Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria. Meteo Service

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1 Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria Meteo Service Corso di Reti di Calcolatori L-S Ingegneria Informatica, Laurea Specialistica Casarini Stefano, Matricola

2 INTRODUZIONE La meteorologia è una delle scienze più antiche. Nonostante ciò è ancor oggi una delle scienza meno divulgate. Eppure il tempo che fa e il tempo che farà sono i dominatori assoluti di tutte le attività umane. Le attività sociali, il lavoro, il riposo, le vacanze, il divertimento sono subordinati alle capricciose e incostanti variabilità delle vicende atmosferiche che si avvicendano non sempre ordinate nei cicli stagionali. L'importanza che le previsioni del tempo assumono nella vita e nelle attività umane è così grande che pur non potendosi invocare la sicurezza assoluta conviene tuttavia affidarsi almeno alla maggiore probabilità. Se si pone mente ai risultati già ottenuti in questi ultimi anni agli sforzi compiuti per migliorare la conoscenza dell'atmosfera e per applicarla al servizio di tutti, tanto in campi già noti quanto in altri che per ora sono solo intuiti o forse del tutto sconosciuti, si può pensare senz'altro a prospettive future più felici, fino alla completa soluzione del problema del tempo che farà. Si potranno così raccogliere i benefici del tempo favorevole e neutralizzare, o almeno limitare, gli inconvenienti, talvolta disastrosi e tragici, del cattivo tempo. Abbiamo detto che la meteorologia è una delle scienze divulgate. Tuttavia va rilevato che una certa "curiosità" si è venuta creando in questi ultimi anni intorno a questa scienza affascinante grazie ai vari mezzi di comunicazione (stampa, radio,televisione). Oltre ai classici mezzi di comunicazione oggi si utilizza sempre di più internet come mezzo di ricerca delle informazioni, tra le quali figurano certamente le previsioni meteorologiche. Meteo service è un applicazione che fornisce servizi per richiedere informazioni meteo riguardanti l Italia. In particolare viene offerta la possibilità all utente di richiedere le previsioni meteo relativi alle regione italiane e le temperature delle principali città. 2

3 CARATTERISTICHE Le informazioni meteorologiche corrispondenti ad una certa data posso essere effettuate attraverso un client chiedendo: Informazioni sul meteo nelle province della regione italiana selezionata Informazioni riguardanti le temperature (MAX, MIN) delle principali città italiane STRUTTURA E SCELTE PROGETTUALI Il servizio viene effettuato in maniera trasparente all utente grazie all utilizzo di corba per gestire la comunicazione con i server che rispondono alle richieste del/i client. L utilizzo di CORBA rende possibile la realizzazione di sistemi distribuiti eterogenei in maniera abbastanza semplice senza obbligare lo sviluppatore ad adottare una specifica tecnologia per implementare l applicazione. In questo progetto è stato deciso di sfruttare e mettere in luce alcune caratteristiche vincenti di corba prima fra tutte l eterogeneità. Infatti i server che gestiscono le richieste sono stati sviluppati utilizzando sia Java che C++. In particolare il server che risponde alle richieste delle temperature è stato sviluppato in C++, mentre quello per le previsioni meteorologiche delle regioni è stato sviluppato in Java. La struttura di CORBA si appoggia sui seguenti componenti: 1) L ORB (Object Request Broker) è il bus del sistema, deve coordinare l invocazione dei servizi locali e remoti. Diversi ORB possono comunicare tra loro. 3

