Sistemas Operativos 2005/2006. Arquitectura Cliente-Servidor Aplicada A Uma Biblioteca. Paulo Alexandre Fonseca Ferreira Pedro Daniel da Cunha Mendes

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1 Sistemas Operativos 2005/2006 Arquitectura Cliente-Servidor Aplicada A Uma Biblioteca Turma 3EIC3 Grupo 5 Paulo Alexandre Fonseca Ferreira Pedro Daniel da Cunha Mendes

2 O trabalho efectuado, consiste numa aplicação que permita simular o funcionamento do sistema de pesquisa, requisição e devolução de livros de uma biblioteca assim como a sua manutenção. Esta aplicação funciona segundo um modelo cliente-servidor e é constituída por três programas: um servidor multithreader, que atende todos os pedidos dos utilizadores da biblioteca(uma thread por cada pedido) e dois programas-clientes, um que permite aos utilizadores comuns consultarem os livros existentes e procederem à respectiva requisição/devolução dos mesmos e um administrador de sistema. (executar algumas tarefas de manutenção e fazer shutdown do sistema). O programa teve como objectivo proporcionar a familirização com a programação de sistema, em ambiente Unix/Linux, envolvendo o desenvolvimento de aplicações multiprocesso e a utilização de diversos mecanismos de comunicação e de sincronização entre processos/threads.

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4 Utilizamos a arquitectura sugerida pelo guião da pagina da disciplina, explicando-a esquematicamente na figura seguinte: Servidor activo? Sim Apresentar Menu e esperar por opção do utilizador Recebe opção do Utilizador e envia a mesma para o servidor através do FIFO criado por este Não (Após 3 segundos) Servidor activo? Sim Servidor Recebe opção e cria thread com a opção desejada User/Admin Inicializado Handler s inicializados Ligação ao FIFO Opção Escolhida foi de Shutdown? Nao Não (Após 3 segundos) Ou Activa Handler de BrokenPipe Sim, Grava nova Informação Nos ficheiros e Espera Que todos os seus Threads Terminem através de um Join Servidor Inicializado, Carrega Ficheiros, se tiverem conteudos gravaos para estruturas na memoria e espera pedidos de User/Admin. Cria o FIFO de comunicação Thread Cria FIFO dedicado com o cliente(utilizando um pid do pedido) e responde com uma estrutura de resposta e se for caso disso actualiza dados em memória Admin\User Recebe resposta do Servidor através do FIFO dedicado e Apresenta-a no Ecrâ do cliente Volta a Pedir um nova, opção ao utilizador, reiniciando o processo Nao Servidor Terminado? Sim

5 %& O desenvolvimento do programa total relativo à Arquitectura Cliente-Servidor de uma Biblioteca, os programas a implementar (server, user e admin), os quais têm como base a utilização de FIFOs (um de pedido e outro de resposta que fazem a comunicação entre o programa servidor e os programas clientes), está resumidamente explicado no esquema. Começando pelo programa server (multithread), o qual atenderá todos os pedidos dos programas clientes da Biblioteca, este lança um thread que executa o pedido e envia a resposta ao cliente, de seguida. Para haver esta comunicação entre cliente-servidor é necessário a criação de dois tipos de estruturas: RequesitoTipo1, (pedido) e Resposta_tipo (resposta); que serão comuns aos três programas. Neste programa, são também criadas mais três estruturas: Livros, Utilizadores e Livro_Utilizador. Nestas estruturas estarão contidas as características relativas aos clientes (identificador e nome), livros (identificador, título, autores, nº de exemplares e numero de exemplares requisitados) e operações sobre os livros (designação: requisição/devolução, identificador do livro e do cliente e data). Segue-se a inicialização dos threads para cada pedido, assim como dos arrays dinâmicos que vão conter cada estrutura e os seus mutex s. São criadas as funções (threads) relativas às operações acedidas por um utilizador comum ou por um admin. A thread register_client faz o registo de cada utilizador, recebendo uma nova estrutura do cliente atribuindo-lhe o seu identificador (sequencial) e abre um FIFO dedicado com o programa a comunicar baseado no PID mandado pelo cliente (por exemplo se o PID for o 775 o caminho do FIFO dedicado seria /temp/ans775 ) envia a estrutura de resposta ao cliente com a mensagem de sucesso de registo o nome e o identificador. De seguida, é criada a função aknowledge_shutdown, a qual responde ao pedido de shutdown. Cria-se aqui a threads de procura de livros, recebendo como parâmetro a estrutura livro: search_book, search_all_book tal como as funções de requisição e devolução de livros, request_book e deliver_book, respectivamente. Nestas duas são pedidos os identificadores do livro e do utilizador, sendo usados os arrays relativos às estruturas Books e BookUser; em ambas existe uma condição que verifica a existência de exemplares de dado livro e os identificadores do mesmo e do cliente. Também foi implementada a thread de search_all_users que recebe como parâmetro a estrutura utilizadores e utiliza o array de estruturas utilizador. Esta tal como a thread search_all_books manda para o cliente o numero de utilizadores\livros existentes no

