Projecto hipotético para resolvermos hoje

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1 Projecto hipotético para resolvermos hoje 12/13 Sistemas Distribuídos 1 Projecto hipotético para resolvermos hoje Implementar servidor de contagem que mantém contador e oferece estas operações aos clientes: Colocar contador a zero Avançar o contador em xunidades Consultar valor actual do contador Requisitos adicionais: Rede não é fiável mensagens perdem-se, etc Sistema heterogéneo Servidor e clientes representam inteiros de forma diferente 12/13 Sistemas Distribuídos 2 Page 1 1

2 Tentemos implementar isto com sockets... 12/13 Sistemas Distribuídos 3 Como executar cada operação? 12/13 Sistemas Distribuídos 4 Page 2 2

3 Como executar cada operação? Protocolo RR Cliente Servidor dooperation (espera) (continua) Request Message Reply Message getrequest Executa operação sendreply 12/13 Sistemas Distribuídos 5 Vamos escolher TCP ou UDP? Vantagens do TCP Oferece canal fiável sobre rede não fiável Mas talvez seja demasiado pesado. Porquê? Para cada invocação remota passamos a precisar de mais 2 pares de mensagens Gestão de fluxo é redundante para as invocações simples do nosso sistema Acknowledges nos pedidos são desnecessários Logo optemos por UDP! 12/13 Sistemas Distribuídos 6 Page 3 3

4 O que levam as mensagens de pedido/resposta? Booleano (pedido ou resposta) Identificador do pedido Identificador da operação Argumentos/retorno Id Cliente + número sequencial Limpa=0 Incrementa=1 Consulta=2 Serializados em sequência de bytes 12/13 Sistemas Distribuídos 7 Como serializar os argumentos/retorno? Necessário: Converter estruturas de dados para sequência de bytes Encontrar forma de emissor e receptor heterogéneos interpretarem dados correctamente Por exemplo: serializar em formato de rede 12/13 Sistemas Distribuídos 8 Page 4 4

5 Modelo de faltas Usando UDP para enviar mensagens, estas podem: Perder-se Chegar repetidas Chegar fora de ordem Processos podem falhar silenciosamente Como lidar com isto? 12/13 Sistemas Distribuídos 9 Timeout no cliente Situação: cliente enviou pedido mas resposta não chega ao fim do timeout O que deve o cliente fazer? Hipótese 1: Cliente retorna erro. Pouco interessante... Hipótese 2: Cliente re-envia pedido Repete re-envio até receber resposta ou até número razoável de re-envios 12/13 Sistemas Distribuídos 10 Page 5 5

6 Timeout no cliente com re-envio Quando a resposta chega após re-envio, o que pode ter acontecido? Operação executada 2x! Operação pode ter sido executada 2x! cliente servidor t reenvio cliente servidor t reenvio cliente servidor t início reenvio Se não houver garantia de atomicidade (transacções), caso ainda pode ser pior... 12/13 Sistemas Distribuídos Execuções repetidas do mesmo pedido: Qual o problema? Perde-se tempo desnecessário Efeitos inesperados se operação não for idempotente Operação que, se executada repetidamente, produz mesmo resultado que se só executada 1 vez Função limpa é idempotente? Função incrementa é idempotente? 12/13 Sistemas Distribuídos 12 Page 6 6

7 Execuções repetidas do mesmo pedido: Como evitar? Servidor deve ser capaz de verificar se id.pedido já foi recebido antes Se é a primeira vez, executa Se é pedido repetido? Deve guardar história de respostas de pedidos executados Tabela com (id.pedido, resposta) E retornar a resposta correspondente Quantos pedidos manter por cliente? Como escalar para grande número de clientes? 12/13 Sistemas Distribuídos 13 Outros protocolos de invocação remota Quando não há retorno e cliente não precisa de confirmação Name R RR Messages sent by Client Server Client Request Request Reply Acknowledge permite ao servidor descartar resposta da sua história RRA Request Reply Acknowledge reply Como optimizar o RRA? 12/13 Sistemas Distribuídos 14 Page 7 7

8 E se as mensagens forem maiores que um datagrama UDP? Podemos usar variante multi-pacote dos protocolos anteriores Implica implementar protocolo complicado Ou usar TCP! Boa opção quando tamanho dos pedidos/respostas pode ser arbitrariamente grande Exemplo: HTTP Nesse caso, implementaçao é mais simples pois TCP já assegura fiabilidade da comunicação Como evitar o custo de estabelecimento de ligação? Exemplo: HTTP versão /13 Sistemas Distribuídos 15 Projecto hipotético para resolvermos hoje Implementar servidor de contagem que mantém contador e oferece estas operações aos clientes: Colocar contador a zero Avançar o contador em xunidades Consultar valor actual do contador Requisitos adicionais: Rede não é fiável mensagens perdem-se, etc Sistema heterogéneo Servidor e clientes representam inteiros de forma diferente 12/13 Sistemas Distribuídos 16 Page 8 8

