CAPÍTULO 3 MIDDLEWARE. Para entender-se o aparecimento da tecnologia middleware é descrita a seguir, e, brevemente, a sua evolução.

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1 CAPÍTULO 3 MIDDLEWARE Para entender-se o aparecimento da tecnologia middleware é descrita a seguir, e, brevemente, a sua evolução. 3.1 ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR Primeiramente, surgiu a arquitetura centralizada ( mainframe ). Esta arquitetura consiste em centralizar toda a inteligência num computador central que recebe a informação gerada pela captura da teclagem de um usuário através de um terminal. Esta arquitetura é limitada por não suportar facilmente interfaces gráficas com o usuário ( Graphic User Interface - GUI) e o acesso a múltiplos bancos de dados geograficamente dispersos (Sadoski, 1998). Com o aparecimento de redes conectando vários PCs, surgiu a arquitetura de arquivo compartilhado ( file sharing ). Nesta arquitetura, o servidor de arquivos envia arquivos da localização compartilhada para o ambiente da estação de trabalho. Neste local, o trabalho requisitado pelo usuário é então executado (incluindo a lógica e os dados). Esta arquitetura apresenta limitações, pois só se tem um bom desempenho se o número de compartilhamentos de um arquivo e o volume de dados transferido forem pequenos (Sadoski, 1998). Para solucionar estas limitações surgiu a arquitetura cliente/servidor. A arquitetura de software cliente/servidor é uma infra-estrutura modular onde o processamento é dividido, cabendo uma parte ao servidor e uma parte ao cliente. A comunicação cliente/servidor é baseada em troca de mensagens. Quando comparada à arquitetura de software centralizada e à arquitetura de compartilhamento de arquivo, apresenta uma melhor usabilidade, flexibilidade, interoperabilidade e escalabilidade (Sadoski, 1998). Nesta 41

2 arquitetura, o cliente é definido como requisitor de serviço; o servidor é definido como provedor de serviços e dependendo da configuração de software uma única máquina pode ser ambos: cliente e servidor. A arquitetura cliente/servidor substituiu o servidor de arquivos por um servidor de banco de dados. Esta substituição permite que as consultas do usuário sejam respondidas diretamente através da utilização de um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional ( Data Base Management System - DBMS). O servidor de bancos de dados reduz o tráfego da rede pois provê a resposta a uma consulta ao invés de transferir todo o arquivo. A seguir, são descritos alguns tipos comuns de arquitetura cliente/servidor ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR DE DUAS CAMADAS Arquitetura cliente/servidor de duas camadas ( Two Tier ) consiste em três componentes distribuídos em duas camadas. Uma das camadas é o cliente que requisita os serviços e a outra é o servidor que provê os serviços. Os três componentes desta arquitetura são descritos a seguir (Sadoski, 1999c): Interface do usuário com o sistema: normalmente localizada no ambiente da estação de trabalho do usuário, constituindo-se de sessões, entrada de texto, diálogo, display dos serviços de gerenciamento, etc. Gerenciamento dos processamentos: está localizado usualmente no servidor e constitui-se dos processos desenvolvidos pelo usuário, da monitoração dos mesmos, etc. Gerenciamento de banco de dados: está localizado usualmente no servidor e constitui-se de serviços de manipulação de dados, arquivos, etc. Nesta arquitetura, o servidor, que é a máquina mais potente, serve a vários clientes. O gerenciamento do processo é dividido entre o ambiente da interface 42

3 do usuário com o sistema e o ambiente servidor de gerenciamento de banco de dados, como mostrado na Figura 3.1. Interface do usuário com o sistema + algum gerenciamento de processamento Gerenciamento de banco de dados + algum gerenciamento de processamento Fig Arquitetura cliente/servidor de duas camadas FONTE: Sadoski (1999c, p.1) A arquitetura de duas camadas é uma boa solução para computação distribuída quando o grupo de trabalho é definido entre 12 e 100 usuários interagindo numa Local Area Network (LAN) simultaneamente. Um número maior que 100 usuários implica uma deterioração do desempenho. Esta limitação é resultado da necessidade do servidor manter a conecção via mensagens de estou vivo ( keep-alive ) com cada cliente, mesmo quando nenhum trabalho está sendo executado. Uma outra limitação é a pouca flexibilidade que existe quando se deseja mover funcionalidades de um programa de um servidor a outro sem efetuar alterações no código ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR DE TRÊS CAMADAS A arquitetura cliente/servidor de três camadas ( Three Tier ) surgiu para suprir as limitações da arquitetura cliente/servidor de duas camadas. Nesta arquitetura, uma camada média foi introduzida entre a interface do usuário 43

