SSB un middleware basato su JMS per l'invocazione di servizi remoti

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1 Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Reti di calcolatori LS prof. Antonio Corradi SSB un middleware basato su JMS per l'invocazione di servizi remoti Enrico Pirazzini

2 Indice Introduzione...3 Architettura...4 Client...4 Provider...4 Broker... 4 La comunicazione...4 Implementazione... 6 tlayer...6 mlayer...7 mblayer...8 BusBroker... 9 Lookup Registration Unregistration...10 StillAlive QoS...11 Note realizzative...12 Note sul testing Conclusione e ulteriori sviluppi...12

3 Introduzione Pensando ad un ambiente applicativo eterogeneo, distribuito su diverse località connesse da in'infrastruttura di rete, un paradigma di interazione fortemente considerato è quello basato sull'invocazione di servizi: uno o più nodi mettono a disposizione parte delle proprie risorse per eseguire, su richiesta, un determinato servizio (applicativo). La comunicazione tra questi provider e gli eventuali client che generano le richieste, avviene tipicamente con un protocollo basato su richiesta/risposta. Considerando più a fondo il modello delineato appare evidente come in un ambiente "dinamico", in continua evoluzione, la conoscenza da parte dei vari client dei servizi disponibili in ogni momento sia uno degli aspetti da tenere in maggiore considerazione nella realizzazione di una tale infrastruttura. Oltre a ciò va considerato che i provider a cui il client può rivolgersi per tale servizio non siano fissi e stabili, ma possano variare, sia in numero che in località. Nell'ottica di un sistema flessibile risulta dunque inaccettabile che per ogni richiesta un client debba andare a cercare chi implementa quel servizioe legarsi ad esso in modo temporaneo poichè non vi è certezza che alla prossima richiesta tale provider risulti raggiungibile. Occore dunque un'entità intermedia che si prenda carico di tale responsabilità e fornisca all'esterno, oltre all'indicazione dei servizi disponibili, un punto di comunicazione fisso per ogni servizio, in grado di mettere in collegamento il client con il provider di volta in volta disponibile, in modo trasparente e possibilmente affidabile. Un modo per realizzare tale entità, chiamata broker, può essere individuato nell'utilizzo di un Message Oriented Middleware (MOM) che si occupi di smistare le richieste e le relative riposte ai servizi, realizzate appunto sottoforma di messaggi, attraverso un insieme di canali di comunicazione (tipicamente code) creati per l'occorrenza e sempre disponibili. Un approccio di questo tipo consente diversi vantaggi: la possibilità di avere un'infrastruttura di comunicazione che prescinde dai formati effettivi delle richieste e delle risposte dei singoli servizi; la facilità nel definire interazioni sia di tipo sincrono che asincrono (tipica quest'ultima del modello a scambio di messaggi); Passando al lato strettamente realizzativo si è pensato di utilizzare Java Message Service come interfaccia al sistema di messaging poichè risulta un'interfaccia stardard che consente di astrarre il più possibile dall'implementazione concreta realmente utilizzata consentendo la massima portabilità ed interoperabilità del sistema. 3

4 Architettura In quella che può essere definita l'architettura logica del sistema si evidenziano tre entità fondamentali: il client che richiede un servizio, il provider che fornisce il servizio il broker che permette la comunicazione tra i due attraverso canali bidirezionali (coppie di code) su cui vengono depositati e prelevati messaggi. Client Il client rappresenta un'applicazione che necessita di un servizio che si suppone fornito da un provider remoto. Per ottenere tale servizio il client deve prima interrogare il broker, in modo da conoscere la lista dei servizi disponibili e delle relative code a cui inoltrare le richieste corrispondenti. L'invocazione del servizio deve poter avvenire sia in in modo sincrono che asincrono, attraverso un entità listener a cui viene delegata la ricezione. Provider Il provider rappresenta un componente in grado di fornire uno o più servizi ad entità esterne. Per essere raggiunto dalla richieste di eventuali client deve prima registrarsi presso il broker dichiarando il servizio (o i servizi) che intende fornire e ricevendo da questo i riferimenti alle code su cui attendere la richieste e fornire le risposte. Oltre a ciò deve poter essere interrogato periodicamente dal broker che intente verificarne l'effettiva funzionalità (ed individuare eventuali cadute). Qual'ora il provider debba essere rimosso in modo esplicito, dovrà comunicare al broker la sua intenzione di sospendere la fornitura del servizio. Broker E' l'entità che gestisce il sistema permettendo ai provider di rendersi disponibili ed ai client di poterli interrogare. Parte fondante è il mantenimento di un elenco dei servizi forniti, e delle code ad essi associate, oltre che dei provider che li forniscono. Tale elenco è reso disponibile dal broker attraverso un servizio di lookup. Altri servizi forniti direttamente dal broker, chiamati servizi "interni", sono la registrazione e la deregistrazione in tale elenco di un provider come fornitore di un determinato servizio. Infine il broker deve interrogare periodicamente i provider registrati per accertare che non si siano verificate cadute improvvise. La comunicazione Come già accennato precedentemente, il sistema in esame prevede di utilizzare lo scambio di messaggi come forma di comunicazione su cui basare tutte le interazioni. Per fare ciò si è pensato utilizzare per ogni servizio una coppia di canali (tipicamente chiamati code) per la trasmissione di messaggi, in modo da ottenere un comportamento del tipo request/reply. Tipicamente il client che necessita di un servizio deporrà nella relativa coda delle richieste il proprio messaggio di richiesta e attenderà su quella delle risposte il risultato dell'esecuzione (in modo sincrono o asincrono). Il client saprà sempre quale risposta estrarre dalla coda poiché ogni messaggio avrà un'indicazione della richiesta che lo ha generato. Dall'altra parte il provider sarà in 4

