Sisteme distribuite
description
Transcript of Sisteme distribuite
Sisteme distribuite
• Continutul capitolului:– Stiluri arhitecturale pentru aplicatii distribuite– Tipare utilizate in realizarea infrastructurii pentru
sisteme distribuite:• Client-Dispatcher-Server• Forwarder-Receiver• Remote Proxy• Broker
– Exemple de tehnologii de middleware care implementeaza tiparul Broker: Java RMI, CORBA, .NET Remoting
Arhitecturi de aplicatii distribuite• Client-Server:
– Servicii distribuite, furnizate de Servere, care sunt utilizate de Clienti– Clientii sunt diferiti de Servere– Exemplu: Biblioteca online de multimedia
• N-Tiers:– Combinatie intre Layered si Client-Server– Cazul tipic: 3-Tiers: – Exemplu: Internet banking
• Peer-to-Peer:– Toti participantii sunt egali– Fiecare Peer furnizeaza unele servicii si utilizeaza alte servicii– Variante: p2p semicentralizat– Exemplu: Sistem de peer to peer filesharing
Exemplu Client-Server
Catalogueserver
Librarycatalogue
Videoserver
Film clipfiles
Pictureserver
Digitisedphotographs
Web server
Film andphoto info.
Client 1 Client 2 Client 3 Client 4
Internet
[Sommerville]
Exemplu 3-Tiers
Database server
Customeraccountdatabase
Web serverClient
Client
Account serviceprovision
SQLSQL query
HTTP interaction
Client
Client
[Sommerville]
Presentation Layer
Application Processing Layer
Data Management Layer
Suport pentru aplicatii distribuite• Middleware:
– Infrastructura care suporta realizarea aplicatiilor distribuite
– De obicei realizata de software “off-the-shelf”
– Incercari de standardizare: CORBA
[POSA2]
Rolul middleware
• Calitati dorite ale sistemelor distribuite:– Separation of concerns: logica aplicatiei sa fie separata de aspectele
legate de realizarea comunicatiei la distanta => “cineva” trebuie sa rezolve stabilirea canalului de comunicatie si eventualele transformari ale formatului datelor
– Location independence: interactiunile client-server sa se desfasoare la fel, independent de locatia serverului => “cineva” trebuie sa rezolve localizarea serverului
– Location transparence: interactiunea unui client cu un server la distanta sa aiba loc in mod similar cu un server local => “cineva” trebuie sa rezolve aducerea unei referinte la un obiect aflat la distanta
• Tipare arhitecturale pentru sisteme distribuite:– Broker– Utilizeaza si integreaza tiparele:
• Forwarder-Receiver• Client-Dispatcher-Server• Remote Proxy
Client-Dispatcher-Server
Tiparul Client-Dispatcher-Server introduce o componenta intermediara = Dispatcher intre componentele clienti si servere. Rolul unui Dispatcher este de a realiza transparenta locatiei serverelor prin intermediul unui Naming Service si de a ascunde detaliile stabilirii legaturii (la distanta) intre clienti si servere.
• Exemplu: Sistemul “Achilles” de regasire a informatiilor stiintifice– Furnizorii de informatii sunt atat locali cat si la distanta– Accesarea unui furnizor de informatii se face specificand locatia
acestuia si serviciul solicitat: • de exemplu: Client trimite la serverul
“NASA/HUBBLE_TELESCOPE”, un mesaj cu continutul “HUBBLE_DOC_RECEIVE, ANDROMEDA.JPG”
Exemplu Client-Dispatcher-Server
[POSA]-Fig/P.323
• Clientul nu trebuie sa cunoasca locatia serverelor pe care le foloseste
– Dispatcher: furnizeaza un Naming Service
• Codul care implementeaza functionalitatea clientului trebuie sa fie separat de codul care realizeaza conexiunea cu serverul
– Dispatcher: realizeaza stabilirea legaturii de comunicatie intre Client si Server
Structura Client-Dispatcher-Server
[POSA]-Fig/P. 325
Structura Client-Dispatcher-Server
[POSA]-Fig/P. 326
Scenariu Client-Dispatcher-Server
[POSA]-Fig/P.327
Pasi de definire a unei arhitecturi Client-Dispatcher-Server
• Separarea componentelor in clienti si servere• Stabilirea mecanismelor de comunicare necesare
– In functie de “distanta” intre clienti si servere: • In acelasi spatiu de nume• Pe aceeasi masina• In retea
• Specificarea protocoalelor de interactiune intre componente: – Protocol: specifica
• o secventa ordonata de activitati necesare pentru initializarea si pastrarea canalului de comunicatie
