Programmazione CORBA in Java

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1 Programmazione CORBA in Java Trasparenze dalle lezioni del corso di Reti di Calcolatori A.A. 2002/2003 Prof. Roberto Baldoni - Ing. Antonino Virgillito

2 CORBA Specifica standard di middleware RPC ad oggetti Gestita dall Object Management Group (OMG) Consorzio a cui afferiscono tutti i maggiori produttori mondiali di HW/SW Standard implementato da numerosi prodotti commerciali e open source

3 CORBA: Caratteristiche Modello ad oggetti Trasparenza di comunicazione Trasparenza di linguaggio Trasparenza di locazione Trasparenza di piattaforma

4 Oggetti CORBA Un oggetto CORBA è un entità astratta che incapsula entità programmative. Un oggetto si manifesta attraverso la sua interfaccia (definizione di attributi e operazioni)

5 Architettura CORBA base Client OBJECT Implementation 1 IDL Client Stub Object Adapter IDL Static skeleton 3 4 ORB 2

6 Trasparenza in CORBA ORB IDL Trasparenza di comunicazione Trasparenza di linguaggio IOR Trasparenza di locazione

7 Object Request Broker Componente che gestisce la comunicazione tra applicazione client e oggetto server Idealmente un Bus software, in realtà è presente su entrambi i lati della comunicazione Due ORB su piattaforme diverse comunicano attraverso un protocollo comune definito nello standard CORBA = Architettura a ORB Comune

8 Interface Definition Language Linguaggio dichiarativo per la definizione delle interfacce degli oggetti CORBA Con l IDL si dichiara cosa fa un oggetto, non come lo fa Definisce tipi di dato standard che vengono mappati nei tipi del linguaggio usato per l implementazione Le interfacce IDL vengono compilate per generare i componenti che instaurano la comunicazione attraverso l ORB (stub e skeleton)

9 Interoperable Object Reference Object Reference Repository ID Endpoint Info Object Key... Ad ogni oggetto server è associato un IOR. Lo IOR contiene informazioni di indirizzamento dell oggetto. Per invocare operazioni su un oggetto, il client deve ottenere il suo IOR. Al momento dell invocazione, l ORB legge le informazioni nell IOR e instaura la connessione con l oggetto

10 Object Adapter Si occupa dell associazione tra gli oggetti e le loro implementazioni Basic Object Adapter (BOA) da CORBA 2.2 sostituito dal... Portable Object Adapter (POA) Permette di definire diversi stili di implementazione attraverso cui ottimizzare l applicazione

11 Sviluppo di un applicazione 2.Compilazione da IDL a Java CORBA in Java 3.Scrittura dell implementazione implementazione oggetto classi skeleton 4.Scrittura del server server 1.Definizione IDL dell oggetto idl2java classi di supporto classi stub client 5.Scrittura del client

12 Sviluppo di una applicazione CORBA in Java e C++ File IDL Compilatore IDL-Java Compilatore IDL-C++ applicazione (JAVA) stub (JAVA) stub (C++) skeleton (C++) implementazione (C++) Applicazione Client ORB Java ORB C++ Implementazione oggetto

13 Sviluppo di un applicazione CORBA in Java: 1. Definizione IDL dell interfaccia dell oggetto conto.idl interface Conto { attribute string numero_conto; }; void deposito(in long amount); long prelievo(in long amount); long saldo();

14 Sviluppo di un applicazione CORBA in Java : 2. Compilazione IDL-Java conto.idl idl2java Conto.java _ContoStub.java ContoOperations.java ContoPOA.java ContoPOATie.java ContoHelper.java ContoHolder.java classi lato client classi lato server classi di supporto

15 Sviluppo di un applicazione CORBA in Java : 3. Implementazione dell oggetto public class ContoImpl extends ContoPOA { private int _saldo; private String _numeroconto; L implementazione eredita lo skeleton public ContoImpl(String nc) { _saldo = 0; _numeroconto = nc; } public void deposito(int amount) { _saldo += amount; } public int prelievo(int amount) { _saldo -= amount; return _saldo; } public int saldo() { return _saldo; } Ogni metodo definito nell interfaccia viene implementato } Gli attributi vengono implementati come una coppia di metodi String numeroconto() { return _numeroconto; } void numeroconto(string nc) { _numeroconto = nc; }

