Comunicazione fra oggetti distribuiti

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1 Comunicazione fra oggetti distribuiti Livelli Middleware Trasparenza e implementazione La trasparenza - come per le chiamate di locali RMI RPC Eventi di metodo remoto - gli oggetti remoti ricevono le RMI interfaccia meccanismo per la cliente servente come primitiva di un linguaggio di programmazione asincrona agli oggetti di eventi Analogia con l di un metodo (locale) e la chiamata di (locale) Diversa implementazione Servizio a livello RPC è un modulo che interfaccia per esportare operazioni su un tipo di dato astratto o risorsa Specifica I parametri di I/O (input al servente, ) (output al cliente nel reply) Se i parametri sono passati per reference indicare se sono I o O o I/O Esecuzione (non si può usare l ambiente globale del chiamante) Non si possono usare puntatori a locazioni di memoria S. Balsamo Università Ca Foscari di Venezia 1 Applicazioni RMI, RPC ed eventi Protocollo Request Reply Rappresentazione di dati esterni Sistema Operativo Trasparenza - di locazione - dai protocolli - dalla piattaforma (s.o. e hw) - dal linguaggio di programmazione con uso di interfacce (es. Corba IDL) Middleware livelli SD.5.2 MA RPC più soggette a guasti -> minor trasparenza per distinguere locale/remoto interfacce diverse se non c è trasparenza anche diverse implementazioni Implementazione interfaccia supporto alla RPC, supporto a RMI integrazione nel linguaggio di programmazione usuale marshalling connessione alla del server messaggi request e reply binding connessione del server Interfaccia programmi come insieme di moduli comunicanti identificazione di procedure all interno di cliente e servente o dei moduli inclusa nei messaggi di richiesta Procedure stub cliente converte la chiamata locale in servente seleziona la adatta (con l identificatore) decodifica gli argomenti - la esegue - ricodifica il risultato SD.5.3 Binding Interfacce Esempio CORBA IDL Collegamento nome -> oggetto (identificatore) Es: servizio -> porta del server (identificatore di connessione) Es: Unix indirizzo socket (indirizzo IP, numero porta) Es: Mach, Amoeba, Chorus indirizzo porta indipendente dalla locazione Se il cliente usa l indirizzo IP dell host è dipendente dalla locazione e in caso di modifica di allocazione del server, il cliente deve essere ricompilato Binder servizio di collegamento nomi -> porte del server rende visibili i nomi delle porte dei server ai clienti Es: procedure Nel server: register(nome_servizio: stringa; porta_servizio:porta; versione:int); withdraw (nome_servizio: stringa; porta_servizio:porta; versione:int); Nel client: Lookup (nome_servizio: stringa; versione:int): porta; SD.5.4 I moduli sono implementati in modo da rendere trasparente la realizzazione del operazioni. L interfaccia contiene le sole informazioni utili per l uso dei metodi invocati. Interfaccia per RPC o RMI. Non vi è accesso diretto alle variabili del modulo. Se il middleware permette diversi linguaggi di programmazione (es. CORBA), si usa un linguaggio di definizione di interfaccia (IDL - Interface Definition Language) - specifica la notazione per def. le interfacce con specifica dei parametri (I/O e tipo) Interfaccia di servizi - specifica di procedure rese disponibili al cliente Interfaccia - specifica i metodi di un oggetto remoto che sono invocabili da altri processi, indica gli argomenti I/O NON si ha mai l accesso diretto alle variabili Esempi: CORBA IDL (IDL per RMI), Sun XDR (IDL per RPC), DCE(Ditributed Common Object Model) IDL, DCE (Distributed Computing Environment, OSF) IDL JAVA RMI: integrazione RMI in un linguaggio OO SD.5.5 // In file Person.idl struct Person { string name; string place; long year; Nome interfaccia ; interface PersonList { readonly attribute string listname; void addperson(in Person p) ; void getperson(in string name, out Person p); long number(); Metodi disponibili ad un RMI che implementa questa interfaccia SD.5.6 1