5 attesa sulla coda delle richieste e, una volta ricevutane una, eseguirà il servizio riponendo il relativo risultato nella coda delle risposte. provider_a client_1 client_2 RequestQ ResponseQ provider_b provider_c In tal modo si ottiene un disaccopiamento tra client e provider: il client non sà chi eseguirà la propria richiesta ed il provider non ne conosce il mittente, ma sarà l'infrastuttura di comunicazione (MOM) a permettere la trasmissione, che avverrà appunto attraverso l'utilizzo di tali canali condivisi. Sarà dunque il MOM ad occuparsi della consegna dei messaggi e della gestione del traffico, in particolare in presenza di più provider che attendono sulla stessa coda. Esso inoltre potrà essere configurato in modo da ottenere una comunicazione affidabile. 5

6 Implementazione Partendo da un approccio bottom-up si è partiti considerando le primitive di comunicazionee costruendo sopra di essi tre livellidi funzionalità in modo da avere la massima configurabilità ed estendibilità del sistema. Service Requester Service Provider mblayer SSBClient SSBProvider mlayer BusAccessCore BusAccessCore SSBSession SSBMessages SSBSession tlayer javax.jms.session javax.jms.message javax.jms.session tlayer Nel tlayer (o livello di trasporto/sessione) si sono realizzate le primitive base che estendono le funzionalità fornite da JMS in modo da adattarle alle esigenze del sistema. In particolare vi hanno trovato posto le astrazioni di sessioni dotate di una semantica request/reply sia per un uso provider, che per l'uso client (sincrono e asincrono). In concreto ogni istanza della classe ProviderReqReplySession all'atto della creazione viene messa subito in attesa di una richiesta, inviando poi la risposta solo dopo la ricezione e l'esecuzione del servizio; mentre la classe ClientReqReplySession si mette in attesa di una risposta solo dopo l'invio di una richiesta, attesa che può essere sincrona o asincrona a seconda della specifica classe concreta utilizzata: (ClientSynchReqReplySession o ClientASynchReqReplySession). 6

7 + id : String SSBSession + createmessage() : Message + send(mesg : Message) + receive() : Message + setlistener(listener : MessageListener) + commit() + rollback() + close() ReqReplySession - responsequeue : Destination - requestqueue : Destination GeneralSession ClientReqReplySession ProviderReqReplySession ClientSynchReqReplySession ClientASynchReqReplySession E' inoltre presente una libreria (SSBMessages) in grado di creare il formato di messaggi più opportuno per ogni servizio richiesto. In particolare si sono distinte le tipologie di messaggi secondo due direzioni ortogonali: una relativa alla tipologia semantica ovvero request o reply una relativa alla funzionalità, ovvero secondo i quattro servizi "interni" lookup, registrtion, unregistration, stillalive, più il generico servizio applicativo service. mlayer Nel mlayer (livello di gestione) si trova il cuore del sistema lato user, ovvero la classe BusAccessCore, che come dice il nome, consente di accedere all'astrazione del bus di servizi fornendo non solo le sessioni necessarie al livello superiore, ma anche eseguendo direttamente le richieste dei servizi "interni" come lookup, stillalive, ecc... Essa inoltre mantiene una copia locale delle informazioni sullo stato del bus (servizi disponibili e relative destinazioni) in modo da evitare ogni volta il lookup. 7

