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Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, 27.03.2015 Verteilte Kommunikation oberhalb der Socket-API Datencodierung, Remote Procedure.

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1 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Verteilte Kommunikation oberhalb der Socket-API Datencodierung, Remote Procedure Calls, Verteilte Objektkommunikation, Namensdienste und Ortstranparenz

2 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zunächst mal 2 Probleme Kommunikation basiert auf Nachrichtenaustausch (über Sockets) Ein grundsätzliches Problem mit Sockets ist –Wir müssen Encoding / Decoding der Nachrichten definieren, dass jeder Kommunikationspartner versteht –Nachrichten sollen dabei beliebig komplex sein können (i.e. auch komplexe binäre Strukturen) 2. Problem: –Wir brauchen einfache, aber universell funktionierende Mechanismen an Stelle von selbst-definierten Protokollen (Abstraktion oberhalb der Protokollebene) Höherwertige Kommunikationsmechanismen stellen Lösungen für diese beiden Probleme bereit

3 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Übertragung komplexer binärer Daten

4 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Externe Datenrepräsentation Höherwertige Kommunikationsmechanismen nutzen ein gemeinsames Datenformat, genannt externe Datendarstellung zur transparenten Übertragung von beliebigen (binären) Daten. Notwendig wegen der Heterogenität der Umgebungen –Unterschiedliche Hardwarearchitektur –Verschiedene Betriebssysteme –Verschiedene Programmiersprachen Unter Marshalling versteht man den Prozess der Transformation strukturierter Datenelemente und elementarer Werte in eine (mit einer Nachricht übertragbaren) externe Datendarstellung Unter Un-Marshalling versteht man den Prozess der Erstellung elementarer Werte aus ihrer externen Datendarstellung und den Wiederaufbau der ursprünglichen Datenstrukturen.

5 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Formen von externen Darstellungen Sender und Empfänger sind sich über die Reihenfolge und die Typen der Datenelemente in einer Nachricht einig ISO: ASN.1 (Abstract Syntax Notation) Sun ONC (Open Network Computing)-RPC: XDR (eXternal Data Representation) Corba: IDL und CDR (Common Data Representation): CDR bildet IDL-Datentypen in Bytefolgen ab. Vollständige Informationen über Reihenfolge und die Typen der Datenelemente sind in einer Nachricht enthalten Java: Objektserialisierung, d.h. Abflachung eines (oder mehrerer) Objektes zu einem seriellen Format inkl. Informationen über die Klassen. Deserialisierung ist die Wiederherstellung eines Objektes ohne Vorwissen über die Typen der Objekte.

6 Corba CDR Format 0–3 4–7 8–11 12–15 16– –27 5 "Smit" "h___" 6 "Lond" "on__" 1934 Index in Bytefolge 4 Byte Länge der Zeichenkette “Smith” Länge der Zeichenkette “London” unsigned int Struct Person{ string name; string place; unsigned int year; }; Typ Sequence String Array Struct Enumerated Darstellung Länge gefolgt von Elementen in der angegebenen Reihenfolge Länge gefolgt von Zeichen in der angegebenen Reihenfolge Array-Elemente in der angegebenen Reihenfolge Die Reihenfolge der Deklarationen der Komponenten Unsigned Long Reihenfolge und Typen der Elemente bei Sender und Empfänger bekannt! Smith London 1934

7 Java Objektserialisierung: vereinfacht Person Byte Versionsnummer int year 5 Smith java.lang.String name: 6 London h0 java.lang.String place: h1 Klassenname, Versionsnummer Nummer, Typ und Name der Instanzvariablen Werte der Instanzvariablen Das echte serialisierte Format enthält zusätzliche Typkennzeichner; h0 und h1 sind Handles, also Verweise auf serialisierte Objekte public class Person implements Serializable{ private String name; private String place; private int year; public Person(String aName, String aPlace, int aYear) { name = aName; place = aPlace; year = aYear; } // gefolgt von Methoden für den Zugriff auf die Instanzvariablen } Person p = new Person(„Smith“,“London“,1934);

8 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Fazit Zuerst die schlechte Nachricht: das sieht alles ziemlich kompliziert zu implementieren aus, und das ist es auch! Die gute Nachricht: Solche externen Datendarstellungen sind schon konzipiert und implementiert –und ihre Nutzung ist (insbesondere bei objektorientierten Sprachen) einfach

