Sistemas Distribu

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Sistemas DistribuídosPrincípios de Middleware
para Objetos Distribuídos

• Especialização em Redes de Computadores
• Prof. Fábio M. Costa
• Instituto de Informática - UFG

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Visão Geral

• Redes de computadores
• Tipos de Middleware
• Transaction-Oriented Middleware
• Message-Oriented Middleware
• Remote Procedure Calls
• Middleware orientado a objetos
• Exemplos CORBA, COM, Java RMI

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Redes de Computadores
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O Modelo de Referência ISO/OSI

• Modelo da rede em 7 camadas
• Hoje finalidade didática
• Internet 5 camadas
• Três camadas superiores podem ser implementadas
  sob a forma de uma plataforma de middleware
• Três camadas inferiores tipicamente invisíveis
  ao middleware

Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de Dados
Física
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A Camada de Transporte

• Nível 4 do modelo de referência ISO/OSI
• Lida com o transporte de informações fim-a-fim
  através da rede
• Base para a construção de plataformas de
  middleware
• Dois protocolos mais usados na Internet
• TCP
• UDP

Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de Dados
Física
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Transmission Control Protocol (TCP)

• Provê suporte para um fluxo de dados
  bi-direcional entre dois componentes distribuídos
• Serviços do tipo terminal remoto (ex. rsh,
  rlogin) são baseados neste protocolo
• Confiável mas lento
• Orientado a conexões, com retransmissões em caso
  de erros
• Realiza buferização em ambos os extremos da
  conexão controle de fluxo para permitir a
  comunicação entre computadores com velocidades
  diferentes

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Uso de TCP para Implementação de Requisições
Client
Server
Aplicação
Aplicação
Apresentação
Apresentação
Sessão
Sessão
Requisições
Transporte
Transporte
Fluxo de Entrada
Fluxo de Saída
Resultados
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User Datagram Protocol (UDP)

• Habilita um componente a passar uma mensagem
  contendo uma seqüência de bytes para outro
  componente
• Mensagem Datagrama
• Cada datagrama é transmitido independentemente
• O componente de destino da mensagem é
  identificado dentro da própria mensagem
• Não-confiável, mas rápido
• Comprimento restrito de mensagens
• Mensagens são enfileiradas no receptor

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Uso de UDP na Implementação de Requisições
Cliente
Servidor
Apliicação
Aplicação
Apresentação
Apresentação
Sessão
Sessão
Datagramas de Requisição
Transporte
Transporte
Datagramas de Resultado
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Tipos de Middleware
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Implicações do Uso Direto de Protocolos de Rede

• Mapeamento manual de parâmetros (complexos) de
  requisições para fluxos de bytes
• Resolução manual de problemas de heterogeneidade
  de dados
• Identificação manual dos componentes
• Implementação manual da ativação de componentes
• Nenhuma garantia de tipagem segura (type safety)
• Sincronização manual das interações entre objetos
  distribuídos
• Nenhuma garantia (automática) de qualidade de
  serviço

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Middleware

• Camada de software entre as aplicações e o
  sistema operacional / rede
• Torna transparente a distribuição
• Resolve heterogeneidade de
• Hardware
• Sistemas Operacionais
• Redes
• Linguagens de programação
• Provê um ambiente de desenvolvimento e de tempo
  de execução para sistemas distribuídos

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Tipos de Middleware

• Orientado a Transações
• IBM CICS
• BEA Tuxedo
• Encina
• Orientado a Mensagens
• IBM MQSeries
• DEC Message Queue
• NCR TopEnd
• Sistemas de RPC
• ANSA
• Sun ONC
• OSF/DCE

• Orientado a objetos
• OMG/CORBA
• DCOM
• Java/RMI
• Vamos primeiro estudar RPC para entender as
  origens de middleware orientado a objetos

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Remote Procedure Calls

• Permite que chamadas de procedimentos cruzem os
  limites entre máquinas diferentes
• Interfaces são definidas usando uma Linguagem de
  Definição de Interfaces (IDL)
• Especifica os procedimentos disponíveis
  remotamente
• Um compilador RPC gera a funcionalidade de camada
  de apresentação e de sessão a partir do código IDL

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Exemplo de IDL (Sun RPC)

• const NL64
• struct Player
• struct DoB int day int month int year
• string nameltNLgt
• program PLAYERPROG
• version PLAYERVERSION
• void PRINT(Player)0
• int STORE(Player)1
• Player LOAD(int)2
• 0
• 105040

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Funcionalidade da Camada de Apresentação
Resolução de Heterogeneidade de Dados
Representação de dados comum
Transmissão da declaração dos dados
Marshalling e Unmarshalling
estático
dinâmico
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Marshalling e Unmarshalling

• char marshal()
• char msg
• msgnew char4(sizeof(int)1)
• strlen(name)1
• sprintf(msg,"d d d d s",
• dob.day,dob.month,dob.year,
• strlen(name),name)
• return(msg)
• void unmarshal(char msg)
• int name_len
• sscanf(msg,"d d d d ",
• dob.day,dob.month,
• dob.year,name_len)
• name new charname_len1
• sscanf(msg,"d d d d s",
• dob.day,dob.month,
• dob.year,name_len,name)

• Marshalling
• Converter estruturas de dados em um formato no
  qual possam ser transmitidas
• Seqüência de bytes
• Unmarshalling
• Remontar a estrutura de dados original a partir
  do formato serializado