6 total (para que o cliente saiba exactamente quantas estruturas necessita de escutar), e envia todas as estruturas para o cliente. A thread que adiciona um novo livro aos já existentes: add_book, a qual recebe uma estrutura Livro e adiciona-a no array de estruturas Books. A thread que lista a informação de um determinado livro, list_book, é requerida logo de seguida; esta apresenta a informação de um livro identificado pelo título. Na função principal (main), existe um ciclo do While cuja variável de terminação é dada por uma flag shutdown, que apenas é accionada por pedido do administrador. Dentro do ciclo existe um switch case, que através da escuta do main FIFO recebe os opcodes de cada programa executando os serviços(threads), pedidos. Este antes de terminar espera que as threads lançadas por ele terminem através da utilização de um join que percorre o vector que contêm os endereços de todas as threads e só depois se termina. Quanto aos programas cliente, user e admin: contêm o menu de interacção com o utilizador, fazendo o tratamento dos opcodes recebidos do utilizador (convertendo opções inexistentes em,-1 voltando a pedir um novo opcode). As opções também são geridas com switch case que converte o opcode recebido pelo utilizador no opcode desejado para executar o serviço no servidor. Enviam então o opcode convertido para o servidor e ficam à escuta de uma resposta através do FIFO dedicado com o PID do pedido. Assim cada programa cliente possui as opções de operações do menu, que são pedidas ao servidor e executadas por este, obtendo mais tarde estes mesmos programas a resposta da execução. Caso por alguma razão o servidor crashe, todos os reads aos FIFOS são testados com um handler alarme, que caso fique à escuta mais de 3 segundos é disparado e termina o programa. Caso o servidor seja terminado pelo administrador e ainda existam clientes a efectuar operações, o sinal de broken pipe é tratado por um handler que avisa o utilizador que o Servidor foi desligado. O utilizador têm então as seguintes funcionalidades registar-se, procurar livros por titulos, requisitar, devolver livros, listar todos os livros existentes, listar todos os utilizadores existentes. O administrador pode adicionar novos livros listar a informação sobre os livros (vendo por exemplo se se encontram registados ou não), listar todos os livros existentes, listar todos os utilizadores existentes e encerrar o programa servidor, fazendo shutdown, gravando assim todas as operações efectuadas desde o momento que este foi ligado. A inserção/load de ficheiros é feita pelo servidor, respectivamente no inicio e no fim deste.

7 São também utilizados mutexes, de maneira a proteger os vectores globais que são utilizados pelos vários threads, que efectuam os serviços. Todas as pesquisas e modificações feitas nestes arrays ficam então protegidos de entrarem em conflito uns com os outros.

8 Testes e resultados Os testes e resultados obtidos são bastante satisfatórios, correspondendo na totalidade ao que foi proposto. Seguem-se em baixo screenshots do programa em funcionamento. Figura 1: Menu do Administrador

9 ~ Figura 2: Visualização do servidor

10 Figura 3 : Visualização do menu do Utilizador Comum

11 Figura 4: Exemplo de uma Listagem de todos os livros

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