16 Sviluppo di un applicazione CORBA in Java : 4. Scrittura del server public class Server { public static void main( String[] args ) { org.omg.corba.orb orb = org.omg.corba.orb.init(args, null); Inizializzazione ORB try { org.omg.portableserver.poa poa = org.omg.portableserver.poahelper.narrow(orb.resolve_initial_references("rootpoa")); Creazione del riferimento al POA org.omg.corba.object o = poa.servant_to_reference(new ContoImpl("0393")); Attivazione oggetto nel POA PrintWriter ps = new PrintWriter(new FileOutputStream(new File( args[0] ))); ps.println( orb.object_to_string( o ) ); ps.close(); Scrittura dell OR in un file } catch ( Exception e ) { e.printstacktrace(); } } } orb.run(); Attivazione ORB

17 Sviluppo di un applicazione CORBA in Java : 5. Scrittura del client public class Client { public static void main(string args[]) { try { Conto contobancario; Dichiarazione variabile per l oggetto org.omg.corba.orb orb = org.omg.corba.orb.init(args,null); Inizializzazione ORB String IORString; // legge l'ior dal file specificato in args[0] // e lo memorizza in IORString [...] Lettura OR da file contobancario = ContoHelper.narrow(orb.string_to_object(IORString)); Creazione riferimento remoto all oggetto contobancario.deposito(2000); contobancario.prelievo(200); Chiamata operazioni sull oggetto System.out.println("Il saldo del conto" + contobancario.numeroconto() + "è: " + contobancario.saldo()); } catch (Exception e) { e.printstacktrace(); } }

18 Architettura CORBA completa Interface Repository Applicazione Client Implementazione Server Implementation Repository DSI Skeleton Stub DII POA Interceptor Interceptor CORBAservices ORB

19 CORBAServices Insieme di specifiche di servizi utilizzabili da applicazioni CORBA I servizi sono generalmente forniti attraverso oggetti CORBA Un implementazione CORBA non è vincolata a fornire dei servizi

20 CORBAServices Naming Service localizzazione di oggetti attraverso nomi Event Service comunicazione asincrona per notifiche di eventi Notification Service evoluzione dell event che include tipizzazione dei messaggi, filtraggio e supporto QoS

21 CORBAServices Security Service funzioni di autenticazione, certificazione, protezione Trading Service localizzazione oggetti attraverso query su metadati Transaction Service gestione del comportamento transazionale degli oggetti Time Service fornisce il tempo corrente e altre funzioni relative al tempo (generazione timer, calcolo intervalli tra eventi, etc.)

22 Naming Service Associa stringhe (nomi) a object references Vantaggi: I client identificano i server semplicemente attraverso il loro nome Indipendente dalla locazione del servizio

23 Naming service: struttura a grafo = Naming Context = Oggetto Naming Context iniziale = Object Reference

24 Naming Service: l interfaccia Naming Context module CosNaming { interface NamingContext { //... void bind(in Name n, in Object obj) raises (NotFound, CannotProceed, InvalidName, AlreadyBound); Object resolve(in Name n) raises... void bind_context(in Name n, in Object obj) raises... NamingContext bind_new_context(in Name n); NamingContext new_context(); }; }; void unbind(in name n) raises... void rebind(in Name n, Object obj) raises... void destroy();

25 Naming Service: lato server import org.omg.cosnaming.*; org.omg.corba.object o = poa.servant_to_reference(new ContoImpl()); NamingContextExt nc = NamingContextExtHelper.narrow( orb.resolve_initial_references("nameservice")); nc.bind( nc.to_name( contobancario"), o);

26 Naming Service: lato client import org.omg.cosnaming.*; Conto conto; NamingContextExt nc = NamingContextExtHelper.narrow( orb.resolve_initial_references("nameservice")); conto = ContoHelper.narrow(nc.resolve(nc.to_name( contobancario")));

27 Naming Service: gestire il Naming Graph import org.omg.cosnaming.*; org.omg.corba.object o = poa.servant_to_reference(new ContoImpl()); NamingContextExt rootctx = NamingContextExtHelper.narrow( orb.resolve_initial_references("nameservice")); NamingContextExt contictx = rootctx.bind_new_context( rootctx.to_name( conti )); contictx.bind(contictx.to_name( virgi ),o); conti virgi

28 Event Service Consumatore Consumatore push push Modello push Event Channel push push Produttore Produttore direzione del flusso degli eventi Consumatore Consumatore pull pull Event Channel Modello pull pull pull Produttore Produttore