9 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Elementare Kommunikationsmuster

10 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Blockierende, synchrone Interaktion über Anfrage-Anwort (Request-Reply) Protokoll –Client schickt Anfrage-Nachricht an Server –Server empfängt Nachricht und führt zugehörige Aktion durch –Server sendet Antwort-Nachricht an Client zurück Ausführung auf dem Client blockiert nach Schicken der Anfrage-Nachricht so lange, bis Antwort-Nachricht erhalten wurde Beide, Client und Server, müssen zur Zeit der Interaktion verfügbar sein –Wenn nicht, muss durch wiederholtes Senden von Nachrichten Fehlersituation bereinigt werden Typischer Weise über Verbindungs-orientierte Sockets implementiert Punkt-zu-Punkt Verbindung –Kommunikationspartner müssen direkt verbunden sein (Keine Message- Router dazwischen) Viele mögliche Fehlersituationen

11 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Mögliche Fehlersituationen bei Request-Reply Client Server 1) Verlust der Auftragsnachricht 2) Verlust der Ergebnisnachricht 3) Ausfall des Servers 4) Ausfall des Clients 1) 2) 3) 4)

12 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Client Server Timeout Request Reply Request Bearbeitung des Requests Reply Request Bearbeitung des Requests Ergebnis kann verschieden sein! Ergebnis kann verschieden sein! at least once Semantik Client Server Timeout Request at most once Semantik Liste der Requests Reply Request Bearbeitung des Requests; Request eintragen Bearbeitung des Requests; Request eintragen Reply Request Liste der Requests über- prüfen; Verwerfen des 2. Requests Liste der Requests über- prüfen; Verwerfen des 2. Requests Acknowledge- ment Request löschen

13 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Fehlersemantiken und Eigenschaften

14 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Weiteres zur Fehlerbehandlung Um zu verhindern, dass ein Service vorübergehend nicht verfügbar ist, kann –Replizierung des Service (Serverteils) und automatische Lastverteilung und Relokation bei Fehlern eingesetzt werden Für eine "Exactly Once"-Strategie und kompliziertere Konsistenzerhaltung von Daten benötigt man Transaktionskonzept (siehe später)

15 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Remote Procedure Calls (RPC) Vorläufer der Verteilten Objektkommunikationsmechanismen

16 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Idee für einen entfernten Prozeduraufruf

17 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Remote Procedure Calls (Sun-RPC) Realisieren entfernten Funktionsaufruf –übernehmen Funktion des Anwenderprotokolls bei Socket- orientierter Kommunikation –At least once Semantik (d.h. entfernter Prozeduraufruf wird mindestens 1-mal ausgeführt) –synchrone Kommunikation –beliebig komplexe Argument(e) und Returnwerte werden als komplexe Datenstrukturen aufgefasst und mit XDR kodiert übertragen bzw. dekodiert.

18 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Synchrone Kommunikation in RPC‘s Zeit Server Client Client vor Aufruf RPC Aufruf Lokale Prozedur RPC Return Client wartetClient nach Aufruf Lokale Funktion aufrufen

19 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Registrierung von RPC Programmen Client System Server System Client Programm Portmap / rpcbind 111 RPC Server Registrierung Lookup RPC Call

20 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel für RPC Server (Low Level) Registrierung einer lokalen Prozedur im Laufzeitsystem des Servers unter Angabe von –Programmnummer, Version –Prozedurnummer –Lokaler Funktion –Parameterdecodierung –Returnwertdecodierung Starten der Laufzeitinfrastruktur des Servers –Laufzeitinfrastruktur registriert Programme und Prozeduren im Namensdienst #include /* lokale Funktion, die Anzahl Benutzer feststellt */ void *rusers(); main() { if (rpc_reg(RUSERSPROG,RUSERSVERS,RUSERSPROCNUM,rusers, xdr_void, xdr_u_int, /* Welche Argument hat RPC Prozedur, * was wird zurückgegeben */ "visible") == -1) /* Tranportwege = hier alle */ { fprintf(stderr, "Couldn't register myself as RPC program\n"); exit(1); } svc_run(); /* Endlosschleife, * nur return, wenn durch Signal abgebrochen */ fprintf(stderr, "Programm wurde beendet\n"); exit(1); }

