服務(wù)計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)

1、服務(wù)計(jì)算基礎(chǔ)服務(wù)計(jì)算基礎(chǔ)主講：李偉剛西北工業(yè)大學(xué)軟件與微電子學(xué)院第二章第二章 分布式計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)分布式計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容主要內(nèi)容l通信機(jī)制l通信中間件l中間件的同步方式l中間件的異步方式l耦合性第一節(jié)第一節(jié) 通信機(jī)制通信機(jī)制通信機(jī)制的異質(zhì)性通信機(jī)制的異質(zhì)性l通信模式同步、異步（消息傳遞、發(fā)送/回調(diào)、發(fā)布/訂閱、廣播）l多種運(yùn)行時(shí)特性需要考慮安全、容錯(cuò)、負(fù)載平衡、事務(wù)處理、日志、審計(jì)l產(chǎn)品的多樣化通信模式通信模式1l同步同步調(diào)用結(jié)果返回響應(yīng)接收發(fā)送者接收者阻塞等待通信模式通信模式2l異步：消息傳遞發(fā)出消息接收發(fā)送者接收者通信模式通信模式3l異步：發(fā)送/回調(diào)接收消息響應(yīng)接收發(fā)送者接收者繼續(xù)執(zhí)行發(fā)

2、出消息通信模式通信模式4l異步：發(fā)布/訂閱發(fā)布者發(fā)布者訂閱者訂閱者訂閱者主題/Topic通信模式通信模式5l異步：廣播發(fā)送者接收者接收者接收者發(fā)布消息發(fā)布消息發(fā)布消息第二節(jié)第二節(jié) 通信中間件通信中間件中間件中間件l 在分布式計(jì)算系統(tǒng)中，中間件是指位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)之間的軟件層。它是獨(dú)立組件之間的“粘合劑”l 目標(biāo)隱藏組件的分布性隱藏組件的異構(gòu)性 提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)和高層的接口提供一組共用服務(wù)l 例子事務(wù)處理中間件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中間件通信中間件常用通信中間件框架常用通信中間件框架l RPC給那些分布在不同計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用提供互相通信的途徑，是當(dāng)今多數(shù)中間件的基礎(chǔ)l 分布式對(duì)象由ORB(Object Re

3、quest Broker)支持l MOM基于消息隊(duì)列，是大型企業(yè)通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的流行技術(shù)l 消息代理MOM的擴(kuò)展同步異步第三節(jié)第三節(jié) 中間件的同步方式中間件的同步方式RPC（Remote Procedure Call）n 客戶端調(diào)用客戶端存根，存根把相關(guān)參數(shù)組裝成一個(gè)或一組消息包，加入服務(wù)器端IP地址和執(zhí)行此過(guò)程的進(jìn)程ID號(hào)，形成一條消息；n 客戶端存根將消息發(fā)送至RPC運(yùn)行時(shí)庫(kù)；n 客戶端RPC運(yùn)行時(shí)庫(kù)將消息發(fā)送至傳輸層；Client applicationClient stubRPC libraryNetwork protocolServer applicationServer stubRP

4、C libraryNetwork protocolCall procedureExecute procedure1235674RPCn消息由傳輸層傳送至服務(wù)器端；n服務(wù)器端傳輸層將消息發(fā)送給服務(wù)器端RPC運(yùn)行時(shí)庫(kù)；n服務(wù)器端RPC運(yùn)行時(shí)庫(kù)將消息發(fā)送到Server stub上的一個(gè)子程序，由它處理消息；nServer stub的子程序拆解消息，解析出參數(shù)，并用本地調(diào)用方式執(zhí)行過(guò)程。Client applicationClient stubRPC libraryNetwork protocolServer applicationServer stubRPC libraryNetwork proto

