Università di Bergamo Facoltà di Ingegneria INGEGNERIA DEL SOFTWARE. Paolo Salvaneschi C1_2 V3.3. Connettori

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1 Università di Bergamo Facoltà di Ingegneria INGEGNERIA DEL SOFTWARE Paolo Salvaneschi C1_2 V3.3 Connettori Il contenuto del documento è liberamente utilizzabile dagli studenti, per studio personale e per supporto a lezioni universitarie. Ogni altro uso è riservato, e deve essere preventivamente autorizzato dall autore. Sono graditi commenti o suggerimenti per il miglioramento del materiale

2 INDICE Caratteristiche e ruolo dei connettori Tipi di connettori Procedure call connectors Event connectors Data access connectors Stream connectors Criteri di scelta Paolo Salvaneschi 2

3 Caratteristiche e ruolo dei connettori Connettori: elementi architetturali che modellano Le interazioni tra componenti Le regole che governano le interazioni Interazioni semplici Procedure calls Shared variable access Interazioni complesse Client-server protocols Database access protocols Asynchronous event multicast Paolo Salvaneschi 3

4 Caratteristiche e ruolo dei connettori http http Invocazione e passaggio di parametri Jdbc Paolo Salvaneschi 4

5 Caratteristiche e ruolo dei connettori Paolo Salvaneschi 5

6 Caratteristiche e ruolo dei connettori Componenti elementari di un connettore Primitive per gestire il flusso di controllo Primitive per gestire il flusso di dati Ogni connettore mantiene uno o più canali che collegano i componenti Un canale può contenere Flussi di controllo e dati Ulteriori servizi (persistenza, conversione di dati, ) Paolo Salvaneschi 6

7 Caratteristiche e ruolo dei connettori Implementazione dei connettori Linguaggio di programmazione Invocazione di metodo con passaggio di parametri in Java Libreria Java Message Service (JMS) (J2EE) Framework Enterprise Bus: Tibco, OpenESB Paolo Salvaneschi 7

8 Caratteristiche e ruolo dei connettori Importanza di considerare esplicitamente i connettori nella progettazione I connettori sono diversi dai componenti e hanno specifiche caratteristiche Meccanismi tipicamente indipendenti dall applicazione Specifica, progetto e realizzazione di interazioni complesse (protocolli, gestione di eventi di interazione tra più componenti,...) Implementazioni esistenti riutilizzabili Possono influenzare le proprietà non funzionali (efficienza, sicurezza, ) Paolo Salvaneschi 8

9 Caratteristiche e ruolo dei connettori Ruolo dei connettori Comunicazione Supporto della trasmissione di dati tra componenti Coordinazione Supporto del trasferimento di controllo tra componenti Conversione Servizi di trasformazione dell interazione per supportare l interazione tra componenti eterogenei Facilitazione Servizi che facilitano l interazione ( persistenza, security, bilanciamento del carico, ) Un connettore fornisce servizi che appartengono a uno o più ruoli Paolo Salvaneschi 9

10 Caratteristiche e ruolo dei connettori Tipi di connettori Procedure call connectors Event connectors Data access connectors Stream connectors Paolo Salvaneschi 10

11 Procedure call connectors Procedure call connectors Flusso di controllo tra componenti con diverse tecniche di invocazione (Coordinazione) Al flusso di controllo può essere associato un flusso di dati (Comunicazione) Il cliente chiama il servente Paolo Salvaneschi 11

12 Procedure call connectors Chiamata sincrona Durante l esecuzione del servizio il cliente rimane in attesa del servente Chiamata punto-punto (fan in = fan out = 1) Chiamata di procedura locale Cliente e servente vivono nello stesso processo e nodo di elaborazione Paolo Salvaneschi 12

13 Procedure call connectors Trasferimento di dati Dal cliente al servente parametri della chiamata Dal servente al cliente valori di ritorno Chiamata di procedura remota Cliente e servente vivono in nodi di elaborazione diversi RPC Remote Procedure Call sincrona, trasferimento dati, punto-punto Java RMI Paolo Salvaneschi 13

14 Procedure call connectors RPC Remote Procedure Call (RPC) is a technology that allows a computer program to cause a subroutine or procedure to execute in another address space (commonly on another computer) without the programmer explicitly coding the details for this remote interaction (wikipedia) Paolo Salvaneschi 14

15 Procedure call connectors RPC Chiamata a procedura locale Chiamata a procedura remota La procedura remota procy è chiamata (sintatticamente) da procx come se fosse una chiamata locale Paolo Salvaneschi 15