21 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel für RPC Client (Low Level) Aufruf der Prozedur unter Angabe von –Hostname, –Programmnr., Version –Prozedurnummer –Codierer + Parameter –Decodierer, Variable für Returnwert Ausgabe des Wertes auf Standardausgabe /* einige includes */ main(argc, argv) int argc; char **argv; { unsigned int nusers; enum clnt_stat cs; if (argc != 2) { fprintf(stderr,"usage: rusers hostname\n"); exit(1); } if (cs= rpc_call(argv[1], RUSERSPROG, /* Programmnummer */ RUSERSVERS, RUSERSPROC_NUM,/* Version, Prozedur */ xdr_void, (char *)0, /* Argumente */ xdr_u_int, (char *)&nusers, /* Returnwert */ "visible") != RPC_SUCCESS) { clnt_perrno(cs); /* Gebe RPC Fehlercode auf Console aus */ exit(1); } fprintf(stdout, "%d users on %s\n", nusers, argv[1]); exit(1); }

22 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Low Level RPC sieht wirklich hässlich aus Problem: sieht noch nicht wirklich wie lokaler Prozeduraufruf aus Lösung hierfür ist Stub- und Skeleton Generierung –Führe RPC Sprache ein, mit der RPC Aufrufe bzgl. Parameter (welche XDR Typen gehören dazu, etc.) spezifiziert werden –RPC-Compiler generiert daraus lokale Funktionen XDR-Kodierungs- und Dekodierungsfunktionen Stubs für die Clientseite (sehen wie lokale Funktionen aus) Anwendungsprogrammierer benutzt nur die Stubs Skeleton für die Serverseite (Skeleton ruft normale Anwenderprozedur auf) Anwendungsprogrammierer programmiert nur Anwendungsprozeduren Stubs und Skeleton kommunizieren dann miteinander über die bereits vorgestellte Low Level RPC Schnittstelle Ähnliches Prinzip sehen wir gleich auch bei RMI und CORBA

23 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, /* einige includes */ main(argc, argv) int argc; char **argv; { unsigned int nusers; if (argc != 2) { fprintf(stderr,"usage: rusers hostname\n"); exit(1); } nusers=rusers(argv[1]); // Aufruf Stub fprintf(stdout, "%d users on %s\n", nusers, argv[1]); exit(1); } int rusers(char *hostnname) { if (cs= rpc_call(hostname, RUSERSPROG, /* Programmnummer */ RUSERSVERS, RUSERSPROC_NUM,/* Version, Prozedur */ xdr_void, (char *)0, /* Argumente */ xdr_u_int, (char *)&nusers, /* Returnwert */ "visible") != RPC_SUCCESS) return -1; else return cs; } Stub- oder Proxy Aufruf von Stub Bedeutung von Stubs

24 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Wo wird RPC eingesetzt? RPC Einsatz findet sich an vielen Stellen bei Linux und Windows Betriebssystemen Beispiele Unix / Linux –NFS - Network File Sytem –YP - YP / NIS Verzeichnisdienst –Mount Daemon für das Mounten von Netzwerklaufwerken –... Windows - alles an Diensten, was abhängig vom RPC Dienst ist –COM+ Ereignissystem (COM+ Kommunikation allgemein) –Dateireplikation –Distributed Transaction Dienst –Druckerdienst –...  RPC Schnittstellen stellen oftmals unbekannte Sicherheitslücken im Netz dar

25 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Verteilte Objektkommunikation

26 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Entfernte und lokale Methodenaufrufe entfernter Aufruf entfernter Aufruf lokaler Aufruf lokaler Aufruf lokaler Aufruf Jeder Prozess hat Objekte, einige, die entfernte Aufrufe erhalten können - entfernte Objekte genannt -, einige, die nur lokale Aufrufe erhalten können Objekte müssen die entfernte Objektreferenz eines Objektes in einem anderen Prozess kennen, um dessen Methoden aufrufen zu können. Wo bekommen sie diese Referenz her ? Die entfernte Schnittstelle spezifiziert, welche Methoden entfernt aufgerufen werden können