5、colCall procedureExecute procedure1235674響應(yīng)過(guò)程同理。RPC的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)l透明性允許程序可以象調(diào)用本地過(guò)程一樣調(diào)用駐留在其他機(jī)器上的過(guò)程，調(diào)用者根本不知道被調(diào)用的過(guò)程是在另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行的l提出客戶端和服務(wù)器的概念l對(duì)分布式對(duì)象技術(shù)影響深遠(yuǎn)的概念有：接口定義語(yǔ)言IDL名稱和目錄服務(wù)動(dòng)態(tài)綁定服務(wù)接口RPC程序開(kāi)發(fā)過(guò)程程序開(kāi)發(fā)過(guò)程lStep1 定義過(guò)程接口lStep2 編譯過(guò)程接口的定義客戶端存根(stub)服務(wù)器存根(stub/skeleton)客戶端存根必須和服務(wù)器代碼一起編譯和連接lStep3 編寫和編譯實(shí)現(xiàn)代碼服務(wù)器端：實(shí)現(xiàn)過(guò)程的代碼客戶端：應(yīng)用邏

6、輯代碼RPC的缺陷的缺陷l受限于相同的RPC運(yùn)行環(huán)境l需要了解一些網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)以便定位服務(wù)器l客戶端發(fā)出請(qǐng)求的同時(shí)，要求服務(wù)器必須是活動(dòng)的l非面向?qū)ο缶幊谭植际綄?duì)象分布式對(duì)象Client applicationClient proxiesORBNetwork protocolServer applicationServer skeletonsORBNetwork protocolCall methodExecute methodCreate, locate, delete, invoke分布式對(duì)象分布式對(duì)象l思想“Interoperable Object References”l允許通過(guò)對(duì)象工廠和

7、其他輔助對(duì)象，方便地遠(yuǎn)程創(chuàng)建、定位、刪除和調(diào)用對(duì)象l提供了一個(gè)OO的分布式平臺(tái)，理想是處理異構(gòu)（硬、軟件、廠商）lORB支持位置透明，對(duì)客戶端隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)l實(shí)現(xiàn)：CORBA, COM/DCOM, RMICORBA發(fā)展史發(fā)展史l Common Object Request Broker Architecture l OMG開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn), “to allow applications to communicate with one another no matter where they are located or who has designed them”1991, CORBA 1.1, ID

8、L & API within an ORB1994, CORBA interoperability & IIOP (Internet Inter-ORB Protocol)1997, CORBA 2.1, Interoperability with COM1998, CORBA 2.2, Interoperability with Java2002, CORBA Component ModelCORBA應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)l Object Request Broker: enables objects to transparently make and receive re

9、quests and responses in a distributed environment. The core of the reference model, “telephone exchange”l Object Services: a collection of services (interfaces and objects) that support basic functions for using and implementing objects. e.g. Naming, Life Cycle Service l Common Facilities: a collect

10、ion of services that many applications may share, but which are not as fundamental as the Object Services e.g. e-mail facility l Application Objects: products of a single vendor on in-house development group that controls their interfaces.CORBA應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)Object Request BrokerApplicationObjectsDomai

11、nFacilitiesHorizontal CORBAFacilitiesDomain FacilitiesCORBA中間件體系架構(gòu)中間件體系架構(gòu)Interface RepositoryImplementation RepositoryIDLCompilerClientObjectDynamicInvocationIDLStubORBInterfaceIDLSkeletonDynamicSkeletonObjectAdapterORB CoreGIOP/IIOPORB(Object Request Broker)l 功能：提供一組服務(wù)邏輯定位遠(yuǎn)程對(duì)象，傳輸請(qǐng)求，等待結(jié)果返回并在結(jié)果返回時(shí)將它傳

12、給客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)象位置透明與開(kāi)發(fā)語(yǔ)言無(wú)關(guān)：接口翻譯和語(yǔ)言綁定l 優(yōu)點(diǎn)客戶端不必知道與服務(wù)器對(duì)象通信、激活或保存服務(wù)器對(duì)象的機(jī)制不必知道服務(wù)器對(duì)象的位置、編程語(yǔ)言、操作系統(tǒng)以及其他非對(duì)象接口的系統(tǒng)信息ClientObjectObject Request Broker (ORB)IDL(Interface Definition Language)l 中性語(yǔ)言, 語(yǔ)言映射模塊化對(duì)象接口可描述對(duì)象支持的操作（方法）和屬性可描述操作的異常定義可描述操作返回值的數(shù)據(jù)類型、操作的參數(shù)和對(duì)象的屬性ClientObject Request Broker (ORB)IDLStubIDLSkeletonObjectC