29 Utilizzo dell Event Service (modello Push) L event channel è un oggetto server CORBA Il produttore ottiene l IOR dell event channel e si registra presso di esso Il consumatore implementa una opportuna interfaccia (PushConsumer), in cui un metodo (push) specifica il comportamento in caso di ricezione di un evento Il consumatore si registra presso l event channel Produttore e consumatore ottengono dal canale dei proxy, che sono la rappresentazione locale dell altro lato della comunicazione: Il produttore invia gli eventi al proxy Il consumatore si connette al proxy per ricevere gli eventi Nel modello push, il produttore è il client e il consumatore è il server. Nel modello pull la situazione è speculare

30 CORBA: aspetti dinamici Il tipo Any Type Codes Dynamic Invocation Interface Dynamic Skeleton Interface

31 Any e TypeCode Un oggetto di tipo Any contiene un valore di tipo IDL qualunque. Per inserire ed estrarre il valore, sono definite una serie di operazioni dipendenti dal tipo del valore stesso: insert_<tipo> e extract_<tipo> Un oggetto di tipo TypeCode è la descrizione di un tipo IDL. A ogni tipo IDL è associata una costante definita nell enumerazione TCKind, restituita dall operazione kind()di TypeCode. Inoltre, in TypeCode sono anche definite operazioni per confrontare l uguaglianza di due tipi.

32 Any e TypeCode: esempio // create a new any Any a = org.omg.corba.orb.init().create_any(); // char char ch = 'c'; System.out.print("Passing a char..."); a.insert_char( (char)ch ); System.out.println( s.generic( a ) ); public java.lang.string generic(any a) { String result = "<empty>"; try { switch( a.type().kind().value() ) { case TCKind._tk_char: result = "char: " + a.extract_char(); break; case TCKind._tk_float: result = "Float: " + a.extract_float(); break;...

33 Dynamic Invocation Interface Permette di invocare un metodo su un oggetto senza che sia presente il suo stub. necessario lo stub Static vs. Dynamic stub non necessario l invocazione va definita a tempo di compilazione solo invocazioni sincrone sintassi procedurale l invocazione può essere definita a runtime supporto anche per invocazioni asincrone sintassi piuttosto scomoda

34 DII: l interfaccia Request module CORBA { interface Request { readonly attribute Object target; readonly attribute string operation; readonly attribute NVList arguments; readonly attribute NamedValue result; readonly attribute Environment env; // PIDL //... any add_in_arg(); //... void set_return_type(in ::CORBA::TypeCode tc); any return_value(); void invoke(); void send_oneway(); void send_deferred(); void poll_response(); }; };

35 DII: Richiesta semplice org.omg.corba.object s = nc.resolve( nc.to_name("dii.example")); org.omg.corba.request r = s._request("_get_long_number"); r.set_return_type( orb.get_primitive_tc(org.omg.corba.tckind.tk_long)); r.invoke(); if( r.env().exception()!= null ) throw r.env().exception(); else System.out.println("0: " + r.return_value() );

36 DII: Richiesta con parametri org.omg.corba.request r2 = s._request("add"); r2.add_in_arg().insert_long( 3 );

37 DII: Richieste asincrone org.omg.corba.request r3 = s._request("writenumber"); r3.add_in_arg().insert_long( 5 ); r3.set_return_type( ); r3.send_oneway(); r3.send_deferred(); r3.get_response(); r3.send_deferred(); while(! r3.poll_response() ) { try { Thread.currentThread().sleep(10); } catch ( InterruptedException i){} System.out.print("."); }

38 Portable Interceptors Oggetti che intervengono nel flusso della comunicazione tra client e server Catturano richieste e risposte permettendo di leggerne i dati Diversi punti di intercettazione Ci soffermeremo sui RequestInterceptors

39 RequestInterceptors Due tipi: Client-side Server-side Permettono di Leggere i dati di richieste/risposte Trasferire informazioni di contesto tra client e server Redirezionare le richieste a diversi server Ogni punto di intercettazione corrisponde ad un metodo dell interceptor che viene automaticamente chiamato dall ORB Il comportamento degli interceptor viene definito implementando i metodi

40 RequestInterceptors: punti di intercettazione

41 Interface Repository Contiene descrizione di interfacce di oggetti CORBA. Le interfacce sono descritte in termini di una gerarchia di oggetti CORBA corrispondenti a strutture IDL. ModuleDef InterfaceDef OperationDef InterfaceDef

42 Implementation Repository Contiene informazioni che permettono all ORB di localizzare e attivare implementazioni di oggetti Viene usato per gestire gli oggetti persistenti, quelli che cioè vivono anche dopo che il processo in cui sono attivi è terminato. Gli oggetti persistenti sono registrati presso un ImR che attiva il loro processo quando il client invia una richiesta.

