IMPLEMENTAÇÃO DE SOCKETS E THREADS NO DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS CLIENTE / SERVIDOR: UM ESTUDO EM VB.NET

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1 1 IMPLEMENTAÇÃO DE SOCKETS E THREADS NO DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS CLIENTE / SERVIDOR: UM ESTUDO EM VB.NET Daniel da Silva Carla E. de Castro Franco Diogo Florenzano Avelino daniel.silva1@ext.mpsa.com carla.franco@mpsa.com diogo@inf.aedb.br Associação Educacional Dom Bosco. FCEACDB. Resende, RJ, Brasil. RESUMO O objetivo deste artigo é demonstrar a utilidade do uso de sockets e threads em sistemas cliente / servidor em VB.NET, apresentando uma abordagem na aplicação destas tecnologias em sistemas de monitoramento de estações de trabalho, confirmando assim, sua real importância e praticidade de aplicação. Palavras-Chave: Cliente / Servidor, Sockets, Threads, VB.NET. 1. INTRODUÇÃO Há poucos anos atrás, não se ouvia falar em comunicação entre dois ou mais computadores. Assim, cada computador era isolado e as informações não eram distribuídas em tempo real, dificultando a disseminação da informação. Atualmente, milhares e até mesmo milhões de usuários possuem a capacidade de comunicar-se de forma remota. Cada um destes realizando várias atividades simultaneamente. Estes sistemas seguem o paradigma denominado por cliente / servidor, onde há uma aplicação provendo serviços como o de aguardar conexões, receber e enviar mensagens e retornar resultados; e também uma aplicação cliente que, ao contrário da primeira, é a que solicita a conexão, envia mensagens para o servidor, aguarda mensagens de resposta e utiliza os recursos oferecidos pelo servidor. Para otimizar a funcionalidade deste tipo de sistema foram desenvolvidas duas técnicas: Sockets e Threads. Serão demonstrados a importância de cada uma das técnicas dentro do desenvolvimento de sistemas cliente / servidor, utilizando o ambiente de programação Microsoft Visual Studio.NET e um estudo de caso que trata de um sistema que utiliza estas tecnologias. 2. SOCKETS Os sockets representam a base da comunicação em redes TCP / IP. Seu conceito é o mesmo de um soquete (elétrico, telefônico, etc), que serve para interconectar elementos diferentes. Eles são estruturas que permitem que dois ou mais aplicativos do tipo cliente / servidor, se comuniquem entre si e funcionam como uma porta de um canal de comunicação que permite a um processo, programa em execução, executado em um computador, envie e / ou receba informações para / de outro processo que está sendo executado em outro computador remoto. Quando dois ou mais computadores querem manter uma conversação, cada um deles utiliza um socket. Um computador é chamado de servidor (ele abre um socket e passa a escutar novas conexões) e o outro computador é denominado cliente (ele utiliza o socket servidor para iniciar a conexão).

2 Figura 1. Canal de Comunicação (Socket). Para implementar uma aplicação utilizando sockets, é necessário identificar o IP ou HOST do computador e o número de porta do processo. O endereço IP identifica uma máquina específica na rede, seja em rede local ou na Internet e o número de porta é uma maneira de diferenciar os processos que estão sendo executados no mesmo computador. Existem números de portas que são utilizados por padrão por alguns aplicativos, como a porta 80 que é utilizada pelo protocolo http e a 21 e 22 que são utilizadas pelo protocolo FTP. É exatamente a combinação do IP com o número de porta do aplicativo que se denomina Sockets. Figura 2. Representação do HOST e o número de PORTA. O protocolo TCP / IP oferece dois modos de utilização de Sockets: o modo orientado a conexão, que funciona sobre o protocolo TCP (responsável por garantir a entrega dos dados trafegados na rede) e o modo orientado a datagrama (não garante a entrega dos dados), que funciona sobre o protocolo UDP. Ambos os protocolos são localizados na camada de transporte do protocolo TCP / IP. 3. THREADS Quando um programa está em execução, o sistema operacional cria um processo juntamente com alguns dados adicionais para controlá-lo. No momento da criação deste processo existe uma única linha de execução (trecho de código) sendo executado por ele. A thread é esta linha de execução dentro de um processo. A estrutura das threads permite o controle do fluxo de execução dentro de um programa e são oferecidas pelo próprio sistema operacional ou podem ser implementadas utilizando-se bibliotecas de uma determinada linguagem. Por permitirem que qualquer aplicação execute mais de um método simultaneamente e que possa ser executada de forma independente pelo sistema operacional, uma aplicação servidora pode aceitar uma nova conexão de algum cliente e não ficar somente atendendo a solicitação de um cliente já conectado, por exemplo. Os programas podem se classificar em Mono-Threading ou Multi-Threading. Um sistema operacional moderno é por natureza um Multi-Threading, pois aloca frações do tempo do processador para as inúmeras threads de um mesmo programa que estão sendo executadas simultaneamente. 4. IMPLEMENTAÇÃO DE THREADS E SOCKETS EM VB.NET Como foi visto, sockets servem para conectar aplicações, mesmo que estas estejam em um computador remoto, e que o servidor deve permanecer na escuta de novas conexões dos clientes para que exista a comunicação. Já as threads servem para executar trechos de códigos isolados independente do programa principal.