4 com o sistema (ambiente cliente) e o gerenciador de banco de dados (ambiente servidor), como mostrado na Figura 3.2. Esta camada média provê serviços de gerenciamento de processos compartilhados por múltiplas aplicações (Sadoski, 1999a). Interface do usuário com o sistema Gerenciamento de processos Gerenciamento de banco de dados Fig Arquitetura cliente/servidor de três camadas FONTE: Sadoski (1999a, p.1) A seguir, são descritos alguns tipos de arquitetura cliente/servidor de três camadas MONITORES DE PROCESSAMENTO DE TRANSAÇÃO Arquitetura de três camadas com tecnologia de monitores de processamento de transações ( TP Monitor ) é considerada uma arquitetura básica. A tecnologia de monitores de processamento de transação está centrada no servidor e consiste em filas de mensagens, seqüenciamento ( scheduling ) de 44

5 transações e priorização de serviços. O cliente conecta esta camada média, isto é, o monitor de transação, ao invés do banco de dados diretamente. A transação é aceita pelo monitor, que a enfileira e toma a responsabilidade por manejá-la e completá-la liberando o cliente. A Figura 3.3 mostra esse tipo de arquitetura. Cliente Cliente Servidor Rotinas de Processamento Cliente Monitor de Processamento de Transação Cliente Cliente Fig Monitores de processamento de transações FONTE: Sadoski (1999b, p.2) A tecnologia de monitor de transação provê a habilidade de atualizar múltiplos sistemas de gerenciamento de banco de dados ( Data Base Management System DBMS) diferentes numa única transação, conectar-se a várias fontes de dados, fixar prioridades às transações e promover robustez à segurança SERVIDOR DE MENSAGENS Na arquitetura de três camadas com servidor de mensagens, o software servidor de mensagens reside uma parte no cliente e outra no servidor, sendo que as mensagens são priorizadas e processadas assincronamente entre eles (Vondrak, 1999) 45

6 Mensagens consistem de informações, do endereço e do número de identificação. A diferença entre esta tecnologia e a do monitor de transação é que a arquitetura do servidor de mensagens foca a inteligência nas próprias mensagens, isto é, a mensagem em si carrega toda a informação necessária para o cliente processar a mensagem recebida do servidor e o servidor a recebida do cliente, enquanto o monitor de transação tem a inteligência no monitor, pois, a mensagem enviada pelo cliente é processada pelo monitor antes de ser enviada ao servidor e vice-versa OBJECT REQUEST BROKER Nessa arquitetura de três camadas adiciona-se um software distinto, conhecido como ORB, que não faz parte do cliente e nem do servidor no qual as mensagens recebidas e enviadas entre eles são tratadas. Nessa arquitetura tem-se três elementos distintos cliente, servidor e ORB, como mostrado na Figura 3.4. O ORB provê várias funcionalidades como: troca de mensagens (comunicação) entre cliente e servidor, localização e ativação de um servidor que atenderá a um pedido de um cliente que não precisa conhecer a sua localização nem precisará ativá-lo. Localização do serviço Aplicação Cliente ORB Comunicação Estabelecimento da conecção Ativação do serviço Serviço Remoto (objeto) Fig. 3.4 Funções do ORB FONTE: Wallnau e Foreman (1999, p.1) 46