16 RPC Procedure call connectors Realizzazione: La comunicazione tra le procedure procx e procy è implementata sulla base di due moduli intermediari (proxy) che si occupano degli aspetti della distribuzione Interfaccia locale della procedura chiamata Interfaccia locale della procedura chiamante Paolo Salvaneschi 16

17 Procedure call connectors Java RMI (RPC ad oggetti in ambiente Java) Paolo Salvaneschi 17

18 Procedure call connectors Ciascun oggetto implementa un interfaccia specifica dei metodi che possono essere invocati Un oggetto può essere usato conoscendone il riferimento univoco Gli oggetti distribuiti possono essere registrati presso un object registry, servizio distribuito che gestisce le corrispondenze tra identificatori simbolici e riferimenti remoti Un processo (client) può consultare l object registry per ottenere un riferimento remoto ad un oggetto distribuito In realtà ottiene un client proxy che fornisce il supporto runtime che consente al client di interagire con l oggetto remoto Paolo Salvaneschi 18

19 Event connectors Event connectors Evento: un azione iniziata al di fuori del programma e gestita dal programma Pressione del tasto di una tastiera Cambio di stato di una struttura dati.. L evento causa una modifica del flusso di controllo (Coordinazione) L evento può trasportare dati (Comunicazione) Paolo Salvaneschi 19

20 Event connectors Azione iniziata dall hardware Interrupt-driven Ogni interrupt è associato ad un indirizzo e un handler. Una commutazione hardware attiva l handler Sistemi real time Interrupts Interrupt vector Handler1 Handler1 Handler1 Handler1 Process1 Process2 Process3 Process4 Paolo Salvaneschi 20

21 Event connectors Event handler <HTML> <HEAD> <TITLE>javascript</TITLE> <SCRIPT language="javascript"> function presenta() {alert("sei mai stato in cima all'adamello?")} </SCRIPT> </HEAD> <BODY bgcolor="#ffff00"> <BR><BR><BR><BR> <IMG src="..\immagini\ada_sal.jpeg" onmouseover="presenta()"> </BODY> </HTML> Paolo Salvaneschi 21

22 Event connectors Gestione di un evento via polling Il cliente chiede periodicamente al servente Paolo Salvaneschi 22

23 Publish Subscribe Il cliente registra presso un gestore l interesse in uno specifico evento associando ad esso una procedura Quando l evento accade, il gestore invoca la procedura del cliente Event connectors Paolo Salvaneschi 23

24 Event connectors Publish Subscribe con più clienti (selective broadcast) Ogni cliente registra presso il servente l interesse in uno specifico evento associando ad esso una procedura Ogni cliente può annunciare un evento Quando l evento accade, il servente invoca tutte le procedure associate (notifica l evento a tutti i clienti interessati) Il servente non decide la politica di controllo. Ogni cliente decide autonomamente Ogni cliente non sa se e quando un evento sarà gestito Cliente 1 Cliente 2 Cliente n Interesse per evento x Notifica evento x Interesse per evento x Notifica evento x Evento x Servente (gestore) Paolo Salvaneschi 24

25 Event connectors Database trigger Procedura associata ad una tabella Il motore RDBMS chiama automaticamente la procedura all accadere di evento relativo alla tabella (modifica, cancellazione, inserimento) Paolo Salvaneschi 25

26 Event connectors Publish Subscribe Database trigger Paolo Salvaneschi 26

27 Event connectors Connettori basati su messaggi Un componente produttore invia messaggi ad uno o più componenti consumatori La comunicazione è iniziata dal produttore, è indiretta ed è asincrona Il meccanismo di comunicazione è significativamente diverso da quello richiesta/risposta su cui è basato RMI in cui la comunicazione è iniziata dal consumatore, è diretta ed è sincrona Paolo Salvaneschi 27

28 Event connectors La comunicazione viene avviata dal componente (produttore) che produce il messaggio e non dal componente (consumatore) che utilizzerà le informazioni contenute nel messaggio La comunicazione è indiretta: il produttore non invia il messaggio direttamente al consumatore del messaggio, piuttosto, il produttore invia i suoi messaggi ad un canale di comunicazione chiamato bus per messaggi La comunicazione è asincrona: il consumatore legge messaggi da destinazioni intermedie. Questo può avvenire anche in un momento distante da quando il messaggio è stato inviato Paolo Salvaneschi 28

