16-Apr-08. Objetivo. Processamento Paralelo Middleware. Histórico. Cliente/Servidor. Cliente/Servidor

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1 Objetivo Entender a motivação para o conceito de middleware Processamento Paralelo Middleware Prof. João Paulo A. Almeida (jpalmeida@inf.ufes.br) 2008/01 - INF02799 Aplicações distribuídas: interação entre partes Rede B Rede A Rede C 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) Cliente/Servidor Parecido com invocar uma função/método/procedimento em linguagem de programação Por que não é a mesma coisa? Request Response client Request Processing request Response server 1

2 Programação de sistemas distribuídos Como programar a interação entre clientes e servidores em um sistema distribuído? Modelos de programação para sistemas distribuídos Middleware: Remote Procedure Call Middleware: Orientado a objetos Middleware: Orientado a components Middleware: Orientado a serviços Outros modelos de comunicação 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 network 2

3 Arquitetura com sockets SERVER bind a port to the socket CLIENT listen for incoming s accept an incoming connect to server's port network internet read from the write to the loop loop write to the read from the close Cliente/Servidor com sockets 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 Servidor sock_init() bind() listen() accept() read/write Create the socket Register port with the system Establish client Accept client read/write data close() shutdown Cliente sock_init () connect() Set up SERVER bind a port to the socket 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)); write/read write/read data listen for incoming s int listen( int sockfd, int num_queued_requests) listen( sockfd, 5); close() Shutdown accept an incoming int accept(int sockfd, struct sockaddr *incoming_address, socklen_t length) newfd = accept(sockfd, &client, sizeof(client)); /* BLOCKS */ read from the int read(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) read(newfd, 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 ) (1/2) CLIENT int socket(int domain, int type, int protocol) sockfd = socket(pf_inet, SOCK_STREAM, 0); connect to Server socket int connect(int sockfd, struct sockaddr *server_address, socklen_t length) connect(sockfd, &server, sizeof(server)); write to the int write(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) write(sockfd, buffer, sizeof(buffer)); read from the int read(int sockfd, void * buffer, size_t buffer_size) read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)); : Java (Cliente ) (2/2) : Java (Servidor ) (1/2) : Java (Servidor ) (2/2) Servidor single-threaded x multi-threaded Vários clientes podem fazer pedidos ao mesmo tempo para o servidor. O servidor então pode: 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) 4

5 Non-concurrent server sock_init() Create the socket Concurrent server Sock_init() Create the socket bind() Register port with the system bind() Register port with the system 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 listen() accept() fork() read/write exit() Establish client Accept client Create a child process which will now communicate with client read/write data in child process exit child process Problemas?? 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 5

6 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 Protocolo / serviço User Q Q-req SAP Q A-ind User A A-req SAP A Q-ind QA-Service provider Implementação do protocolo Middleware: Visão 1 LSI A User A SAP A User C SAP C LSI C Software that sits in the middle of the interacting application parts playing the roles of client and server [Orfali 97] PE A PDU exchange PE C socket Lower Level Service provider sockets cliente middleware servidor Service provider Middleware: Visão 2 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 computer A client middleware computer B server LAN-1 LAN-2 6

7 Middleware: Visão 3 Middleware: Visão 3 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 computer A object 1 middleware computer B object 2 LAN-1 LAN-2 Esta é a visão que nós adotamos nesse curso other computers Aplicações distribuídas Aplicações que são uma coleção de partes geograficamente distribuídas ou distributíveis Quando usamos middleware orientado a objetos essas partes são objetos CORBA Object Model Servants (Object implementations) and Object references client CORBA object servant Site A Site B Site C Distributed application Object reference = reference to object interface Interface specified in IDL Exemplo (IDL) IDL -> protocolo 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 }; }; A partir da descrição da interface um protocolo é gerado (assim como sua implementação) client proxy op (args) result ORB servant Object Adapter 7

8 IDL -> para várias linguagens IDL -> Java IDL -> C++ IDL -> C IDL -> Ada IDL -> COBOL IDL -> Lisp IDL -> PL/1 IDL -> Python IDL -> Smalltalk Middleware é mais que interação Application objects Domain objects Object Request Broker Realm of OMG standards Object services Common facilities Middleware é mais que interação Application objects Domain objects Leitura p/ discussão P.A. Bernstein. Middleware. Communications of the ACM, Vol. 39, No. 2, February 1996, Tragam esse texto impresso na próxima aula! Fundamental services (general purpose) Object Examples: Request Broker naming, events, life-cycle, persistent objects, transactions, security, trading, etc. Object services Common facilities Camadas da arquitetura Applications, services Middleware OS: kernel, libraries & servers OS1 Processes, threads, communication,... OS2 Processes, threads, communication,... Platform Computer & network hardware Computer & network hardware Node 1 Node 2 Fonte: Instructor s Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 Pearson Education