7 3.2 MIDDLEWARE A camada média da arquitetura cliente/servidor de três camadas pode ser implementada de várias maneiras tais como, já descrito, monitores de processamento de transações, servidores de mensagens, etc. onde cada uma apresenta vantagens e limitações. A esta tecnologia que implementa os vários tipos de camadas médias, juntamente com suas funcionalidades, dá-se o nome de middleware. Middleware é um software de conectividade que consiste em um conjunto de serviços que permite a interação, através da rede, de múltiplos processos executando em uma ou mais máquinas. Middleware é essencial para migrar aplicações de mainframe para aplicações cliente/servidor provendo comunicação através de plataformas heterogêneas (Bray, 1998). Esse software de conectividade se localiza entre a aplicação e o sistema operacional (Bernstein, 1996), com mostrado na Figura

8 Aplicação... Aplicação APIs Middleware (serviços de sistema distribuído) Interface da Plataforma Plataforma: - SO - Hardware... Interface da Plataforma Plataforma: - SO - Hardware Fig Middleware FONTE: Bernstein (1996, p.89) O middleware oferece serviços de propósito geral que se situam entre a aplicação e a plataforma utilizada (sistema operacional mais hardware). Os serviços oferecidos pelo middleware devem (Bernstein, 1996): Ir ao encontro de uma grande variedade de aplicações, por exemplo: ser capaz de traduzir ou facilitar a adição de mensagens de vários formatos para serem utilizados em diversas aplicações. Ser implementados de forma a possibilitar a execução em plataformas distintas. Por exemplo, em sistemas distribuídos as aplicações localizadas em diferentes plataformas podem usar o serviço middleware para se comunicar e/ou trocar dados, aumentando assim a interoperabilidade. Possibilitar serem acessados remotamente por outros serviços ou aplicações. 48

9 Suportar, idealmente, um protocolo padrão, por exemplo, Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) ou International Standards Organization (ISO) Open System Interconnect (OSI). Suportar uma Application Programming Interface (API) padrão. Os serviços devem ser transparentes com respeito a API, isto é, eles devem ser acessados via APIs sem necessidade de modificá-las. Uma API (interface de programação de uma aplicação) é um conjunto de regras para escrever funções ou chamadas de subrotinas que acessam uma biblioteca. Por exemplo, para enviar dados uma aplicação pode invocar uma API que apresenta uma função do tipo SEND especificando como parâmetros o nome destino e os ponteiros para os dados, assim, esta API, que é uma interface escrita utilizando regras específicas, acessa uma biblioteca que contém a respectiva função. A biblioteca pode ser atualizada mas mantidas as API as aplicações não precisam ser alteradas. APIs combinam recuperação de erro, tradução de dados, segurança, filas e nomeação com interfaces de fácil utilização que compreendem ações/comandos simples, mas poderosos (Bray, 1999). Existem quatro tipos de APIs que possibilitam o compartilhamento de dados entre aplicações diferentes de software em plataforma única ou distribuída, que serão listadas a seguir (Bray, 1999): Chamada de Procedimento Remoto ( Remote Procedure Call RPC): os programas usando RPCs comunicam-se via procedimentos ou tarefas ( tasks ) que agem em buffers de dados compartilhados (Vondrak, 1998). Linguagem Padrão de Consulta ( Standard Query Language SQL): é uma linguagem não procedural de acesso a dados que permite compartilhamento de dados entre aplicações através do acesso a um banco de dados comum. 49

10 Transferência de Arquivo ( File Transfer ): permite compartilhamento de dados através do envio de arquivos fomatados entre as aplicações. Entrega de Mensagens: provê compartilhamento de dados pela comunicação via pequenas mensagens formatadas entre as aplicações. O principal propósito do middleware é ajudar na resolução de muitos problemas de conectividade e interoperabilidade de aplicações, mas é o desenvolvedor que tem a difícil tarefa de decidir quais funcionalidades serão colocadas no lado cliente e quais estarão no lado servidor da aplicação distribuída. Desta forma, é importante entender o problema que será resolvido pela aplicação e o valor dos serviços middleware que permitirão a distribuição desta aplicação. Para determinar os tipos de serviços middleware necessários, o desenvolvedor deve identificar as funções requeridas pela aplicação, que podem recair em uma de três classes (Bray, 1998) (Bernstein, 1996): Se a aplicação é um serviço de sistema distribuído que inclue a comunicação programa a programa como ponto crítico, os serviços middleware que a auxiliam são os serviços de comunicação, tais como, mensagem peer-to-peer, chamada de procedimento remoto (RPC), fila de mensagens, correio eletrônico, troca de dados por meio eletrônico, etc. Se a aplicação é um serviço que permite o acesso de aplicaçôes aos serviços de rede e de banco de dados, os serviços middleware que a auxiliam são os serviços de gerenciamento, tais como, balanceamento de carga na rede, servidor de diretório, gerenciador de históricos ( log ), gerenciador de arquivos, gerenciador de gravação, sistemas de banco de dados relacionais e orientados a objeto, gerenciador de repositório, etc. Se a aplicação é um serviço de gerenciamento que permite que as aplicações e funções do sistema sejam continuamente monitoradas de 50