27 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Eigenschaften Verteilter Objekte Interagierende Objekte sind auf mehr als einen Prozess verteilt Wichtige Begriffe (Auswahl, vereinfacht): –Entfernte Objektreferenz: die „Adresse“/eindeutige Identität eines Objekts im ganzen verteilten System –Entfernte Schnittstellen: die Schnittstelle eines entfernten Objekts (interface definition language, IDL) –Ereignisse/Aktionen: Ereignisse/Aktionen von Objekten können Prozessgrenzen überschreiten –Exceptions/Ausnahmen: verteilte Ausführung des Systems erweitert das Spektrum möglicher Fehler –Garbage Collection: Freigabe nicht mehr benutzten Speichers wird im verteilten System schwieriger

28 Entfernte Objektreferenzen Über Raum und Zeit garantiert eindeutig! Bestehen aus –Internetadresse: gibt den Rechner an –Port-Nummer und Zeit: Identifizieren eindeutig den Prozess –Objektnummer: Identifiziert das Objekt –Schnittstelle: beschreibt die entfernte Schnittstelle des Objekts Werden erzeugt von einem speziellen Modul - dem entfernten Referenzmodul - wenn eine lokale Referenz als Argument an einen anderen Prozess übergeben wird und in dem korrespondierenden Proxy gespeichert. Achtung: Diese Art der Referenz erlaubt kein Verschieben des Objektes in einen anderen Prozess zur Laufzeit! InternetadressePort-NummerZeitObjektnummer Schnittstelle des entfernten Objektes 32 bits

29 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Entfernte Schnittstellen Die entfernte Schnittstelle gibt an, wie auf entfernte Objekte zugegriffen wird (Signatur der Methodenmenge). Ihre Beschreibung enthält –Den Namen der Schnittstelle –Möglicherweise Datentypdefinitionen –Die Signatur aller entfernt verfügbaren Methoden, bestehend aus Dem Methodennamen Ihrer Ein- und Ausgabeparameter Ihrem Rückgabewert Jede Verteilte Objektkommunikationstechnologie besitzt eine eigene Sprache, um solche Schnittstellen zu beschreiben.

30 Enternte Schnittstelle: Beispiel CORBA IDL struct Person { string name; string place; long year; } ; interface PersonList { readonly attribute string listname; void addPerson(in Person p) ; void getPerson(in string name, out Person p); long number(); }; Parameter sind in, out oder inout Signatur: Definition der Methoden CORBA hat Strukturen, Java hat Klassen entfernte Schnittstelle entfernte Schnittstelle lokaler Aufruf m1 m2 m3 m4 m5 m6 Daten Implementierung der Methoden entfernter Aufruf

31 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Proxy Design Pattern +request() > Subject +request() RealSubject +request() Proxy realSubject

32 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Bedeutung von Schnittstellen ClientServer Gewünschte Schnittstelle im Client Implementierung im Server Proxy Object (Stub) Netzwerk Skeleton Kommunikationsschnittstelle

33 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Teile einer Implementierung Kommunikationsschnittstelle: zuständig für das Request-/Reply (Anfrage-Antwort) Protokoll Entferntes Referenzmodul: Übersetzt zwischen entfernten und lokalen Objektreferenzen; besitzt meist eine entfernte Objekt-Tabelle, in der diese Zuordnung eingetragen wird. Beim ersten Aufruf wird die entfernte Objektreferenz von diesem Modul erzeugt. Proxies und Skeletons –Proxies (auch Stubs) genannt stellen Client Schnittstelle zur Verfügung –Skeletons rufen serverseitige Objektimplementierung auf

34 Rolle von Proxy und Skeleton Objekt A Entferntes Referenzmodul Kommunikations- schnittstelle Client Proxy B Entferntes Referenzmodul Kommunikations- schnittstelle Server Objekt B Dispatcher B Skeleton B Request Reply Ausführung des Request/Reply Protokolls Ausführung des Request/Reply Protokolls Übersetzung zwischen lokalen und entfernten Objektreferenzen Übersetzung zwischen lokalen und entfernten Objektreferenzen Proxy: schafft Transparenz für Client. Proxy implementiert entfernte Schnittstelle. Marshals Request und unmarshals Reply. Leitet Request weiter. Proxy: schafft Transparenz für Client. Proxy implementiert entfernte Schnittstelle. Marshals Request und unmarshals Reply. Leitet Request weiter. Skeleton: implementiert Methoden der entfernten Schnittstelle. Unmarshals Request und Marshals Reply. Ruft Methode in entferntem Objekt auf. Skeleton: implementiert Methoden der entfernten Schnittstelle. Unmarshals Request und Marshals Reply. Ruft Methode in entferntem Objekt auf. Dispatcher: wählt Methode im Skeleton aus. Dispatcher: wählt Methode im Skeleton aus.