2 Modello orientato ad oggetti Metodi di e locale Un oggetto remoto e la sua interfaccia Modello orientato ad oggetti è naturale in ambito distribuito Insieme di oggetti - insieme di dati + metodi Riferimenti ad oggetti (object reference) valori - possono essere passati come argomenti o ottenuti come risultati Interfacce : definizione dei metodi (tipo degli argomenti, valori risultato, eccezioni) senza riferimento all implementazione Metodi : sono implementati se compaiono nell interfaccia sono invocati -> modifica lo stato dell oggetto invocato può causare altre invocazioni possono avvenire eccezioni: reazioni ad azioni inaspettate o errori A B C locale locale E locale D F interfaccia Data m1 m2 implementazione { m3 dei metodi m4 m5 m6 Java: una classe può implementare più interfacce i metodi di una interfaccia possono essere implementati da qualsiasi classe Necessità di tecniche di garbage collection per il recupero di spazio di memoria di oggetti non più invocati B e F oggetti remoti Modello cliente-servente Reference - identificatore di oggetto remoto interfaccia - i metodi sono implementati dalla classe dell oggetto remoto Interfaccia : specifica quali metodi possono essere invocati mente SD.5.7 SD.5.8 SD.5.9 Semantica dell Semantica dell Semantiche dell Implementazione della con protocollo Request-Reply Semantiche dell affidabilità della (o della RPC) rispetto al chiamante se in UDP si possono verificare i guasti di: - omissione del messaggio - disordine - duplicazione possibile guasto del processo (crash o arbitrario) => non si può garantire una semantica Exactly Once come per le operazioni locali Semantica dell : scelte implementative - ritrasmissione della richiesta - filtro dei duplicati al servente in caso di ritrasmissione - all arrivo di ritrasmissione: riesecuzione o rinvio risultati => diverse possibili semantiche SD.5.10 Ritrasmissione del messaggio request No Misure di tolleranza ai guasti Filtro dei duplicati Non applicable No Procedura di riesecuzione o ritrasmissione di reply Non applicable Riesegui la Ritrasmetti reply Nella locale la semantica è exactly one Semantica della RPC Semantica della At-least-once At-most-once Maybe SD.5.11 Maybe Almeno una volta Al più una volta nessuna misura di tolleranza ai guasti guasti di omissione ( o risultato perso), crash (server) non riprova la trasmissione il cliente non sa il motivo e se la RMI o RPC è avvenuta ritrasmissione esegue i possibili duplicati guasti di crash (server), guasti arbitrari idempotenza necessaria Esempi: Java RMI at most once CORBA at most once o maybe SUN RPC at least once ritrasmissione senza riesecuzione SD

3 Implementazione RMI Ruolo del proxy e skeleton nei metodi di Ruolo delle procedure stub di cliente e servente nella RPC File di interfaccia in Sun XDR client A proxy per B Request Reply riferimento remoto server skeleton & dispatcher per classe di B remoto B riferimento remoto : realizzano la semantica di riferimento remoto: traduzione del riferimento locale - remoto, tabella di oggetti remoti (inclusi i proxy) Proxy: rende trasparente l, marshalling/unmarshalling Dispatcher: riceve la richiesta e seleziona il metodo invocato Skeleton: (della classe) implementa i metodi nell interfaccia Generate automaticamente in RMI SD.5.13 Programma cliente client process client stub procedure Request Reply server process dispatcher server stub procedure Procedura di servizio Stub: come proxy, rende trasparente la chiamata, esegue marshall Dispatcher: seleziona la corrispondente alla richiesta Server Stub: come skeleton, unmarshall, chiama la server stub, marshall il reply SD.5.14 tipi const MAX = 1000; typedef int FileIdentifier; typedef int FilePointer; typedef int Length; struct Data { int length; char buffer[max]; struct writeargs { FileIdentifier f; FilePointer position; Data data; # programma, # versione struct readargs { FileIdentifier f; FilePointer position; Length length; program FILEREADWRITE { version VERSION { void WRITE(writeargs)=1; 