11 forma a assegurar uma performance ótima do ambiente distribuído, os serviços middleware que a auxiliam são os serviços de gerenciamento de sistema e controle, tais como, serviços de notificação de eventos, gerenciamento de configuração, gerenciamento de instalação de software, detetor de falhas, coordenador de recuperação, serviço de autenticação, serviços de auditoria, serviços de criptografia, serviços de controle de acesso, gerenciamento de threads, gerenciamento de transação, recursos de broker, seqüenciador de requisições, seqüenciador de tarefas, etc SERVIÇOS MIDDLEWARE Devido à importância da portabilidade de aplicações e protocolos padronizados para possibilitar a interoperabilidade, os serviços middleware têm sido alvo de esforços de padronização. Algumas tentativas têm sido feitas por entidades públicas, tais como, ISO e American National Standards Institute (ANSI) e outras por consórcios industriais como X/Open, Open Software Fundation (OSF), Object Management Group (OMG) e ActiveX (Microsoft). O esforço de padronização demonstra a importância desses serviços. O propósito principal dos serviços middleware é permitir que uma plataforma não dependa de APIs específicas, permitindo que aplicações executem em diferentes plataformas e incluam serviços de alto nível que escondam a complexidade de redes e sistemas distribuídos TIPOS DE MIDDLEWARE Uma organização com a necessidade de distribuir uma aplicação pode escolher entre construir um ambiente de trabalho ( framework ) para integração e desenvolvimento próprio ( customized ) ou utilizar produtos existentes no mercado que ofereçam ferramentas de integração e desenvolvimento. Os produtos existentes no mercado são desenvolvidos baseados nas 51

12 especificações CORBA da OMG, no Distributed Computing Environment (DCE) da OSF, no DCOM da Microsoft, assim como, no Remote Method Invocation (RMI) da linguagem Java. Atualmente, as necessidades do mercado exigem um curto tempo para tornar um novo produto disponível, antes que um concorrente o faça, e o sucesso de uma organização depende de uma solução importante: a escolha da ferramenta adequada ao desenvolvimento deste novo produto. Estas ferramentas baseiam-se em diversas tecnologias, apresentam diferentes características, mas em alguns pontos elas são similares ou mesmo complementares. Desta forma, a escolha requer um estudo muito criterioso. Deve-se considerar as características da organização (tipo de aplicação a ser desenvolvida, grau de conhecimento da equipe, etc.) assim como, a plataforma de hardware e software que ela possui e que deseja integrar e utilizar para a aplicação a ser desenvolvida COM/DCOM COM é um padrão da Microsoft que define como os objetos podem interagir e o DCOM é o COM distribuído através da rede. Para o COM/DCOM tornar-se um padrão foi necessário torná-lo público e seu controle feito por um consórcio. Assim, o ActiveX Core Technologies, do qual o COM/DCOM faz parte, está sendo controlado pelo The Open Group. Foi criado também um consórcio chamado The Active Group com cerca de dezessete membros, no qual a Microsoft é o principal deles (Microsoft, 1998a). 52