35 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Parameterübergabe: Referenz- und Kopiersemantik Entfernte Methodenaufrufe sollten Parameterübergabe-Semantik der verwendeten Programmiersprache respektieren: –In Java Übergabe von Werten per Kopie, Übergabe von Objekten per Referenz –In C++ freie Wahl der Übergabeart Probleme: –Entfernte Referenzen auf Werte prinzipiell nicht möglich –Entfernte Referenzen auf Objekte nur möglich, wenn entsprechende Stubs und Skeletons existieren –Empfänger benötigt Implementierungsklasse für erhaltenes Objekt (Kopiersemantik) bzw. Stub (Referenzsemantik)

36 Beispiel für Parameterübergabe Betrachte folgende Objektklasse: import B; public interface A extends Remote { public void setB(B b) throws Throwable; public B getB() throws Throwable;}} public class AServant extends UnicastRemoteObject implements A { private B b; public void setB(B b) { this.b = b; } public B getB() { return this.b; }} AServant B ASkeleton

37 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Parameterübergabe: Kopiersemantik (1) Adressraum 1 Klienten- objekt AStub Adressraum 2 AServant B ASkeleton "getB" 1. Clientobjekt hält Referenz auf Instanz von A, ruft darauf Methode getB() auf. 2. Stub übermittelt Methodenaufruf an Skeleton 3. Skeleton delegiert Methodenaufruf an Servant 4. Servant übergibt Referenz auf Instanz von B an Skeleton

38 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Parameterübergabe: Kopiersemantik (2) Adressraum 1 AStubKlienten- objekt Adressraum 2 AServant B ASkeleton codierter Zustand von B B.jar B 5. Skeleton kodiert Zustand von Instanz gemäß Wire Protocol 6. Kodierter Zustand wird an Stub übertragen 7. Stub lädt Klasse B, dekodiert Zustand und erzeugt damit neue Instanz von B 8. Stub übergibt Verweis auf neue Instanz an Aufrufer

39 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Parameterübergabe: Referenzsemantik (1) Adressraum 1 Klienten- objekt AStub Adressraum 2 AServantASkeleton B "getB" 1. Clientobjekt hält Referenz auf Instanz von A, ruft darauf Methode getB() auf. 2. Stub übermittelt Methodenaufruf an Skeleton 3. Skeleton delegiert Methodenaufruf an Servant 4. Servant übergibt Referenz auf Instanz von B an Skeleton

40 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Parameterübergabe: Referenzsemantik (2) Adressraum 2 AServant B ASkeleton Adressraum 1 AStubKlienten- objekt B.jar BSkeleton (hostname, port) BStub 5. A-Skeleton erzeugt neues Skeleton für B, falls nicht bereits vorhanden 6. A-Skeleton sendet Netzwerkadresse von B-Skeleton an A-Stub 7. A-Stub erzeugt neuen B-Stub, der Netzwerkadresse von B-Skeleton enthält 8. A-Stub übergibt Verweis auf B-Stub an Aufrufer

41 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Weitere Aspekte der Objektübergabe Festlegung der Übergabesemantik i.A. durch Typ des formalen Parameters: –Referenzen und keine Referenzen sind zunächst alles Werte! Die Übergabesemantik regelt die Art der Interpretation. –Referenzübergabe, wenn formaler Parameter bestimmtes Interface (in Java RMI z.B. java.rmi.Remote) implementiert –Wertübergabe sonst Bei Wertübergabe Komplikationen möglich: –Wenn übergebenes Objekt direkt oder indirekt andere Objekte referenziert, müssen diese ebenfalls übergeben werden (mit welcher Übergabesemantik?) –Sharing von Objekten muss auf der Clientseite rekonstruiert werden –Wenn übergebenes Objekt echter Untertyp des formalen Parameters ist, ist u.U. Upcast erforderlich Was ist mit Garbage Collection von Serverobjekt, wenn Client Referenz darauf hat (siehe nächste Folie)?