• Structura mesajelor/datelor care se pot transmite– CDProtocol – DSProtocol– CSProtocol
• Numirea serverelor • Proiectarea si implementarea Dispatcher
– Implementarea protocoalelor de interactiune– Gestiunea canalelor de comunicatie daca reprezinta o resursa limitata (de ex –
numarul de socket-uri ce se pot deschide)– Performanta: N Clienti, N Servere, 1 Dispatcher ! => multithreading in
implementarea Dispatcher• Implementarea Clientilor si Serverelor
Varianta: Client-Dispatcher-Service
• Clientii adreseaza Servicii si nu Servere• Dispatcher-ul gaseste in repository-ul sau un server care furnizeaza
respectivul serviciu (Pot fi mai multe servere care furnizeaza acel serviciu)
• Exemplu: urmatorul exemplu simplu ilustreaza realizarea unui asemenea Naming Service, pentru un sistem simplificat in care Dispatcher, Clientii si Services ruleaza toti in acelasi spatiu de nume
• Cod complet -> vezi ClientDispatcherServer.jsl
Exemplu: Implementare Dispatcher
class Dispatcher {Hashtable registry = new Hashtable();Random rnd = new Random(12345);
public void register(String svc, Service obj) {Vector v = (Vector)registry.get(svc);if (v == null) {
v = new Vector();registry.put(svc, v);
}v.addElement(obj);
}public Service locate(String svc) throws NotFound {
Vector v = (Vector)registry.get(svc);if (v == null) throw new NotFound();if (v.size() == 0) throw new NotFound();int i = rnd.nextInt() % v.size();return (Service)v.elementAt(i);
}}
Exemplu: Implementare Service
abstract class Service {String nameOfService;String nameOfServer;public Service(String svc, String srv) {
nameOfService = svc;nameOfServer = srv;CDS.disp.register(nameOfService, this);
}abstract public void service();
}
class PrintService extends Service {public PrintService(String svc, String srv) {
super(svc, srv);}public void service() {
System.out.println("Service " + nameOfService + " by " + nameOfServer);}
}
Presupune cazul particular in care D-S sunt in acelasi spatiu de nume, caz in care D poate fi realizat de un Singleton.
Altfel protocolul S-D este mai complicat de implementat (D va trebui sa existe ca serviciu care ruleaza la o adresa prestabilita si cunoscuta de toate partile)
Exemplu: Implementare Client
class Client { public void doTask() {
Service s;try {
s = CDS.disp.locate("printSvc");s.service();
} catch (NotFound n) {System.out.println("Service not available");
}try {
s = CDS.disp.locate("printSvc");s.service();
} catch (NotFound n) {System.out.println("Service not available");
}try {
s = CDS.disp.locate("drawSvc");s.service();
} catch (NotFound n) {System.out.println("Service not available");
} }}
Presupune cazul particular in care C-D sunt in acelasi spatiu de nume, caz in care D poate fi realizat de un Singleton.
Presupune cazul particular in care C-S ruleaza in acelasi spatiu de nume
Exemplu:Inregistrare servicii, client
public class CDS{
public static Dispatcher disp = new Dispatcher();public static void main(String[] args){
Service s1 = new PrintService("printSvc", "srv1");Service s2 = new PrintService("printSvc", "srv2");Client client = new Client();client.doTask();
}}
Proprietati ale tiparului Client-Dispatcher-Server
• Avantaje:– Exchangeability of servers– Location and migration transparency– Re-configuration– Fault-tolerance
• Atentionari:– Lower efficiency: performanta este determinata de overhead-ul
introdus de dispatcher (1 singur Dispatcher la N Clienti si M Servere)
• Localizarea serverelor• Inregistrarea serverelor• Stabilirea conexiunilor
– Nu incapsuleaza detaliile infrastructurii de comunicatie (vezi pe diagrama de colaborari cate operatii diferite traverseaza limitele proceselor !) => e nevoie de alt pattern mai bun din acest punct de vedere: Forwarder-Receiver
Forwarder-Receiver
Tiparul Forwarder-Receiver realizeaza transparenta comunicatiilor inter-procese pentru sisteme care interactioneaza dupa un model peer-to-peer. Tiparul introduce elementele Forwarder si Receiver pentru a decupla functionalitatea fiecarui peer de mecanismul de comunicare utilizat.
Peer1 Peer2
How are you ?
I am alive !
