Serializzazione. Programmazione in Ambienti Distribuiti A.A

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1 Serializzazione Programmazione in Ambienti Distribuiti A.A Messaggi La comunicazione tra due entità remote richiede la comprensione dei messaggi scambiati Occorre specificarne il formato: A livello sintattico che forma hanno i messaggi leciti? A livello semantico che cosa significano? I socket offrono primitive di comunicazione assolutamente elementari: Trasferimento di sequenze di byte 2 1

2 Presentazione Le problematiche relative alla rappresentazione dei messaggi sono collocate nel livello 6 (presentazione) del modello di riferimento ISO/OSI: Il suo scopo è conservare il significato del messaggio trasmesso, indipendentemente dalla natura eterogenea di mittente e destinatario Altri aspetti trattati dal livello 6: Compressione Crittografia 3 Rappresentazioni interne Un programma utilizza al proprio interno una varietà di strutture dati Il linguaggio di programmazione definisce: I tipi elementari (interi con e senza segno, numeri in virgola mobile, ) e la loro rappresentazione fisica (little-endian/ big-endian, dimensione, ) Il modo con cui vengono combinati per formare tipi strutturati (record, array, ) L utilizzo di puntatori per realizzare strutture dati complesse (alberi, grafi, ) la rappresentazione adottata internamente non è, in generale, adatta ad essere esportata Occorre stabilire una rappresentazione neutra cui adeguarsi 4 2

3 Rappresentazione esterna (1) Definisce un formato standard per la rappresentazione di tipi complessi Occorre rappresentare esplicitamente tutte le dipendenze: I puntatori devono essere sostituiti da riferimenti non legati alla memoria Nel caso dei linguaggi ad oggetti, la struttura dati è legata al suo comportamento (codice): questo rende il problema più complesso 5 Rappresentazione esterna (2) Formato interno Il passaggio da rappresentazione interna ad esterna prende il nome di serializzazione Coinvolge due conversioni: Il mittente trasforma i propri dati nella formato esterno (marshalling) Il destinatario ricostruisce una rappresentazione su cui può operare direttamente (unmarshalling) Marshalling Formato esterno Unmarshalling Formato interno 6 3

4 Rappresentazione esterna (3) In generale si adotta una rappresentazione basata su tag Ogni dato è preceduto dal relativo tipo Dati di lunghezza variabile sono preceduti dall indicazione della lunghezza effettiva Precise regole indicano la codifica binaria utilizzata Strumenti middleware possono generare automaticamente il codice per eseguire marshalling e unmarshalling verso i principali linguaggi di programmazione Principali rappresentazioni esterne: ASN.1 XDR Serializzazione Java XML 7 ASN.1 Abstract Syntax Notation 1 Standard internazionale definito nell ambito del modello OSI Prevede un unica rappresentazione astratta (insieme di tipi che è possibile codificare) e diverse rappresentazioni concrete (loro codifica in formato binario) BER Basic Encoding Rules PER Packed Encoding Rules DER Distinguished Encoding Rules 8 4

5 XDR external Data Representation (1) RFC 1014, giugno 1987 Proposto da Sun Microsystem ed adottato per le implementazioni di RPC (Remote Procedure Call) e NFS (Network File System) Definisce un linguaggio (simile al C) mediante cui definire strutture dati Niente programmi! Per ogni tipo di dato definito, stabilisce una rappresentazione binaria canonica 9 XDR external Data Representation (2) Assume che il byte sia l unità portabile (non ci siano ambiguità sull interpretazione dei bit) La parola di 4 byte è l unità fondamentale di tutte le rappresentazioni XDR Il risultato della codifica è una sequenza ordinata di byte (la cui lunghezza è multipla di 4) Permette di rappresentare tipi elementari e strutturati di lunghezza variabile 10 5