1 Data READ(readargs)=2; 2 =2; = 9999; numero SD.5.15 Notifica di eventi Room system Event Service Un oggetto può re eventi che vengono rilevati da altri oggetti in sistemi distribuiti: gli oggetti possono essere in diverse locazioni paradigma publish - subscribe - un oggetto che genera eventi pubblica il tipo di evento che può essere rilevato - un oggetto che vuole ricevere esegue una subscribe ai tipi di evento di interesse : oggetto che rappresenta un evento (publisher) Genera evento () Tipi di evento, attributi di evento - usati da sottoscrizione e Notifica evento Info update External source Information provider Information provider External source Scopo: disaccoppiare publisher e event service - mantiene una base di dati di eventi pubblicati e di interesse - usato da publisher per generare eventi e da per indicare quali sono gli eventi di interesse al fine di ricevere la (publisher) Modi di re: Genera evento Event Service Notifica evento Subscribe (quali) () 1. Notifica diretta 2. Notifica via observer 3. Notifica via observer, ma l oggetto è esterno all E.S. e viene interrogato dall observer Anche catena di più observers per la consegna della Eterogeneità - asincronia SD.5.16 SD.5.17 SD

4 Architettura per la di eventi distribuiti Observer - Esempio :JINI JAVA RMI 3. observer Event service observer Diverse semantiche possibili (garanzie di consegna) (e.g. vincoli real-time) SD.5.19 Processi observer con diversi compiti: - forward observer consegna (spedizione) di da parte di più oggetti - filtro di riduzione del numero di notifiche ricevute da un observer rispetto a vincoli (predicati) sul loro contenuto - modello di eventi interesse a specifiche relazioni fra eventi - mailbox di notifiche introduce un ritardo nella consegna della qualora il non fosse pronto (guasti) Esempio: Jini, specifica di eventi distribuiti in una Java Virtual Machine (JVM) per ricevere notifiche da oggetti in un altra JVM Oggetti: - generatore di eventi - Remote Event Listener - riceve le notifiche - Eventi remoti - notifiche - Third-party agents - observer Classi: RemoteEvent Interfacce: RemoteEventListener con metodo notify (per ricevere le notifiche) EventGenerator con metodo register (per sottoscrivere eventi) SD.5.20 Estensione del modello ad oggetti JAVA per supportare oggetti distribuiti in linguaggio JAVA Metodi di con la stessa sintassi dei metodi di locale, ma con diversa semantica Interfacce remote definite in linguaggio JAVA Gestione delle RemoteException Esempio: lavagna condivisa da un gruppo di utenti con oggetti grafici il servente gestisce e mostra le forme grafiche inserite dai clienti Estensione di una interfaccia Remote nel package java.rmi Interfacce remote Shape, ShapeList Classe GraphicalObject che implementa l interfaccia Seralizable Gli oggetti sia locali che remoti possono essere sia argomento che risultato di una interfaccia ; gli oggetti remoti sono indicati con il nome del interfaccia Gli argomenti e risultato di RMI devono essere serializzabili Se chi riceve un oggetto per valore non ha la classe, questa viene scaricata automaticamente => trasparenza SD.5.21 Interfacce remote Java Shape e ShapeList Interfacce remote Java Shape e ShapeList JAVA RMI Registry public interface Shape extends Remote { int getversion() throws RemoteException; GraphicalObject getallstate() throws RemoteException; 1 public interface ShapeList extends Remote { Shape newshape(graphicalobject g) throws RemoteException; 2 Vector allshapes() throws RemoteException; int getversion() throws RemoteException; Dich. interfaccia Package Cliente Reference NewShape genera una istanza di oggetto grafico Servente Genera un oggetto remoto con stato GraphicalObject Nota: se chi riceve un oggetto passato per valore non ha la classe corrispondente, questa viene scaricata automaticamente -> trasparenza RMI Registry Nome binder per Java RMI eseguito su tutti i server con oggetti remoti ogni istanza ha una tabella di corrispondenze nome -> riferimento ad oggetto remoto presenti sul nodo (nota: non è un servizio globale, ma i nomi sono locali) accesso con i metodi della classe Naming //nome_computer:porta/nome_oggetto dove nome_comupter:porta localizza RMI registry sul nodo i clienti effettuano la ricerca con lookup diretta ad un dato nodo Esempio: classe ShapeListServer implementa l interfaccia ShapeList classe ShapeServer implementa l interfaccia Shape SD.5.22 SD.5.23 SD