8 - services : List<ServiceRecord> BusAccessCore + accesstobus() + connect() + disconnect() + close() + createsynchclientsession(id : String, servicename : String) : ClientSynchReqReplySession + createasynchclientsession(id : String, servicename : String) : ClientASynchReqReplySession + createprovidersession(id : String, servicename : String) : ProviderASynchReqReplySession + creategeneralsession(id : String) : GeneralSession + lookup() + registerservice(providername : String, servicename : String) + unregisterservice(providername : String, servicename : String) + stillalive(providername : String, servicename : String) + getserviceslist() mblayer Nel mblayer (meta-business) sono contenuti le entità in grado di fornire l'interfaccia di alto livello per utilizzare il bus di servizi. Il componente base è rappresentto dalla classe SSBAgent, che consente di dialogare con BusAccessCore. A seconda dei soggetti interessati si ha poi una distinzione tra client e provider: SSBClient permette di effettuare le richieste di servizi, in modo sia sincrono che asincrono, nascondendo tutti i dettagli sottostanti SSBProvider consente di attivare un fornitore di servizio, di registrarlo (e deregistrarlo) presso il broker e di permettergli di rispondere alle richieste di lookup. SSBAgent + connecttobus() + disconnectfrombus() + serviceslookup() SSBClient + synchservice(servicename : String, args : String) : String + asynchservice(servicename : String, args : String, listener : MessageListener) SSBProvider + registerforservice(listener : MessageListener, servicename : String) + unregisterfromservice(servicename : String) 8

9 BusBroker Il broker è stato pensato come un'entità che permette, attraverso i quattro servizi "interni" di gestire il sistema, in particolare le informazioni relative alle coppie servizio-provider registrate e le coppie di code relative ad ogni servizio presente. Per queste si è pensato dunque di realizzare due gestori interni dedicati: DataManager che gestisce le informazioni relative alle coppie servizio-provider memorizzandole in modo persistente e regolandone l'accesso, la distruzione e la creazione; DestinationManager che controlla la creazione e distruzione delle coppie di code di comunicazione interfacciandosi con il MOM sottostante al sistema; ai quali i quattro servizi "interni" si rivolgono per espletare i servizi richiesti. Lookup RO Data Registration Unregistration RW Data manager Stillalive Destination manager In altre parole i servizi "interni" possono essere assimilati a provider applicativi lato user (in quanto come quelli sono accessibili tramite coppie di code con semantica request/reply), che svolgono il servizio richiesto interagendo con i due gestori sopraccitati. DataManager + removeservice(servicename : String) + removeprovider(providername : String) + deleteproviderforservice(providername : String, servicename : String) + addproviderforservice(providername : String, servicename : String) DestinationManager + createqueue(queuename : String) + removequeue(queuename : String) 9

10 Lookup Come già detto tale servizio fornisce l'elenco dei servizi disponibili registrati presso il broker e le relative code su cui attuare l'invocazione. Poichè esegue interrogazioni in sola lettura non è necessario che richiami il DataManager, ma può interrogare direttamente la base dati. Registration Quando riceve una richiesta di registrazione verifica che il provider ed il servizio risultino già esistenti nella base dati, se non è così incarica il DataManager ci crearli ed in seguito di registrare l'associazione tra i due. Se il servizio non era già disponibile il DataManager incarica il DestinationManager di creare le due code necessarie alla comunicazione. Infine tutte le informazioni relative alle code vengono mandate al provider richiedente che può così mettersi in ascolto delle nuove richieste. Unregistration A fronte di una richiesta di deregisrtazione da parte di un provider per un servizio, rimbalza l'operazione sul DataManager. Al termine della cancellazione il servizio non risulta più fornito da alcun provider, il DataManager lo rimuove dalla base dati ed incarica il DestinationManager di rimuovere le relative code. StillAlive É incaricato di inviare periodicamente a tutti i provider registrati una richiesta di conferma dei servizi forniti. Se per una coppia servizio-provider tale conferma non arriva entro un tempo massimo stabilito, il sistema reagisce eliminandola come se si fosse verificata una richiesta di deregistrazione. 10

