.println("Server is ready."); Socket s = thesocket.accept(); theclient = new SuperSocket(s); processrequest(); catch (Exception ex) { /*... */ Συνιστώσα Server public void processrequest() { try { Vector v = theclient.readvector(); String opcode = (String) v.elementat(0); Vector out = null; if (opcode.equals("search Flights")) out = searchflights(); else if (opcode.equals("search Seats")) out = searchseats(v); else if (opcode.equals("book Seat")) out = bookseat(v); else System.err.println("Ignored request"); if (out!= null) theclient.writevector(out); theclient.close(); catch (Exception ex) { /*... */ Συνιστώσα Server public Vector searchflights() { Vector out = new Vector(); try { Flight [] flights = Flight.getFlightsFromDB(); for (int i = 0; i < flights.length; i++) { String s = flights[i].packasstring(); out.addelement(s); catch (Exception ex) { /*... */ return out;

17 Συνιστώσα RemoteClient Υλοποιούµε τον πελάτη χρησιµοποιόντας συνιστόσες του SWING Μπορούµε να εµφανίσουµε τα ίδια στοιχεία µε διαφορετικούς τρόπους (thin/thick clients) Υλοποίηση ως Applet Χρήση HTML, Flash, Για κάθε αίτηση του χρήστη, ο πελάτης συνδέετε µε τον Εξυπηρέτη και στέλνει ένα διάνυσµα από αντικείµενα που περιγράφουν την αίτηση Ο Πελάτης δεν γνωρίζει πως εκτελείτε η αίτηση public void searchflights() { try { theresults.settext(""); thesocket = new SuperSocket(HOST, PORT); thesocket.getsocket().setsotimeout(timeout); Vector v = new Vector(); v.addelement("search Flights"); thesocket.writevector(v); v = thesocket.readvector(); thesocket.close(); for (int i = 0; i < v.size(); i++) { String s = (String) v.elementat(i); theresults.append(s + "\n"); catch (Exception ex) { /*... */ Σύνοψη 5 ης ιάλεξης Σύνοψη Φροντιστηρίου Κατανεµηµένα Συστήµατα ΙΙ Επικοινωνία ιεργασιών µέσω TCP/IP Μοντέλο Πελάτη-Εξυπηρέτη Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών Αντικειµενοστραφής Προγραµµατισµός σε JAVA Sockets Sockets στη JAVA Παράδειγµα Sockets Server Παράδειγµα Sockets Client Σύνοψη Μαθήµατος Σύνοψη Μαθήµατος Βιβλιογραφία Επόµενη ιάλεξη Επικοινωνία ιεργασιών µέσω TCP/IP Τύποι Επικοινωνίας Sockets Σχήµα Επικοινωνίας Request-Reply Μοντέλο Πελάτη - Εξυπηρέτη Αντικειµενοστραφής Προγραµµατισµός σε JAVA Sockets

18 Βιβλιογραφία Βιβλίο Distributed Systems, Concepts and Design" (G.Coulouris, J.Dollimore, T.Kindberg) 1. Κεφάλαιο 4: Interprocess Communication 2. Κεφάλαιο 5: Distributed Objects and Remote Invocation Βιβλίο Distributed Systems: Principles and Paradigms" (A.Tanenbaum, M.Steen) 1. Κεφάλαιο 2: Communication -- Μόνο 2.1, 2.2, 2.3 Βιβλίο Κατανεµηµένα Συστήµατα µε Java (Ι.Κ.Κάβουρας, Ι.Ζ.Μήλης, Γ.Β.Ξυλωµένος, Α.Α.Ρουκουνάκη) 1. Κεφάλαιο 7: Επικοινωνία µέσω δικτύου 2. Κεφάλαιο 8: ικτύωση στην Java Trail: Custom Networking networking/index.html Επόµενη ιάλεξη Κατανεµηµένα Αντικείµενα Θέµατα Σχεδιασµού Αντικειµενοστραφής Προγραµµατισµός σε JAVA RMI