Objetivo. Processamento Paralelo Middleware. Cliente/Servidor. Histórico. Cliente/Servidor. Programação de sistemas distribuídos

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1 Objetivo Entender a motivação para o conceito de middleware Processamento Paralelo Middleware Prof. João Paulo A. Almeida 2007/01 - INF02799 Histórico Surgimento e popularização das redes criou a necessidade e oportunidade dos sistemas distribuídos Mainframe com seu terminais... Terminais ficaram mais poderosos e com mais periféricos que poderiam ser compartilhados Cliente/Servidor Paradigma para interação: Uma parte do sistema assume papel de executar um serviço (servidor) Outra parte pede a execução de um serviço (cliente) Normalmente muitos clientes para um servidor (compartilha-se/reusa-se o serviço) Request Response client Request Processing request Response server Cliente/Servidor Parecido com invocar uma função/método/procedimento em linguagem de programação Por que não é a mesma coisa? Programação de sistemas distribuídos Como programar a interação entre clientes e servidores em um sistema distribuído? Modelos de programação para sistemas distributídos Middleware: Remote Procedure Call Middleware: Orientado a objetos Middleware: Orientado a components Middleware: Orientado a serviços 1

2 Interface de software para comunicação de um programa de usuário (parte de aplicação) com a pilha de protocolos / Biblioteca de chamadas / API Socket é uma estrutura de dados Cliente e servidor se comunicam através de um par de sockets : usando serviços no nível de transporte Protocolos no nível de aplicação (ex., HTTP, DNS, SMTP) usam os serviços da camada de transporte A camada de transporte provê: Comunicação entre processos Multiplexação/demultiplexação baseado no conceito de portas Entrega confiável de dados (em ordem): setup (handshake) congestion control flow control Stream (SOCK_STREAM) Não confiável e sem ordem garantida de datagramas: Para se usar best-effort Datagram (SOCK_DGRAM) Uma ming Interface (API) provê funções, tipos de dados, estruturas de dados e constantes Flexível, simples de usar, padronizado (portabilidade) A API BSD sockets provê uma abstração similar a um sistema de arquivos para sockets (open, close, read, write) BSD sockets (originários do BSD 4.1 Unix em 1981) são a forma mais popular (API mais popular) disponível em: FreeBSD, Linux, Windows, Mac OS X,... também podem ser usados para comunicação entre processos no UNIX Arquitetura com sockets Arquitetura com sockets Arquitetura com sockets network network internet 2

3 SERVER Cliente/Servidor com sockets bind a port to the socket listen for incoming s accept an incoming CLIENT connect to server's port Cliente: Inicia o contato com o servidor (tem que saber o endereço ou hostname, e a porta) Normalmente requisita execução de um serviço Servidor: Espera passivamente (em uma certa porta) Normalmente roda constantemente à espera de clientes read from the write to the loop loop write to the read from the close Servidor Cliente sock_init() Create the socket sock_init () bind() Register port with the system connect() Set up listen() Establish client write/read write/read data accept() Accept client close() Shutdown read/write read/write data close() shutdown SERVER bind a port to the socket listen for incoming s int socket(int domain, int type, int protocol) sockfd = socket(pf_inet, SOCK_STREAM, 0); int bind(int sockfd, struct sockaddr *server_addr, socklen_t length) bind(sockfd, &server, sizeof(server)); int listen( int sockfd, int num_queued_requests) listen( sockfd, 5); CLIENT connect to Server socket int socket(int domain, int type, int protocol) sockfd = socket(pf_inet, SOCK_STREAM, 0); int connect(int sockfd, struct sockaddr *server_address, socklen_t length) connect(sockfd, &server, sizeof(server)); accept an incoming read from the int accept(int sockfd, struct sockaddr *incoming_address, socklen_t length) newfd = accept(sockfd, &client, sizeof(client)); /* BLOCKS */ int read(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) read(newfd, buffer, sizeof(buffer)); write to the read from the int write(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) write(sockfd, buffer, sizeof(buffer)); int read(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)); write to the int write(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) write(newfd, buffer, sizeof(buffer)); 3