43 Argomenti Avanzati Portable Object Adapter Protocolli GIOP e IIOP Mapping IDL-Java

44 Il Portable Object Adapter Il POA è responsabile dell associazione tra gli oggetti CORBA e le loro implementazioni in un linguaggio di programmazione (servants) In pratica, le funzioni del POA sono: creare gli Object Reference gestire il ciclo di vita degli oggetti inviare le richieste effettuate su un oggetto al rispettivo servant

45 Object References Entità del POA Il POA crea gli OR. Una applicazione può creare un oggetto, e quindi un OR, anche senza incarnarlo attraverso un servant Object Identifiers Identificano un oggetto all interno di un POA. L OID di un oggetto viene inserito all interno del suo OR. Possono essere decisi dal POA o forniti dall applicazione Servants Un applicazione può creare e registrare un servant presso un POA per incarnare un oggetto. In alternativa, può fornire un particolare oggetto (servant manager) che può creare servant quando necessario oppure un servant di default (default servant) che serve tutte le richieste di tutti gli oggetti di un POA. Un servant può incarnare allo stesso tempo uno o più oggetti

46 Relazione tra oggetti e servant oggetto esistente oggetto attivo oggetto non esistente creazione attivazione servant incarnato disattivazione distruzione oggetto non esistente oggetto non attivo servant eterealizzato

47 POA Manager Entità del POA (2) Oggetto che mantiene lo stato di elaborazione dei POA in un ORB. Attraverso di esso è possibile disattivare i POA oppure bloccare o scartare tutte le richieste dirette ad essi. Active Object Map Tabella che mantiene le associazioni tra OID e servant per gli oggetti attivi in un POA

48 Gerarchia di POA Un applicazione server può mantenere POA multipli, per assegnare diversi stili di implementazione agli oggetti I POA vengono organizzati in una gerarchia Il POA di default è la radice della gerarchia (RootPOA) e viene creato dall ORB Ogni POA ha il proprio stile di implementazione, definito da specifiche proprietà (policies)

49 Gerarchia dei POA ORB RootPOA Il POAManager può assumere uno tra 4 stati: active, holding, discarding, inactive POA Manager POA a POA b POA x POA y

50 POA Policies Proprietà che definiscono lo stile di implementazione di un POA Le politiche specificano il comportamento di tutti gli oggetti registrati in uno stesso POA Le politiche possono essere stabilite solo alla creazione del POA

51 POA Policies: Casi d uso Oggetti Persistenti Alcuni oggetti devono mantenere identità e stato tra diverse esecuzioni del loro server Attivazione oggetti su richiesta Per ottimizzare l utilizzo della memoria, un oggetto può essere attivato solamente al primo utilizzo (ed eventualmente disattivato in seguito) Wrapping di Database Ad ogni tabella di un DB può essere fatto corrispondere un oggetto CORBA. Per aumentare la scalabilità rispetto all utilizzo della memoria, tutti gli oggetti possono essere implementati da uno stesso servant

52 POA Policies Modello di Threading ORB_CTRL_MODEL SINGLE_THREAD_MODEL Assegnazione OID USER_ID SYSTEM_ID Esecuzione richieste USE_ACTIVE_OBJECT_MAP_ONLY USE_DEFAULT_SERVANT USE_SERVANT_MANAGER Conservazione Servant RETAIN NON_RETAIN

53 Servant Manager Oggetto registrato in un POA, attivato da esso in callback Fornisce la possibilità di attivare oggetti quando il POA riceve una richiesta per un oggetto non attivo Deve ereditare una interfaccia che contiene due metodi che vengono invocati in callback dal POA durante il ciclo di vita dell oggetto Lo sviluppatore implementa questi metodi per gestire la creazione dei servant Un servant manager può essere di due tipi, in base al valore della politica di conservazione servant

54 Default Servant Oggetto a cui, con la politica USE_DEFAULT_SERVANT, vengono redirette dal POA tutte le richieste per cui non viene trovato un servant nella AOM Deve ereditare la classe Servant Va registrato nel POA con il metodo set_servant In genere, implementato in DSI per non essere vincolato ad un tipo di oggetto

55 Esempio POA: Oggetti Persistenti Necessario mantenere l identità dell oggetto tra diverse esecuzioni del server Politica USER_ID L oggetto viene attivato con il metodo activate_object_with_id Lo sviluppatore deve gestire il salvataggio e il recupero dello stato dell oggetto