4 2) L IDL (Interface Definition Language), linguaggio ad hoc che permette di definire le interfacce e di convertirle in un qualsiasi linguaggio di programmazione: crea lo Stub (proxy del client), che fa il marshalling delle richieste, e lo Skeleton, per effettuare l unmarshalling delle richieste (comunica con l ORB) ed adattarle così al server. 3) Il POA (Portable Object Adapter) ci permette di lavorare con interfacce cliente e servitore non omogenee. Ha compiti di registrare oggetti, generare riferimenti ed inviare richieste a questi. 4) L IOR (Interoperable Object Reference) è il sistema di nomi unici associati ad un servizio che possono essere passati da un ORB ad un altro e registrati nell IR (Interface Repository). Quest'ultimo consente di accedere alle interfacce disponibili durante l esecuzione. Il legame IOR-servizio può essere anche indiretto: si va a fare riferimento al Repository e solo tramite questo si arriva poi all'oggetto finale. 5) L HOLDER è l adattatore tra i diversi linguaggi che contenere l oggetto che viene ricevuto come input e successivamente passato come output tra i clienti e i servitori. L Holder può ad esempio adattare i parametri di inout (che vanno sia in ingresso che in uscita) per poterli utilizzare anche nel linguaggio java. Per la realizzazione del progetto è stato utilizzato il middleware ORBIX che non è altro che un implementazione di CORBA da parte dell azienda IONA. Dopo una prima analisi è stato deciso di dividere il server che gestisce le richieste meteo in tre server ognuno dei quali si occupa solo di alcune regioni per dare un idea di località di servizio. Nello specifico è stata suddivisa l Italia in tre zone NORD, CENTRO, SUD ad ognuna delle quali è associato un singolo server. Il client che effettua le richieste dell utente non conosce la gerarchia dei server, conosce solo il concetto di zona senza sapere se per regioni della stessa zona risponderanno uno o più server. Per effettuare le richieste è stata definita l interfaccia IDL corba seguente: module corbafiles{ exception ErroreApplic{ string codice_errore; }; }; interface ServiziMeteo { /* Ottengo previsioni metereologiche * riguardanti le principali regioni italiane * e le temperature delle pricipali città italiane * msg -> tipo di richiesta in input e dati inviati in output * Lavoro soltanto con dati di tipo String */ string richiestameteo(in string msg) raises(erroreapplic); string richiestatemperature() raises(erroreapplic); }; 4

5 E stata compilata attraverso il compilatore di Orbix al fine di ottenere gli scheletri del codice relativi ai server e ai client implementati nell applicazione. La richiesta per le previsioni meteo prevede un parametro di ingresso che sta ad indicare la regione della quale si vuole avere la previsione nelle sue province. Mentre la richiesta delle Temperature non richiede nessun parametro di ingresso. Infine entrambe le richieste attendono delle stringhe come risposta da cui poi il client riesce a ricostruire e visualizzare i risultati in modo corretto o e a visualizzare eventuali errori. Per la comunicazione e l indirizzamento corretto delle richieste viene sfruttato come servizio di nomi il NAME SERVICE di Corba che viene quindi utilizzato per registrare i servizi offerti dagli oggetti remoti, e recuperarne poi riferimenti. Il Naming Service di CORBA può trovarsi su un qualsiasi nodo, in generale diverso dall host del server (NON come RPC e RMI). E stato quindi creato un dominio di riferimento e registrato i diversi nomi ai cui sono associati i diversi servizi offerti. Di seguito viene elencata una panoramica dei principali componenti dell applicazione con relativa descrizione. CLIENT Per quanto riguarda il Client, nel caso in esame, deve potersi connettere al giusto Server per effettuare le sue richieste. Proprio su quest ultimo punto sfruttiamo le potenzialità di Corba utilizzando le invocazioni dinamiche da parte del Client stesso. Il Client effettua richieste di servizi senza conoscere a quale specifico Server andrà poi a connettersi né se dall altra parte c è un solo server o più server: il Client non è quindi legato in alcun modo alla struttura del server. E quindi a conoscenza solo del tipo di richiesta da fare (Meteo NORD, Meteo CENTRO, Meteo SUD, Temperature). Dopo aver effettuato una richiesta il client ottiene come risposte delle stringhe che vengono elaborate dalle funzioni AggiornaTemperature e AggiornaTabelle che si occupano di visualizzare nell interfaccia del client i dati che l utente si aspetta. 5