4 : Java (Cliente ) : Java (Cliente ) 2 : Java (Servidor ) : Java (Servidor ) Servidor single-threaded x multi-threaded Non-concurrent server Vários clientes podem fazer pedidos ao mesmo tempo para o servidor. O servidor então pode: sock_init() bind() Create the socket Register port with the system a) atender um cliente por vez; outros clientes tem que esperar (servidor não concorrente, ou single-threaded) b) atender vários clientes simultaneamente (servidor concorrente ou multi-threaded) while(1) Start the loop. This loop will { service each request sequentially listen() Establish client accept() Accept client read/write read/write data } End loop close() Shutdown 4

5 Concurrent server Sock_init() Create the socket Problemas?? bind() listen() accept() fork() read/write exit() Register port with the system Establish client Accept client Create a child process which will now communicate with client read/write data in child process exit child process Ordem dos bytes nos tipos de dados dependem da arquitetura da máquina host order: (Motorola) big endian (Intel) little endian network order: Funções de conversão: u_long htonl(u_long hostlong); u_short htons(u_short hostshort); u_long ntohl(u_long netlong); u_short ntohs(u_short netshort); Baixo nível de abstração... Principalmente quando o que você queria fazer era pedir para outra máquina executar um serviço... ou simplesmente usar um procedimento remoto Endereços s/dns/portas Detectar time-outs Threading Como codificar os dados de uma aplicação? Por exemplo, como enviar uma lista, um array, um struct, um objeto Tem que se criar um protocolo sempre... Protocolo Definição clássica Mensagens e regras que determinam ações a serem tomadas de acordo Cooperation com a recepção das Entity A Entity B mensagens Mais precisamente... Entidades (de protocolo) cooperando através de um Communication meio de comunicação means Protocolo Definir/especificar: Formatos de mensagens Tanto tipos de dados abstratos quanto a forma de se codificá-los na rede Comportamento Em que momento cada mensagem pode ser enviada e o que deve ser feito para cada lidar com cada mensagem 5

6 Protocolo / serviço Implementação do protocolo User Q Q-req SAP Q A-ind User A A-req SAP A Q-ind LSI A PE A User A SAP A PDU exchange User C SAP C LSI C PE C QA-Service provider socket Lower Level Service provider Service provider sockets Middleware: Visão 1 Software that sits in the middle of the interacting application parts playing the roles of client and server [Orfali 97] Middleware: Visão 2 Software que permite que partes de aplicações distribuídas interajam, independente das tecnologias com as quais elas sejam construídas Mascarando as diferenças em tecnologias de rede, linguagem de programação, sistemas operacionais cliente middleware servidor Middleware: Visão 2 Middleware: Visão 3 computer A client middleware computer B server Software que simplifica a tarefa de um desenvolvedor de aplicações provendo uma coleção de componentes reusáveis para a construção de aplicações distribuídas Middleware é mais do que comunicação / interação,... Mas ajuda a atingir os objetivos de distribuição LAN-1 LAN-2 Esta é a visão que nós adotamos nesse curso 6

7 Middleware: Visão 3 Aplicações distribuídas computer A object 1 middleware computer B object 2 Aplicações que são uma coleção de partes geograficamente distribuídas ou distributíveis Quando usamos middleware orientado a objetos essas partes são objetos LAN-1 LAN-2 other computers Site A Site B Site C Distributed application CORBA Object Model Servants (Object implementations) and Object references client CORBA object Object reference = reference to object interface servant Interface specified in IDL Exemplo (IDL) module bank { // scope for bank interfaces interface account { // account user interface readonly attribute float balance; // attribute void makedeposit (in float f); // operation void makewithdrawal (in float f); // operation }; interface accountmanagement { // mgmnt interface exception reject { string reason; } account newaccount (in string name) raises (reject); // operation void deleteaccount (in account a); // operation }; }; IDL -> protocolo A partir da descrição da interface um protocolo é gerado (assim como sua implementação) client proxy op (args) result ORB servant Object Adapter IDL -> para várias linguagens IDL -> Java IDL -> C++ IDL -> C IDL -> Ada IDL -> COBOL IDL -> Lisp IDL -> PL/1 IDL -> Python IDL -> Smalltalk 7

8 Middleware é mais que interação Middleware é mais que interação Application objects Domain objects Realm of OMG standards Application objects Domain objects Object Request Broker Fundamental services (general purpose) Object Examples: Request Broker naming, events, life-cycle, persistent objects, transactions, security, trading, etc. Object services Common facilities Object services Common facilities Leitura p/ discussão P.A. Bernstein. Middleware. Communications of the ACM, Vol. 39, No. 2, February 1996,

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