56 Esempio Servant Manager: Attivazione oggetti su richiesta Politica USE_SERVANT_MANAGER Se un oggetto non è attivo, il POA invoca il servant manager Lo sviluppatore deve implementare il servant manager e registrarlo nel POA Politica RETAIN Il servant manager implementa l interfaccia ServantActivator Lo sviluppatore deve implementare l operazione incarnate, nella quale deve essere creato un servant, che viene poi ritornato

57 Esempio Default Servant/DSI: Wrapping Database Politica USE_DEFAULT_SERVANT Il DB viene rappresentato con una interfaccia per tabella, un oggetto per record Tutti gli oggetti vengono incarnati dal default servant, implementato in DSI per gestire tutte le interfacce Benefici: accesso tipizzato lato client, mantenendo scalabilità lato server

58 Interoperabilità in CORBA: il protocollo GIOP La specifica del protocollo GIOP è composta dai seguenti elementi: Assunzioni sul trasporto Orientato alla connessione Affidabile Notifica le perdite di connessione Fornisce l astrazione di flusso di bytes Common Data Representation (CDR) Definisce una codifica binaria di tutti i tipi IDL per la trasmissione Formati di messaggi

59 Messaggi GIOP 1.1 Tipo messaggio Request Reply CancelRequest LocateRequest LocateReply CloseConnection MessageError Fragment Origine Server Client Client Client Server Server Client o Server Client o Server

60 Struttura di un messaggio GIOP 12-byte GIOP Message Header Variable-length GIOP Message Body G I O P Byte Message Size module GIOP { struct Version { octet major; octet minor; }; // PIDL struct MessageHeader_1_1 { char magic[4]; // The string GIOP Version GIOP_version; octet flags; octet message_type; unsigned long message_size; };

61 Formato del messaggio Request 12-byte GIOP Header Variable-length GIOP Request Header Variable-length GIOP Request Body module GIOP { //PIDL //... struct RequestHeader_1_1 { IOP::ServiceContextList unsigned long boolean octet sequence<octet> string Principal }; request_id; response_expected; reserved[3]; object_key; operation; requesting_principal; //... };

62 Il protocollo IIOP Mapping del protocollo GIOP sul TCP/IP. Consiste nella specifica degli IOR e in particolare nella codifica delle informazioni di indirizzamento TCP/IP Object Reference Repository ID Endpoint Info Object Key... module IIOP { struct Version { octet major; octet minor; }; //PIDL struct ProfileBody_1_1 { Version string unsigned short sequence<octet> sequence<iop::taggedcomponent> }; }; iiop_version; host; port; object_key; components;

63 Struttura di un IOR IOR type_id profile... profile TaggedProfile profile_id profile_data ProfileBody version host port object_key TaggedComponent... TaggedComponent tag component_data

64 Mapping IDL-Java Documento OMG che definisce le regole necessarie per la portabilità delle applicazioni tra ORB Java. In particolare: La corrispondenza tra tipi IDL e tipi Java Le classi Java generate dal compilatore IDL e le relazioni che intercorrono tra esse e altre classi CORBA.

65 Classi Holder Permettono il passaggio dei parametri di uscita in Java DoubleHolder doh = new DoubleHolder(); s.addnums( (double)5, (double)6, doh); System.out.println("addNums 5 and 6 gives: " + doh.value);

66 Stub e Skeleton: gerarchia delle classi interface org.omg.corba.object org.omg.portableserver.servant org.omg.corba.objectimpl interface TestOperations interface Test TestPOA TestPOATie _TestStub TestOperationsImpl TestImpl

67 Stub: meccanismo di invocazione richiesta public int foo(java.lang.string arg1, org.omg.corba.floatholder argout) { //... org.omg.corba.portable.inputstream _is = null; try { org.omg.corba.portable.outputstream _os = _request( "foo", true); _os.write_string(arg1); _is = _invoke(_os); int _result = _is.read_long(); argout._read(_is); return _result; } //... }

68 Skeleton: meccanismo di servizio richiesa public org.omg.corba.portable.outputstream _invoke(string method, org.omg.corba.portable.inputstream _input, org.omg.corba.portable.responsehandler handler) throws org.omg.corba.systemexception //... switch ( opsindex.intvalue() ) { case 0: // foo { java.lang.string _arg0=_input.read_string(); org.omg.corba.floatholder _arg1= new org.omg.corba.floatholder(); _out = handler.createreply(); _out.write_long(foo(_arg0,_arg1)); _arg1._write(_out); break; } } //... }