9 Capítulo 3: Chamadas de Procedimentos Remotos 17 Chamada de Procedimentos Remotos RPC - Remote Procedure Call Modelo de programação da comunicação num sistema cliente-servidor Objectivo: Tornar a programação distribuída semelhante à programação convencional Estrutura a programação distribuída com base na chamada pelos clientes de procedimentos que se executam remotamente no servidor 18 Page 9 9

10 RPC: Benefícios Adequa-se ao fluxo de execução das aplicações Chamada síncrona de funções Simplifica tarefas fastidiosas e delicadas Construção e análise de mensagens Heterogeneidade de representações de dados Esconde diversos detalhes do transporte Endereçamento do servidor Envio e recepção de mensagens Tratamento de erros Simplifica a divulgação de serviços (servidores) A interface dos serviços é fácil de documentar e apresentar A interface é independente dos protocolos de transporte 21 Caso de estudo: Sun RPC Objecto do 2º Laboratório de SD 12/13 Sistemas Distribuídos 22 Page 10 10

11 Exemplo de RPC: SUN RPC RPC desenvolvido pela SUN cerca de 1985 Destinado inicialmente a suportar o sistema de ficheiros distribuído NFS Especificação de domínio público Implementação simples e muito divulgada em grande número de plataformas Unix, Linux, Windows, etc C (linguagem original) mas também C++, Java,.Net,.. Actualmente, também chamado ONC RPC 23 Sun RPC 1º passo: definição da interface remota Linguagem de IDL semelhante a C, suportada pelo compilador rpcgen Apenas um parâmetro de entrada e um parâmetro de saída Vários valores são transferidos em estruturas Construção que permite transmitir condicionalmente informação Todos os parâmetros são passados por referência para os stubs rpcgen gera automaticamente o programa principal do servidor Biblioteca de RPC inicialmente usava sockets, actualmente usa TLI 24 Page 11 11

12 Sun RPC 1º passo: definição da interface remota program COUNTER { version COUNTER_VERS { void clean (int) = 0; void inc (int) = 1; int read (int) = 2; } = 1; } = ; Identificação (nomes) Interface (n programa, n versão) (300030, 1) Função (Interface, n função) (300030, 1, 2) 25 Sun RPC 2º passo: geração de stubs, etc counter.x Service Interface counter_clnt.cc Client stubs Client source files rpcgen counter.h Definições Tipos Protótipos #include counter_xdr.cc XDR marshaling Makefile Sample Makefile counter_srv.cc Server stubs & dispatcher Server source files 26 Page 12 12

13 Sun RPC: 3º passo: implementar procedimentos void * clean_1_svc(int *argp, struct svc_req *rqstp) { static char * result; /* * insert server code here */ } return (void *) &result; 12/13 Sistemas Distribuídos 27 Sun RPC: 4º passo: implementar cliente clnt = clnt_create(host,counters,counters_vers,"udp"); if (clnt == NULL) {...}... result_3 = read_1(&read_1_arg, clnt); if (result_3 == NULL) {...} 12/13 Sistemas Distribuídos 28 Page 13 13

14 A Visão da Programação do RPC Linguagem de Descrição de interfaces - IDL 29 RPC IDL: Características Linguagem própria Permite definir Tipos de dados Protótipos de funções Fluxo de valores (IN, OUT, INOUT) Interfaces Conjuntos de funções Não define a implementação das funções 30 Page 14 14

15 IDL: Pode ser um.h? Quaisosparâmetros de entrada/saída da seguinte função? int transfere(int origem, int destino, int valor, int *saldo, char *descr); 32 IDL: Limitações usuais Ambiguidades acerca dos dados a transmitir: Endereçamento puro de memória (void *) Flexibilidade no uso de ponteiros para manipular vectores Passagem de vectores (normalmente por ponteiro) Strings manipuladas com char * Passagem de variáveis por referência (&var) Semânticas ambíguas Valores booleanos do C (0 False;!= 0 True) Problemas complexos (durante a execução) Transmissão de estruturas dinâmicas com ciclos Integridade referencial dos dados enviados 33 Page 15 15

16 IDL: Soluções para alguns dos problemas Só se permite passagem por valor Se pretendíamos passar variável por referência, devemos definir como parâmetro de entrada e de saída Novos tipos de dados próprios do IDL Sun RPC define 3 novos string: para definir cadeias de caracteres bool: valor booleano, apenas dois valores opaque: bit-arrays, sem tradução Agregados próprios do IDL Uniões (unions) com descriminantes Vectores conformes (DCE/Microsoft) Vectores variáveis (Sun, DCE/Microsoft) 35 Page 16 16