29 Event connectors Un connettore basato su messaggi è anche chiamato invocazione implicita Quando un consumatore riceve un messaggio, di solito esegue delle azioni un metodo Il metodo da eseguire viene scelto sulla base del contenuto del messaggio e non sulla base di una richiesta diretta da parte del produttore del messaggio L invocazione del metodo è, dunque, implicita Paolo Salvaneschi 29

30 Event connectors Accoppiamento debole dei componenti che comunicano Produttore e consumatore devono conoscere il formato dei messaggi scambiati e la destinazione usata per lo scambio di messaggi Non è necessaria nessuna conoscenza reciproca relativamente all identità, alla locazione, ed all interfaccia procedurale dei componenti che devono comunicare Non è necessario che i componenti siano attivi contemporaneamente Paolo Salvaneschi 30

31 Event connectors Infrastruttura MOM Message Oriented Middelware IBM Websphere MQ, Microsoft Message Queues (MSMQ), Java Message Service (JMS), L infrastruttura fornisce Un servizio di storage che garantisce la persistenza dei messaggi (strutture dati intermedie - bus per messaggi) Un insieme di primitive di comunicazione Paolo Salvaneschi 31

32 Event connectors Paolo Salvaneschi 32

33 Event connectors Il servizio di storage che garantisce la persistenza dei messaggi mette a disposizione delle strutture dati intermedie dotate di nome univoco queue coda Un messaggio inviato ad una coda è consumato da uno ed un solo consumatore (point to point) topic argomento Un messaggio inviato ad un argomento può essere consumato da più consumatori, registrati presso la destinazione Canale uno-a-molti, di tipo publish-suscribe Paolo Salvaneschi 33

34 Event connectors Modalità di comunicazione: Point to Point Un produttore indirizza un messaggio ad una coda specifica Un consumatore di messaggi estrae i messaggi dalla coda stabilita per lo scambio di messaggi col consumatore La coda mantiene i messaggi fino a quando non sono stati tutti consumati oppure il messaggio scade Un messaggio viene consumato da uno ed un solo consumatore Non ci sono dipendenze temporali tra produttore e consumatore Paolo Salvaneschi 34

35 Event connectors Point to Point Paolo Salvaneschi 35

36 Event connectors Point to Point Più produttori Paolo Salvaneschi 36

37 Event connectors Modalità di comunicazione: Publish Subscribe Un produttore indirizza un messaggio ad un topic specifico Un consumatore si può registrare dinamicamente a diversi topic (sottoscrive l interesse per il topic) Quando un produttore invia un messaggio ad un topic, il sistema di messaging si occupa della distribuzione dei messaggi a tutti i consumatori registrati Un consumatore riceve notifica dei messaggi inviati al topic Il topic mantiene i messaggi solo per il tempo necessario a trasmetterli ai subscriber attualmente registrati Un messaggio può essere ricevuto da zero, uno o più consumatori C è una dipendenza temporale tra produttore e consumatori registrati. Un consumatore registrato riceve messaggi per un topic solo per il tempo in cui vi è registrato Paolo Salvaneschi 37

38 Publish Subscribe Event connectors Paolo Salvaneschi 38

39 Event connectors JMS Java Message Service API di Java EE Interfacce che consentono alle applicazioni Java (Client produttori e consumatori di messaggi) di comunicare mediante un servizio di messaging Application server Provider JMS Application server che implementa J2EE Gestione dei messaggi (un server con più client) Oggetti amministrati (Code e Topic) Strumenti di amministrazione degli oggetti Servizio di directory JNDI per la registrazione e l accesso a risorse mediante nomi simbolici Paolo Salvaneschi 39

40 Data access connectors Data acces connectors Permettono l accesso a componenti che forniscono dati persistenti (comunicazione) Funzioni di conversione dati, elaborazione, (conversione) JDBC Repliche di RDBMS Paolo Salvaneschi 40

41 Data access connectors JDBC interfaccia javax.sql.datasource realizzata da classi driver L'interfaccia è standard, mentre i driver contengono le specificità dei singoli DBMS Paolo Salvaneschi 41

42 Tipi di driver Data access connectors 1. Bridge JDBC-ODBC: richiama un driver ODBC, che deve essere disponibile sul client 2. Driver nativo sul client: richiama un componente proprietario sul client 3. Driver puro Java con server intermedio ("middleware server"): comunica via protocollo di rete con il server intermedio 4. Driver puro Java, con connessione al DBMS: interagisce direttamente con il DBMS Paolo Salvaneschi 42

43 Data access connectors JDBC ODBC Bridge JDBC Native Bridge Applicazione JDBC API Driver manager JDBC Net Bridge Driver JDBC Java Driver ODBC API native Client Server di rete RDBMS DB Paolo Salvaneschi 43