13 CORBA O CORBA é uma especificação de um padrão de arquitetura para aplicações orientadas a objeto. Esta especificação foi definida inicialmente pelo OMG no documento Object Management Architecture Guide, publicado em novembro de 1990 (OMG, 1998). O OMG é uma organização sem fins lucrativos, fundada em 1989, que conta com mais de 600 membros. CORBA diz respeito a interfaces e não a implementações específicas. Ela foi definida para prover uma solução de middleware. É uma especificação de um padrão que vem sendo usado em muitos produtos JAVA O código Java é escrito de tal forma que possibilita a sua distribuição através de uma rede, sendo a independência de plataforma uma das suas principais características. O Java é independente da plataforma tanto a nível executável quanto de fonte. O Java quando compilado produz um bytecode. Bytecode é um conjunto de instruções bastante parecida com alguns códigos de máquina, mas não é específica a nenhum processador. Este bytecode pode ser interpretado por qualquer compilador que possua uma virtual machine (VM). Java apresenta um grande suporte das empresas de software e está implementada na maioria das plataformas (Lemay e Perkins, 1997). A linguagem Java inicialmente foi utilizada como uma ferramenta para desenvolver páginas Web, mas agora a linguagem e seu ambiente de desenvolvimento estão sendo cada vez mais utilizados para desenvolver software em ambiente de rede (Wallnau et al, 1997) DCE O OSF iniciou, no final dos anos 80, a elaboração de um ambiente que permitisse criar aplicações cliente/servidor heterogêneas. A versão 1.0 foi 53

14 apresentada em 1992 e os primeiros produtos em 1993, na qual organizações como IBM, DEC, AT&T, Hewlett-Packard, Hitachi, Bull, Siemens, Nixdorf e muitas outras desempenharam um papel importante na elaboração das especificações e referências de implementações (Rosenberry et al, 1992). DCE é um middleware, isto é, uma camada entre o sistema operacional/protocolo de rede e a aplicação distribuída. DCE é um conjunto de ferramentas e serviços que auxiliam a criação e a execução de aplicações distribuídas. A Figura 3.6 mostra a arquitetura DCE. Aplicação Distribuída Opções de gerenciamento de rede Serviços de Eventos Serviço de distribuição de arquivos Serviços de diretórios Serviços de temporização distribuída Serviços de segurança Chamada de Procedimento Remoto (RPC) Serviços de thread Sistema Operacional e Serviços de rede Fig Arquitetura DCE FONTE: Mowbray e Ruh (1997, p.185) Seus componentes chaves são descritos a seguir (Rosenberry et al, 1992): Remote Procedure Call : é o software que torna possível a operação de distribuição. Ele gerencia a comunicação entre a aplicação do cliente e do servidor, isto é, gera automaticamente os códigos, no lado cliente e 54

15 no lado servidor, que permitem abrir uma conecção e transmitir os dados de forma organizada. Cell (célula): Uma célula é a unidade básica de operação e administração no DCE. Uma célula é um grupo de usuários, sistemas e recursos que tipicamente possuem propósitos comuns e compartilham serviços DCE. Minimamente, uma configuração de célula inclui serviços de diretórios ( Cell Directory Service CDS), serviços de temporização ( Distributed Time Service DTS) e serviços de segurança ( DCE Security ). Serviços de diretórios (CDS): permitem o gerenciamento e controle dos domínios administrativos (ou células), serviços globais de diretórios e nomeação de domínios. Serviços de temporização distribuída (DTS): assegura a sincronização de tempo entre os recursos computacionais. Serviços de segurança ( DCE Security ): mantêm para todas as aplicações a autenticidade, autorização, integridade e privacidade. Serviços de distribuição de arquivos ( Distributed File Service DFS): provê o acesso e compartilhamento de arquivos sem o conhecimento da sua localização ou de procedimentos locais de acesso. Não será escopo desta dissertação uma apresentação mais detalhada do modelo de distribuição e respectivo estilo de comunicação (RPC) adotado pelo DCE. Esta dissertação aborda as possibilidades de distribuição usando conceitos de orientação a objetos e o RPC não se adapta ao modelo de objeto (Otte et al, 1996), pois precisamos adicionar construções e mecanismos à base da tecnologia RPC para adaptá-la à tecnologia de orientação a objetos. 55

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