5 Classe Naming di Java RMI registry Classe Java ShapeListServer con il metodo main Classe Java ShapeListServant che implementa l interfaccia ShapeList void bind (String name, Remote obj) Metodo usato dal server per registrare l identificatore di un oggetto remoto per nome void rebind (String name, Remote obj) Metodo alternativo usato dal server per registrare un oggetto remoto per nome, se il nome è già legato ad un riferimento di oggetto remoto si ha una eccezione. void unbind (String name, Remote obj) Metodo che elimina un collegamento. Remote lookup (String name) Metodo usato dal cliente per cercare un oggetto per nome. Restituisce unriferimento di oggetto remoto. String [] list() Metodo che restituisce un vettore di stringhe contenente i nomi collegati nel registro. public class ShapeListServer{ Crea una istanza di ShapeListServant public static void main(string args[]){ System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); try{ ShapeList ashapelist = new ShapeListServant(); 1 Naming.rebind("Shape List", ashapelist ); 2 System.out.println("ShapeList server ready"); catch(exception e) { System.out.println("ShapeList server main " + e.getmessage()); Tipo dell RMI per riferire l oggetto remoto metodo RMI registry import java.rmi.server.unicastremoteobject; Fornisce oggetti remoti vivi solo entro il processo creato public class ShapeListServant extends UnicastRemoteObject implements ShapeList { private Vector thelist; // contiene la lista of Shapes 1 private int version; public ShapeListServant()throws RemoteException{... public Shape newshape(graphicalobject g) throws RemoteException { 2 version++; Shape s = new ShapeServant( g, version); 3 thelist.addelement(s); return s; Costruisce un nuovo oggetto remoto Inserisce la forma creata public Vector allshapes()throws RemoteException{... public int getversion() throws RemoteException {... Restituisce Shape, interfaccia dell oggetto remoto SD.5.25 SD.5.26 Metodo: permette ai clienti di creare un oggetto remoto SD.5.27 Cliente Java dishapelist Callback Classi che supportano Java RMI import java.rmi.server.*; public class ShapeListClient{ public static void main(string args[]){ Abilita la sicurezza Java per proteggere il server RMI System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); ShapeList ashapelist = null; Cerca un oggetto remoto try{ ashapelist = (ShapeList) Naming.lookup("//bruno.ShapeList") ; 1 Vector slist = ashapelist.allshapes(); RMI 2 catch(remoteexception e) {System.out.println(e.getMessage()); catch(exception e) {System.out.println("Client: " + e.getmessage()); Metodo SD.5.28 Invece di avere richieste continue cliente -> il servente, per identificare l occorrenza di eventi, può re al cliente tale occorrenza Cliente crea un oggetto remoto che implementa una interfaccia con un metodo che il Servente può chiamare callback object Servente avverte il Cliente interessato all oggetto che è indicato come reference nell oggetto callback mantiene una lista Evento quando occorre il Servente chiama tutti i Clienti interessati Vantaggi evita chiamate ripetute di clienti a serventi che possono causare un degrado delle prestazioni del servente può migliorare il tempo di aggiornamento del cliente Svantaggi il servente deve mantenere una lista aggiornata degli oggetti callback dei clienti interessati il servente deve realizzare una serie di RMI sincrone a tutti i callback nella lista SD.5.29 RemoteObject RemoteServer Activatable UnicastRemoteObject <servant class> Struttura di ereditarietà delle classi che supportano i server JAVA RMI SD