44 Data access connectors Repliche di RDBMS I dati non risiedono solo in un nodo, ma esistono copie di tabelle su più server L RDBMS fornisce un servizio di allineamento dati tra tabelle omologhe su più server Es. SQL Server, ORACLE Paolo Salvaneschi 44

45 Data access connectors Modelli di consistenza Loose: Esiste un tempo di latenza tra l aggiornamento dei Dati Originali e delle repliche Vantaggi Reti LAN / WAN lente o non permanenti Maggiore robustezza nei confronti dei guasti. Svantaggi Perdita (temporanea) di consistenza Gestione dei conflitti sui dati. Paolo Salvaneschi 45

46 Data access connectors Modelli di consistenza Tight: Aggiornamenti delle Repliche Real-Time Vantaggi Semplicità nella gestione dei Dati e degli accessi Integrità referenziale dei Dati. Svantaggi Rete veloce Vulnerabilità ai guasti. Paolo Salvaneschi 46

47 Stream connectors Stream Connectors Trasferimento di dati (Comunicazione) Meccanismo di base: socket TCP UDP HTTP Paolo Salvaneschi 47

48 Stream connectors Internet Socket Struttura dati e primitive di comunicazione Implementazione su tutte le piattaforme Supporto per comunicazione: Connection-oriented (stream TCP) Connectionless (datagram UDP) Implementazione in Java: java.net package Paolo Salvaneschi 48

49 Stream connectors a b Canale di comunicazione full duplex IP address (32 bit) Port (n.locale 16 bit) IP address Port Un socket è definito da IP a Port a IP b Port b Paolo Salvaneschi 49

50 TCP Tipo di servizio Stream connectors Orientato alla connessione (punto a punto) Qualità del servizio Affidabile (garantita la consegna e l ordine) Interfaccia verso il livello applicativo (porte) Java TCP Server Java TCP Client TCP Paolo Salvaneschi 50

51 UDP Tipo di servizio Stream connectors Privo di connessione (a commutazione di pacchetto) Qualità del servizio Non affidabile (non garantita la consegna e l ordine) Interfaccia verso il livello applicativo (porte) Java UDP Server Java UDP Client UDP Paolo Salvaneschi 51

52 Stream connectors I socket permettono di trasferire flussi di dati bidirezionali Sopra i socket deve essere definito e implementato un protocollo applicativo Architetture: client client client client server Un socket IP server Port server IP client Port client server Tre socket Server Single thread o Multi thread Paolo Salvaneschi 52

53 HTTP Stream connectors Trasferimento flussi di caratteri (e altre strutture dati codificate in caratteri) 7 Applicazione 6 Non presente (Presentazione) Non presente (Sessione) Trasporto Internet Host-Rete OSI Pila Protocolli Internet Paolo Salvaneschi 53

54 Stream connectors Utilizzo oltre i web browser interattivi: Web services (protocollo SOAP su http) Network-enabled appliances (apparati che hanno installato un server http) Http Server Http Client HTTP Paolo Salvaneschi 54

55 Stream connectors HttpComponents: Java API per costruire http server e client Http server (es Apache) Application server (es Tomcat) Server http Server http Server http Client Paolo Salvaneschi 55

56 Stream connectors FTP FTPS Comunicazione Facilitazione Servizi che facilitano l interazione ( persistenza, security, bilanciamento del carico, ) Paolo Salvaneschi 56

57 Stream connectors Prodotti per trasferimento /conversione dati Comunicazione Conversione Servizi di trasformazione dell interazione per supportare l interazione tra componenti eterogenei Paolo Salvaneschi 57

58 Criteri di scelta Specifiche funzionali Specifiche non funzionali Vincoli tecnologici. Paolo Salvaneschi 58

59 Criteri di scelta Paolo Salvaneschi 59

60 Criteri di scelta Discussione Paolo Salvaneschi 60

61 Criteri di scelta Discussione Paolo Salvaneschi 61

62 Criteri di scelta La specifica richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio quando l abbonamento stà per scadere. Non avvisare in tempo reale potrebbe causare una sequenza di multe) Le stazioni sono microcontrollori con una memoria che contiene pochi passaggi. Il microcontrollore invia ogni passaggio (o gruppo di passaggi) Le variazioni di flusso dei mezzi nel corso dell anno sono elevate Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Internet Paolo Salvaneschi 62