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Chamada de Método Local vs. Requisição de Objeto
Chamador
Stub
Camada de Transportd (TCP ou UDP)
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Stubs

• A criação de código para marshalling e
  unmarshalling é tediosa e passível de erros
• Este código pode ser gerado automaticamente a
  partir de definições de interface
• Código gerado é embutido em stubs para cliente e
  servidor
• Stub cliente representa o servidor para o
  cliente
• Stub servidor representa o cliente para o
  servidor
• Stubs implementam tipagem segura
• Também realizam sincronização de requisições

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Sincronização

• Objetivo obter sincronização similar à chamada
  de métodos locais
• Papel dos stubs
• Stub cliente envia a requisição e espera até que
  o servidor termine
• Stub servidor espera por requisições e chama o
  objeto servidor quando a requisição chega

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Tipagem Segura (Type Safety)

• Como verificar que
• servidores são capazes de realizar as operações
  requisitadas pelos clientes
• argumentos fornecidos pelos clientes estão de
  acordo com os parâmetros esperados pelo servidor
• resultado fornecido pelo servidor está de acordo
  com as expectativas dos clientes
• A plataforma de middleware age como um mediador
  entre o cliente e o servidor para garantir a
  tipagem segura das requisições
• Através de definições de interfaces em uma
  linguagem padrão

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Provendo Tipagem Segura
Definição de Interface
Servidor
Requisição
Cliente
Resposta
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Camada de Sessão

• Implementa
• Identificação de servidores de RPC
• Ativação de servidores de RPC
• Despacho de operações no servidor
• Binding ligar clientes a servidores

Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de Dados
Física
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Exemplo Identificação de Servidor de RPC

• print_person(char host, Player person)
• CLIENT clnt
• //Cria stub cliente
• clnt clnt_create(host, 105040, 0, "udp")
• if (clnt (CLIENT ) NULL) exit(1)
• //Se criação bem sucedida, chama o stub
• if (print_0(person, clnt)NULL)
• clnt_perror(clnt, "call failed")
• clnt_destroy(clnt)

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Middleware Orientado a Objetos
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Linguagem de Definição de Interfaces

• Cada plataforma de middleware orientada a objetos
  possui uma linguagem de definição de interfaces
  (IDL) própria
• Além das características suportadas por uma IDL
  de RPCs, IDLs orientadas a objetos oferecem
  suporte para
• tipos de objetos como parâmetros
• tratamento de falhas (via exceções)
• herança (de interface)
• Compiladores IDL (providos pela plataforma) criam
  os stubs cliente e servidor para implementar as
  funcionalidades de camada de sessão e apresentação

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Exemplo de IDL

• interface Player Object
• typedef struct Date
• short day short month short year
• Date
• attribute string name
• readonly attribute Date DoB
• interface PlayerStore Object
• exception IDNotFound
• short save (in Player p)
• Player load(in short id) raises(IDNotFound)
• void print(in Player p)

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Implementação da Camada de Apresentação

• Além da funcionalidade de camada de apresentação
  típica de RPCs, plataformas de middleware
  orientadas a objetos precisam
• definir uma representação para referências de
  objetos que seja apropriada para transmissão
• lidar com exceções
• fazer o marshalling de atributos herdados (de
  outras interfaces)

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Implementação da Camada de Sessão
Referências de Objeto
Hosts
Processos
Objetos
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Desenvolvendo comMiddleware Orientado a Objetos
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Etapas no Desenvolvimento
Design
Definição de Interfaces
Codificação dos Servidores
Codificação dos Clientes
Registro dos Servidores
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Provendo Transparência de Acesso

• Stubs cliente possuem as mesmas operações que os
  respectivos objetos servidores
• embora com diferentes implementações
• Portanto, clientes podem
• fazer chamadas locais aos stubs cliente, ou
• fazer chamadas locais ao objeto servidor
• Tudo isto sem precisar alterar a sintaxe de
  chamada
• A plataforma de
• A plataforma de middleware pode acelerar a
  comunicação se os objetos são locais aos clientes
  (não usando o stub)

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Provendo Transparência de Localização

• Identidade de objetos
• Referências de objetos
• Clientes requisitam operações ao objeto servidor
  identificado por uma referência de objeto
• Nenhuma informação sobre a localização física do
  objeto é necessária
• Como obter referências de objetos?

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Geração dos Stubs
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Implementação de Clientes e Servidores
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Registrando o Objeto Servidor

• Adaptador de objetos
• Componente da plataforma responsável por adaptar
  uma mensagem recebida através da rede para uma
  chamada local a um objeto servidor específico
• Efetua a localização e ativação/inicialização do
  objeto servidor
• Isto é funcionalidade de camada de sessão

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Registrando o Objeto Servidor (cont.)

• Objetos servidores são registrados em um
  repositório de implementações
• O processo de registro depende de cada plataforma
  de middleware específica
• O adaptador de objetos faz uma busca no
  repositório de implementações antes de ativar o
  objeto
• Para obter a implementação do objeto

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Pontos-Chave

• Plataformas de middleware são construídas sobre a
  camada de transporte
• Há vários tipos/formas de middleware
• Plataformas de middleware orientadas a objetos
  provêem IDLs
• Plataformas de middleware orientado a objetos
  implementam as camadas de sessão e apresentação
• Implementação da camada de apresentação é feita
  através de stubs clientes e servidores, derivados
  de definições de interfaces em IDL
• A camada de sessão é implementada em adaptadores
  de objetos