3 Conhecendo estes dois conceitos torna-se claro entender a utilidade da união destas tecnologias, pois quando uma aplicação servidora estiver escutando determinada porta, ela tem de ficar sempre atenta a conexões de novos clientes, sendo impedida de realizar qualquer outra tarefa a não ser que pare de escutar esta porta. Para que a aplicação servidora possa aceitar novas conexões e tratar cada cliente isoladamente com cada recurso solicitado por eles, ela precisa fazer uso de threads, iniciando uma nova thread sempre que um novo cliente se conectar. Esta nova thread ficará encarregada daquele cliente até que ele se desconecte da aplicação servidora. Neste artigo fazemos o uso da linguagem de programação VB.NET da Microsoft. Para a implementação destas duas técnicas utilizamos o conceito de orientação a objetos criando uma classe SERVIDOR.VB que possui os métodos para criação de sockets e chamadas para as threads que tratam do processamento com cada cliente de forma isolada. Os métodos para a implementação de Sockets e Threads estão contidas em duas classes, são elas, respectivamente, System.Net e System.Threading. Pode-se visualizar em linhas de códigos os conceitos apresentados a seguir: No trecho de código acima foi criado o método Escutar que é encarregado de criar o socket e iniciar sua execução a partir da execução do método start. Logo em seguida, a thread para esperar novos clientes é instanciada. A thread EsperarCliente é responsável por aceitar novos clientes. Ela instancia uma outra thread que é a LerSocket.

4 Após ser invocada pelo método EsperarCliente, a thread LerSocket faz a leitura dos dados que estão sendo escritos no socket pelo cliente conectado e retorna estes dados para a aplicação servidora. Depois que toda a transação for concluída, a thread LerSocket inicia mais uma outra thread, a EncerrarThread, que é reponsável por encerrar a comunicação do cliente com a aplicação servidora. 5. ESTUDO DE CASO O sistema Desk Sharing consiste em um sistema que segue o paradigma cliente / servidor. Ele faz o monitoramento de processos e controle remoto de estações. O mesmo visa auxiliar o professor a ministrar suas aulas em laboratórios de informática. Esta ferramenta irá permitir que um professor possa visualizar a tela dos computadores conectados em rede e obter o controle do teclado e mouse de qualquer cliente conectado ao servidor a qualquer momento. Ele também permite a visualização de processos nas máquinas dos clientes e a aniquilação dos processos não apropriados tanto manualmente como automaticamente através de uma lista pré-definida.

5 O Desk Sharing está em fase de desenvolvimento e também fará uso das tecnologias mencionadas neste artigo. Sua implementação consistirá em uma aplicação servidora que terá uma thread em loop (laço repetitivo) sempre aguardando novas conexões. A cada solicitação de um cliente, ele dispara uma nova thread que irá abrir um novo socket para tratar do cliente que solicita conexão. O mesmo será implementado em VB.NET utilizando os conceitos de linguagem orientada a objeto. 6. CONCLUSÃO A utilização de sockets para a criação de sistemas cliente / servidor é uma forma prática de desenvolvimento, porém sem o uso de threads para a distribuição dos serviços, o sistema não conseguiria atender a seus clientes simultaneamente, sendo que esta é sua finalidade. Com isso, podemos concluir que a união dessas threads é crucial em sistemas que seguem este paradigma. A utilização do VB.NET proporciona uma grande facilidade, pois a mesma possui em suas bibliotecas System.Net e System.Threading, métodos que facilitam a implementação dessas técnicas. 6. REFERÊNCIAS Macoratti, José Carlos. Usando a comunicação Cliente - Servidor com sockets. Acessado em: 10 de maio de Macoratti, José Carlos. Trabalhando com MultiThreads no VB.NET. Acessado em: 10 de maio de Theóphilo, Antônio. Theads em JAVA. Acessado em: 11 de maio de Franco, Carla; Silva, Daniel. Aplicação de Sockets em Java para Monitoramento de Processos em Estações de Trabalho. In: Simpósio de Excelência de Gestão Tecnológica. Rio de Janeiro, Anais. Resende: AEDB, 2005.