11 QoS Il sistema è stato pensato come in grado di garantire un certo livello di affidablità, soprattutto verso i client che richiedono servizi. Innanzitutto, al fine di evitare il blocco dei client in attesa di risposte sincrone, ogni sessione corrispondente è impostata con un timeout limite, oltre il quale l'operazione di ricezione viene interrotta e la situazione di fallimento viene comunicata al livello soprastane (che deciderà poi come gestirla). Per una maggiore configurabilità è possibile specificare per ogni richiesta un timeout personalizzato (comunque inferiore a quello massimo predefinito). Da segnalare che, per evitare l'accumulo di messaggi "spuri" sulle code, il timout della ricezione determina anche il TimeToLive del messaggio di richiesta corripondente; l'infrastruttura JMS si prende la responsabilità di rimuovere dalle code tutti i messaggi che hanno superato il loro ttl, evitando congestioni delle stesse. Sul lato provider, per garantire che una volta ricevuta una richiesta, questa porti all'esecuzione con successo del sevizio e all'invio della relativa risposta, si utilizza il concetto della transazione: ricezione, esecuzione del servizio e invio della risposta vengono considerate come un'unica azione logica indivisibile. Qual'ora in qualunque delle tre fasi si abbia un malfunzionamento si ha rollback, ovvero si ritorna allo stato iniziale riposizionando il messaggio di richiesta nella coda d'origine; consentendo così un nuovo tentativo di servizio da parte dello stesso o di un altro provider. Combinando tale comportamento con l'utilizzo del timeout si ha un compostamento del tipo atmost-once, ovvero la richiesta o viene servita con successo, oppure non viene servita (per ripetuti malfunzionamenti) e scatta il timeout senza che si abbiano conflitti sul sistema. provider response request Anche il servizio "interno" Stillalive contribuisce a fornire QoS in quanto garantisce che, entro i limiti dettati dall'intervallo di controllo, i provider segnalati dal broker siano tutti e soli i provider effettivamente disponibili. 11

12 Note realizzative Poiché il servizio JMS viene tipicamente fornito all'interno del framework J2EE, si è pensato di usufruire di tale supporto per la realizzazione del broker e dei relativi componenti. I provider dei quattro servizi "interni" non sono dunque stati realizzati utilizzando SSBProvider, ma tramite MessageDrivenBean, un componente fornito da J2EE. Esso può essere schematizzato come un'entità che può essere configurata per attivarsi ogni volta che su una determinata coda arriva un messaggio; confrontandosi con lo schema precedentemente proposto, non necessita di una sessione tramite la quale agganciarsi ad una coda, ma d'altro canto non consente una registrazione all'atto dell'attivazione. Questo aspetto, che risulta inaccettabile per un provider applicativo, risulta ammissibile per un provider "interno" se si procede ad una registrazione (statica) dello stesso all'atto dell'avvio del broker. Anche per quanto riguarda i manager ci si è appoggiati al framework J2EE: sia DataManager che DestinationManager sono stati realizzati tramite bean di sessione, ed i dati relativi a provider e servizi sono resi disponibilit da bean di entità. Si precisa però che tali scelte sono state effettuate per motivi di convenienza realizzativa: il sistema di per sè può essere realizzato anche senza ricorrere ad un framework esterno, sebbene con maggior dispendio di tempo ed energia. L'implementazione J2EE utilizzata è quella fornita da JBoss AS Note sul testing Per verificare il sistema sono state piccole applicazioni che consentono di verificarne facilmente tutte le funzionalità. Entrambe consistono in una finestra-console che permette di eseguire un picccolo set di comandi su istanze rispettivamente di client e provider. La prima, chiamata ClientConsole, consente di comandare un'istanza di SSBClient, eseguendo lookup ed invocazione di servizi in modo sia sincrono che asincrono, visualizzandone poi il responso. Le seconda, ProviderConsole, consende di comandare un'istanza SSBProvider, eseguendo lookup, registrazione e deregistrazioni di relative a uno o più servizi. Conclusione e ulteriori sviluppi Il sistema realizzato vuole essere una prima realizzazione di un'infrastruttura che per l'invocazione remota di servizi in modo il più possibile trasparente. Rispetto alle tematiche base affrontate sicuramente ve ne sono altre che restano ancora insolute ed aspetti che risultano migliorabili al fine di ottenere un sistema totalmente flessibile. In particolare possono essere citati i seguenti ampliare i servizi "interni", in particolare fornendo in fase di lookup una descrizione dell'interfaccia di invocazione, attuare una gestione oculata della replicazione considerando provider dotati di stato. 12

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