6 SERVER PREVISIONI METEO I Server forniscono informazioni sulle previsioni meteo di una specifica regione italiana. Questi dati sono memorizzati sui Server in database di file Xml e sono poi inviati ai Client. Questi ultimi, una volta ricevuti questi dati, lavorano su file Xml per poter ricavare le informazioni da visualizzare sull interfaccia utente. Per poter leggere le informazioni da questi file, sono state utilizzate le librerie JDom che permettono un utilizzo semplice e rapido di metodi già definiti. Basta quindi tener aggiornato il database dei file XML per avere le informazioni relative ad ogni giorno. L interfaccia grafica dei server risulta pressoché identica e quindi di seguito ne viene riportato solo un esempio: 6

7 Nello schema seguente viene riportata l interazione tra un server per le previsioni meteo ed un client. AggiornaTemperatura CORBA ServiziMeteo Impl Database ErrorFrame ClientFrame Client ClientThread Server SUD ServerThread ServerFrame AggiornaTabelle SERVER TEMPERATURE Questo server si occupa di rispondere a richieste da parte del client sulle temperature (MIN MAX) delle principali città italiane. E stato sviluppato in C++ attraverso gli schemi wizard di Visual Studio unito al middleware Orbix. 7

8 Il funzionamento di questo server prevede dopo la connessione e l attivazione dell ORB di rimanere in attesa di richieste, all arrivo delle quali viene recuperato il file di testo contenente le informazioni sulle temperature e prodotta una stringa da inviare come risultato al client. SERVER SOSTITUTIVO Per garantire il servizio delle previsioni anche durante la caduta di un server è stato progettato un altro server in grado di sostituirsi al server caduto. In fase di progetto non si è trattata il problema della consistenza dei dati contenuti nel server sostitutivo, si ipotizza che il server contenga una copia calda dei dati contenuti negli altri server. Il server sostitutivo durante la normale attività degli altri server si occupa di interrogarli periodicamente attraverso un servizio di tipo HeartBeat, cioè a polling manda un messaggio ad ognuno dei server attraverso un invocazione send_one_way (non da alcuna importanza ad un eventuale risposta, anzi non la si attende affatto) Per effettuare dei test rapidi in fase di test del progetto, questi messaggi vengono inviati ogni 2 secondi. Nel caso un server non risponda al segnale di heartbeat mandato e quindi si suppone sia caduto ne viene catturata l eccezione e immediatamente viene avviato un server dello stesso tipo in modo da sostituirlo finché il server originale non torna attivo. Nella realizzazione del progetto è stata fatta l ipotesi di guasto singolo quindi è possibile sostituire ogni tipo di server (NORD, CENTRO, SUD) ma sempre uno alla volta, ipotizzo quindi di non avere mai due Server guasti in uno stesso istante. Una volta che il server originale torna attivo, il server che lo sostituiva termina l esecuzione e riprende l interrogazione a polling iniziale per verificarne il funzionamento. 8

9 Di seguito abbiamo lo schema di interazione e la struttura del server sostitutivo: CONCLUSIONI In conclusione possiamo dire che è stata progettata un applicazione distribuita in grado di gestire richieste meteorologiche da parte di un utente. Il test effettuato mette in evidenza ottimi tempi di risposta ed un basso tempo di non disponibilità del servizio durante la caduta di un server e relativa sostituzione dal server di riserva. Quest applicazione mette in luce alcune delle caratteristiche vincenti di CORBA quali la gestione della comunicazione, il sistema di nomi e l indipendenza da una specifica tecnologia di implementazione grazie alla quale è stato possibile realizzare un sistema eterogeneo. E stato inoltre gestito un semplice esempio di replicazione che garantisce la permanenza del servizio di previsioni anche nel caso di caduta del server. Eventuali sviluppi futuri possono prevedere l aumento di servizi meteorologici con visualizzazioni grafiche più complesse ed interattive oppure l estensione dei servizi disponibili anche a sistemi quali PDA, o telefoni cellulari attraverso soluzioni adatte a dispositivi embedded quali ORBACUS sempre della stessa azienda IONA. 9