63 Criteri di scelta TCP Server Acquisizione Coda (JMS o altra implementazione) Server Elaborazione / DB client client client Raccolta dati server Il client invia un messaggio (passaggio o gruppo di passaggi) Il server fornisce un thread di ricezione per ogni client Il thread carica i messaggi in una coda Paolo Salvaneschi 63

64 Criteri di scelta La specifica richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio quando l abbonamento stà per scadere. Non avvisare in tempo reale potrebbe causare una sequenza di multe) Le stazioni sono microcontrollori con una memoria che contiene pochi passaggi. Il microcontrollore invia ogni passaggio (o gruppo di passaggi) Le variazioni di flusso dei mezzi nel corso dell anno sono elevate Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Internet Vincoli tecnologici Specifiche non funzionali NOTA: La discussione è qualitativa. In un caso reale è necessario quantificare Paolo Salvaneschi 64

65 Criteri di scelta La specifica non richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio il pagamento avviene per via telematica sul conto corrente bancario e l abbonamento è rinnovato automaticamente salvo disdetta). Le stazioni sono microcontrollori con una memoria (gestita come buffer circolare) che può memorizzare il numero massimo di passaggi relativi a 1 gg) Il flusso dei mezzi nel corso dell anno non presenta importanti variazioni Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Internet Paolo Salvaneschi 65

66 Criteri di scelta TCP Server Applicazione Invocazione con passaggio di parametri Server Applicazione server Raccolta dati server client server Ogni 0,5 gg la raccolta dati (client) interroga una stazione (server) alla volta, raccoglie un pacchetto di dati e invoca la gestione che elabora il pacchetto Paolo Salvaneschi 66

67 Criteri di scelta La specifica non richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio il pagamento avviene per via telematica sul conto corrente bancario e l abbonamento è rinnovato automaticamente salvo disdetta). Le stazioni sono microcontrollori con una memoria (gestita come buffer circolare) che può memorizzare il numero massimo di passaggi relativi a 1 gg) Il flusso dei mezzi nel corso dell anno non presenta importanti variazioni Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Rete privata virtuale (alta affidabilità) Paolo Salvaneschi 67

68 Sensato se flusso dati elevato e non richiesta di affidabilità. Esempio: conteggio passaggio autoveicoli in tempo reale UDP??? Server Applicazione Invocazione con passaggio di parametri Server Applicazione Criteri di scelta server Raccolta dati server client server Ogni 0,5 gg la raccolta dati (client) interroga una stazione (server) alla volta, raccoglie un pacchetto di dati e invoca la gestione che elabora il pacchetto Paolo Salvaneschi 68

69 Criteri di scelta La specifica non richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio il pagamento avviene per via telematica sul conto corrente bancario e l abbonamento è rinnovato automaticamente salvo disdetta). Le stazioni sono raggruppate e gestite da un server per ogni gruppo. Ogni server possiede un proprio DB e fornisce un servizio http per accedere ai dati Il flusso dei mezzi nel corso dell anno non presenta importanti variazioni Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Internet Paolo Salvaneschi 69

70 Criteri di scelta HTTP Server Applicazione Invocazione con passaggio di parametri Server Applicazione Server http Server http Server http Raccolta dati Client Periodicamente la raccolta dati (client) interroga un server alla volta, raccoglie un pacchetto di dati e invoca la gestione che elabora il pacchetto Paolo Salvaneschi 70

71 Criteri di scelta La specifica non richiede che l utente sia avvisato in tempo reale (ad esempio il pagamento avviene per via telematica sul conto corrente bancario e l abbonamento è rinnovato automaticamente salvo disdetta). Le stazioni sono raggruppate e gestite da un server per ogni gruppo. Ogni server possiede un proprio DB. Il modello dei dati del DB è pubblicato ed il DB è accessibile dalla rete Il flusso dei mezzi nel corso dell anno non presenta importanti variazioni Il componente gestione passaggio mezzo è computazionalmente significativo Rete di interconnessione: Internet Paolo Salvaneschi 71

72 Criteri di scelta JDBC Server Applicazione Invocazione con passaggio di parametri Server Applicazione Periodicamente la raccolta dati accede via JDBC al DB remoto, legge i dati dei passaggi non ancora raccolti, cambia il loro stato a raccolti e invoca la gestione che elabora il pacchetto Paolo Salvaneschi 72

73 Criteri di scelta Discussione Dati i requisiti (o possibili variazioni dei requisiti) Quali tipi di connettori con i servizi connessi (anagrafica, mail multe) sono ragionevoli? Paolo Salvaneschi 73