13、ORBA請(qǐng)求響應(yīng)過(guò)程請(qǐng)求響應(yīng)過(guò)程ORB COREIn argsObjectClientObj. ref.Operation ()Out args + return valueIDLStub1CLocate target object3C2CSend request to serverWait for request to completeImplementationRepository1SActivate serverIDLSkeleton2SActivate Objects Servant3SProcess Request4SReturn Request4CReturn Control to

14、 ClientCORBA 互操作互操作ClientORB 1IDLStubIDLSkeletonObjectClientIDLSkeletonObjectORB 2IDLStubIIOPInteroperability uses Internet Inter-ORB Protocol CORBA的缺陷的缺陷l對(duì)象粒度小，通信負(fù)荷大l復(fù)雜，龐大，必須由精深技術(shù)專家使用l實(shí)現(xiàn)廠商平臺(tái)的私有化造成CORBA所追求的互操作性難以實(shí)現(xiàn)l標(biāo)準(zhǔn)更新緩慢DCOMDCOMClientCOMRun-timeComponentCOMRun-timeSecurityproviderProtocol StackDCE

15、RPCSecurityproviderProtocol StackDCE RPCl實(shí)現(xiàn)Microsoft平臺(tái)上對(duì)象間跨進(jìn)程通信，用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)代替本地進(jìn)程之間的通信 ObjectProxyStubDCOM的缺陷的缺陷lDCOM由單一開(kāi)發(fā)者（微軟）定義并控制，這大大限制了它的使用者的選擇范圍（比方說(shuō)開(kāi)發(fā)工具和風(fēng)格） lDCOM缺乏眾多的平臺(tái)支持，這極大程度地制約了代碼的可重用性和DCOM應(yīng)用的可擴(kuò)展性 l本身的設(shè)計(jì)缺陷 第四節(jié)第四節(jié) 中間件的異步方式中間件的異步方式MOM & Message Brokerl 路由消息的虛擬通道l 消息是信息的自包含(Self-contained)單元l 異

16、步通信l 應(yīng)用解耦 l 消息系統(tǒng)支持多個(gè)消息客戶的通信信道管理和關(guān)聯(lián)點(diǎn)管理 Message server Message broker消息消息l 消息頭基本信息 lDestination, reply-to, message type, etc. l 消息屬性應(yīng)用定義的名-值對(duì)為客戶或路由器過(guò)濾之用l 消息體文本, 元數(shù)據(jù), XML消息異步可靠性異步可靠性l消息的自治性消息是自包含的、自治的實(shí)體生產(chǎn)者發(fā)送消息消息系統(tǒng)保證消息能被任何干系方收到異步可靠性異步可靠性l 消息存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)消息被隊(duì)列化并確保傳輸l僅一次l至少一次l至多一次消息排序 l消息被發(fā)送方發(fā)出，并以相同的順序傳給接收方異步可靠性異步可靠性l消息確認(rèn)消息系統(tǒng)監(jiān)督消息處理進(jìn)程，以便獲悉消息是否能成功地被生產(chǎn)和消費(fèi)可靠消息模型可靠消息模型l可靠發(fā)布/訂閱持久消息持久訂閱可靠消息模型可靠消息模型l可靠的點(diǎn)到點(diǎn)隊(duì)列持久消息在隊(duì)列中存儲(chǔ)，直到它被消費(fèi)者消費(fèi)或超期一個(gè)非持久消息也會(huì)在隊(duì)列中保存，直到它被消費(fèi)或超期為止，但是不保證在失敗恢復(fù)或消息服務(wù)器恢復(fù)后也如此可靠消息模型可靠消息模型l多步存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)消息服務(wù)器使用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)和消息確認(rèn)機(jī)制獲取下一個(gè)服務(wù)器的消息，形成鏈條每個(gè)連接可以采用安全、認(rèn)證機(jī)制，并可穿越防火墻可靠消息模型可靠消息模型事務(wù)性事務(wù)性接收和傳送操作可以封裝在一個(gè)本地事務(wù)