6 Serializzazione Java (1) Meccanismo di conversione tra rappresentazione interne della JVM ed una rappresentazione esterne definita ad hoc Permette di rappresentare il contenuto di un oggetto preservandone la struttura interna (dipendenze da altri oggetti) Tutti gli oggetti raggiungibili dall oggetto serializzato vengono serializzati congiuntamente Basata sui meccanismi di reflection: Data una classe Java, è possibile tramite i metodi esposti dagli oggetti di classe Class conoscerne metodi ed attributi 11 Serializzazione Java (2) Caratteristiche principali: Semplice: nella maggior parte dei casi non richiede particolari sforzi a livello di implementazione delle classi che devono essere serializzate Supporto di libreria: la maggior parte delle classi dei package che costituiscono la libreria standard di Java è compatibile con questo meccanismo Meccanismo estendibile: è possibile definire formati esterni alternativi a quello standard 12 6

7 Meccanismi di base (1) Perché un oggetto sia serializzabile, la sua (super-)classe deve implementare l interfaccia Serializable Interfaccia priva di metodi, serve solo come marcatore Tutti i campi non etichettati come statici o come volatili verranno opportunamente convertiti (in fase di marshalling) e ripristinati (in fase di unmarshalling) 13 Meccanismi di base (2) Se una classe implementa l interfaccia Externalizable deve offrire metodi che ne effettuano esplicitamente la conversione: public void readexternal(objectinput in) public void writeexternal(objectoutput out) Tali metodi devono salvare lo stato dell oggetto e di tutte le superclassi in esso contenute 14 7

8 Classe ObjectOutputStream Responsabile della trasformazione di un oggetto nella sua rappresentazione seriale Il suo costruttore prevede il riferimento ad un OutputStream in cui verrà memorizzata la rappresentazione esterna Offre i metodi per la scrittura di tipi elementari (writeint( ), writedouble( ), ) e di oggetti public void writeobject(object obj) 15 Classe ObjectInputStream Classe duale della precedente per la lettura di una forma serializzata e la sua trasformazione in oggetto Il costruttore richiede il riferimento ad un InputStream che contiene i dati Dispone di metodi per la lettura di dati elementari (readint(), readdouble(), ) e di oggetti public Object readobject() 16 8

9 Esempio (1) FileOutputStream out = new FileOutputStream("theTime"); ObjectOutputStream s = new ObjectOutputStream(out); s.writeobject("today"); s.writeobject(new Date()); s.flush(); s.close(); 17 Esempio (2) FileInputStream in = new FileInputStream("theTime"); ObjectInputStream s = new ObjectInputStream(in); String today = (String)s.readObject(); Date date = (Date)s.readObject(); s.close(); 18 9

10 Condizioni al contorno Per implementare l interfaccia Serializable, una classe deve: Essere dichiarata pubblica Tutti gli argomenti non statici e non volatili devono essere serializzabili (tipi primitivi o serializzabili) Nel caso in cui discenda da una superclasse non serializzabile: La classe derivata deve poter accedere al costruttore anonimo (privo di argomenti) della superclasse 19 Condivisione di oggetti All atto della serializzazione, un oggetto di tipo ObjectOutputStream tiene traccia degli oggetti già serializzati (tramite i loro riferimenti) Nel caso venga richiesto di serializzare un oggetto il cui puntatore è già stato incontrato nel processo di serializzazione corrente, ne viene memorizzato solo un riferimento, anche se il suo stato è cambiato Il metodo writeunshared(object o) evita questo problema 20 10

11 Serializzazione e sicurezza La rappresentazione serializzata può essere alterata generando un rischio di sicurezza Agendo sulla rappresentazione è possibile conoscere ed alterare il valore di attributi privati, modificare le dipendenze tra oggetti, inserire riferimenti a classi nuove, potenzialmente scaricabili dalla rete Occorre molta cautela (ed alcuni trucchi) nel trattare gli oggetti ricostruiti dal processo di deserializzazione 21 11