Exemplu Forwarder-Receiver
class Peer1 extends Thread {Receiver r;Forwarder f;public void run() {
f = new Forwarder("Peer1");Message msg = new Message
("Peer1", "How are you");
f.sendMsg("Peer2", msg);
Message result = null;r = new Receiver("Peer1");result = r.receiveMsg();System.out.println("Peer1
receptionat mesaj " + result.data + " de la " + result.sender);}
}
class Peer2 extends Thread {Receiver r;Forwarder f;public void run() {
Message result = null;r = new Receiver("Peer2");result = r.receiveMsg();System.out.println("Peer2
receptionat mesaj "+result.data+" de la "+result.sender);
f = new Forwarder("Peer2");Message msg = new Message
("Peer2", "I am alive");
f.sendMsg(result.sender, msg);}
}
Problema:• Un Peer nu trebuie sa cunoasca mecanismul de comunicare intre procese utilizat la
baza• Solutia trebuie sa permita schimbarea mecanismului de comunicare, fara a afecta
functionalitatea Peers• Fiecare Peer cunoaste doar numele altui Peer cu care comunica
Structura Forwarder Receiver
[POSA]-Fig/P.310
Structura Forwarder-Receiver
[POSA]-Fig/P.311
Scenariu Forwarder-Receiver
[POSA]-Fig/P.312
Exemplu implementare
Peer1 Peer2
deliver ( marshal ( How are you ) unmarshal ) receive
Registry
F
R
R
F
Config.db“Peer1”: adresa …“Peer2”: adresa …
receive ( unmarshal ( I am alive ) marshal ) deliver
Pasi implementare tipar Forwarder-Receiver
• Specificarea maparii nume – adrese• Specificarea protocolului de comunicatie intre
peers si intre Peers si Forwarders/Receivers: sendMsg, receiveMsg
• Alegerea mecanismului de comunicatie• Implementare Forwarder: deliver, marshal• Implementare Receiver: receive, unmarshal• Implementare Peers• Implementare configuratie de start
Pas1: Specificarea maparii nume-adrese
class Entry {private String destinationId;private int portNr;public Entry(String theDest, int thePort) {
destinationId = theDest;portNr = thePort;
}public String dest() {
return destinationId;}public int port() {
return portNr;}
}
theKey: numele sub care este cunoscut serviciul ( de exemplu Peer1, Peer2)
theDest, thePort: adresa IP+nr port
public class Registry{
private Hashtable hTable = new Hashtable(); private static Registry _instance=null; private Registry(){} public static Registry instance() { if (_instance==null) _instance=new Registry(); return _instance; }
public void put(String theKey, Entry theEntry) {hTable.put(theKey, theEntry);
}public Entry get(String aKey) {
return (Entry)hTable.get(aKey);}
}
Pas2: Specificarea protocolului de comunicatie pentru Peers
class Message{
public String sender;public String data;public Message(String theSender, String rawData){
sender = theSender;data = rawData;
}}
class Forwarder{…public void sendMsg(String theDest,
Message theMsg){
deliver(theDest, marshal(theMsg));}
}
class Receiver{…public Message receiveMsg()
{return unmarshal(receive());
}}
Pas3: Alegerea protocolului de comunicatie
class Forwarder { private Socket s; private OutputStream oStr;
… private void deliver(String theDest, byte[] data) { try {
Entry entry = Registry.instance().get(theDest);if (entry == null) { System.out.println(“Dest unknown"); return; }s = new Socket(entry.dest(), entry.port());oStr = s.getOutputStream();oStr.write(data);oStr.flush();oStr.close();} catch (IOException e) {
System.out.println("IOE forwarder"); } }
}…}
class Receiver { private ServerSocket srvS; private Socket s; private InputStream iStr;
… private byte[] receive() {
int val;byte buffer[] = null;try { Entry entry = Registry.instance().get(myName); srvS = new ServerSocket(entry.port(), 1000); s = srvS.accept(); iStr = s.getInputStream(); val=iStr.read(); buffer=new byte[val]; iStr.read(buffer); iStr.close(); s.close(); srvS.close(); } catch (IOException e) {
System.out.println("IOE receiver"); } return buffer;}
…}
Pas4: Implementare Forwarder/Receiver class Forwarder { …
private byte[] marshal(Message theMsg) {String m = " "+theMsg.sender + ":" + theMsg.data;byte b[]=new byte[ m.get_Length()];b = m.getBytes();b[0]=(byte)m.get_Length();return b;
}…}
class Receiver { … private Message unmarshal(byte[] anArray) {
String msg=new String(anArray);String sender = msg.substring(1, msg.IndexOf(':'));String m = msg.substring(msg.IndexOf(':')+1, msg.get_Length());return new Message(sender, m);
} …}
Pas 5: Realizare configuratie de start
class Configuration {public Configuration(){ Entry entry=new Entry("127.0.0.1", 1111); Registry.instance().put("Peer2", entry); entry=new Entry("127.0.0.1", 2222); Registry.instance().put("Peer1", entry);
}}
public class P1 {public static void main(String args[]) {
new Configuration();Peer1 p1=new Peer1();p1.start();}
}
public class P2 {public static void main(String args[]) {
new Configuration();Peer2 p2=new Peer2();p2.start();}
}
Adresele date ca exemplu reprezinta cazul particular in care componentele comunicante sunt pe acelasi calculator – localhost – identificat prin adresa IP de loopback 127.0.0.1
Proprietati ale tiparului Forwarder-Receiver
• Avantaje:– Comunicare eficienta inter-procese– Incapsulare a facilitatilor de comunicare inter-
procese
• Atentionari:– Nu suporta reconfigurarea flexibila a
componentelor => combinatie cu dispatcher
Remote Proxy
Tiparul Proxy permite clientilor unei componente sa comunice cu un “reprezentant” al acesteia, in loc de a comunica cu originalul.
Remote Proxy: permite clientilor unei componente la distanta sa un acces transparent la aceasta, ascunzand clientilor aspectele ce tin de adresarea si comunicarea la distanta
Structura generala Proxy
[POSA]-Fig/P.
Scenariul general Proxy
marshal, deliver
unmarshal, receive
Remote Proxy: pre si postprocesarea este facuta in combinatie cu tiparul Forwarder-Receiver
[POSA]-Fig/P.
Broker
Tiparul Broker structureaza sisteme distribuite constand din componente decuplate care interactioneaza prin invocarea de servicii la distanta. Broker-ul realizeaza coordonarea comunicarii si ascunderea detaliilor comunicarii fata de
componentele implicate.
Invoke foo on
Object X
Invoke bar on
Object Yfoo bar
Object X Object Y
Server1 Server2Client1 Client2
Broker
Broker vs Forwarder-Receiver
• Ambele tipare realizeaza coordonarea comunicarii si ascunderea detaliilor comunicarii fata de componentele implicate
• Forwarder-Receiver: comunicarea are loc prin mesaje al caror format este stabilit si cunoscut de componentele Peer care participa
• Broker: componentele interactioneaza prin invocare de servicii la distanta (invocare de operatii exportate de o interfata), in mod transparent fata de locatia componentelor.– Realizarea tiparului Broker presupune integrarea unui tipar Remote
Proxy cu tiparul Forwarder-Receiver
[POSA]-Fig/P. 103-105
Broker
[POSA]-Fig/P.107
Serverul se inregistreaza la Broker
[POSA]-Fig/P.108
Brokerul rezolva o cerere Client-Server
[POSA]-Fig/P.109
Variante de Broker
• Indirect Broker: – realizeaza o comunicatie indirecta intre client si server: orice
comunicatie intre client si server este transmisa prin intermediul Broker-ului
– Corespunde cu varianta prezentata in scenariul general din diagrama de colaborari anterioara
• Direct Broker:– Clientul poate comunica direct cu Server-ul, dupa ce conexiunea
a fost realizata prin intermediul Broker => creste eficienta comunicatiei
– Operatiile descrise in diagrama anterioara raman valabile ca principiu si secventa dar sunt rearondate intre Proxy-uri si Broker: Proxy-urile vor prelua operatiile forward_request si forward_response de la Broker
Interactiunea intre diferiti Brokeri
[POSA]-Fig/P.110
Implementari de referinta ale arhitecturii Broker
Middleware care implementeaza tiparul Broker: – CORBA: Common Object Request Broker
Architecture. Arhitectura de referinta elaborata de OMG (Object Management Group)
• Diverse implementari, comerciale sau open
– RMI: Java Remote Method Invocation - Sun– .NET Remoting - Microsoft
Arhitectura RMI
Client Remote Interface
Remote Object
Stub(ClientSide Proxy)
Skeleton(ServerSide Proxy)
Remote Reference Layer
TransportLayer
uses implements
implementsServer
Arhitectura CORBA
ClientRemote Interface
IDL
Remote Object
IDL Stub(ClientSide
Proxy)
IDL Skeleton(ServerSide
Proxy)
ORB (Object Request Broker)
Server
DynamicInvocationInterface
ObjectAdapter
InterfaceRepository
ImplemRepository
ORB Interface
.NET Remoting Architecture
Client Remote Interface
Remote Object
TransparentProxyRealProxy
Remoting system Remoting system
Server
Channel