42 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Weitere Implementierungsaspekte Namensdienst, der Clients Objektreferenzen zunächst unabhängig von ihrer Lage vermitteln kann Parallele Abarbeitung: Um zu verhindern, dass ein entfernter Aufruf einen anderen Aufruf verzögert, weisen Server der Ausführung jeden entfernten Aufrufs einen eigenen Thread zu! Aktivierung: Automatische Erzeugung einer Instanz und Initialisierung der Instanzvariablen. Persistenter Objektspeicher: Verwaltet persistente Objekte, also Objekte, die zwischen Aktivierungen weiterbestehen. Verteiltes garbage collection: Stellt sicher, dass in einem verteilten System garbage collection durchgeführt wird. Problem: Referenzen, die nur in Nachrichten vorhanden sind.

43 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Fallbeispiel(e) Am Beispiel von Java

44 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel RMI

45 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI – Remote Method Invocation Definiert Verteilte Objektkommunikation von Java-Objekten unabhängig von ihrem Ort Eine reine Java-Lösung Callback Funktionalität und dynamisches Laden von Code Alle entfernten Objekte müssen eine entfernte Schnittstelle definiert als Java Interface abgeleitet von java.rmi.Remote besitzen Es sind Werkzeuge für die Generierung von Stubs und Skeletons vorhanden. JDK stellt eine Implementierung eines Naming-Service zur Verfügung: die RMIregistry. Ein RMI-Dämon erlaubt eine flexible (on-demand)- Instanziierung (Aktivierung) von Objekten.

46 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI Architektur Server Programm Skeleton/Reflection Remote Reference Layer Transport Layer Stubs Remote Reference Layer Transport Layer Netzwerk ServerClient RMI Komponenten Client Programm Interface Gemeinsames

47 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Remote Reference Layer (RRL) Stub benutzt RRL-API, um Methodenaufrufe auf die Serverseite zu übertragen RRL auf Serverseite benutzt Reflection oder Skeleton Objekte, um auf Serverobjekt zuzugreifen RRL unterstützt unicast Punkt-zu-Punkt Objektverbindungen und aktivierbare Objekte Andere Formen (Multicast) sind denkbar

48 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Transportlayer Stellt eigentliche Verbindung zwischen JVM's her –spricht JRMP (Java Remote Method Protocol) als stream-basiertes Protokoll oberhalb von TCP/IP RMI ab JDK 1.3 spricht zusätzlich das RMI-IIOP Transportprotokoll basierend auf IIOP (Internet Inter-ORB Protocol) –ermöglicht Kommunikation zwischen CORBA und RMI Objekten enthält Fähigkeiten, RMI Verkehr über andere Verbindungen zu tunneln (z.B. über HTTP)

49 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel: Interfacebeschreibung eines RMI Objektes (entfernten Objektes) Interface von Remote ableiten Jeder Methode throws java.rmi.RemoteException hinzufügen Objekte, die so ein "Remote" Interface implementieren, sind entfernte Objekte public interface Compute extends Remote { T executeTask(Task t) throws RemoteException; }

50 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Verwendet "normales" Objekt mit Interface Task Nicht-Remote Objektparameter von entfernten Methoden müssen serialisierbar sein –Implementierungen müssen also sagen: implements Serializable Ein Task ist für uns ein beliebiges Objekt, dass eine execute() Methode zur Ausführung einer Berechnung besitzt und irgendein Ergebnis zurückgibt Objekte, die Task implementieren, sind lokale Objekte import java.io.Serializable; public interface Task { T execute(); }

51 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI Parameterübergabe Entfernte Objekte werden als Proxy (Stub) an den Client übergeben (Referenzsemantik) –Bei Benutzung sind sowohl Methoden wie auch Daten des Objektes entfernt Andere (lokale Objekte) werden Call by Value (Kopiersemantik) übergeben –Beim Kommunikationspartner wird dabei eine Kopie des Objektes angelegt Die Objekte müssen hierfür serialisierbar sein, um übertragen werden zu können Der Code muss beim Kommunikationspartner verfügbar sein oder dynamisch geladen werden

52 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Implementierung des entfernten Objektes Implementierungsklasse wurde von UnicastRemoteObject abgeleitet; dies macht aus Objekt in Konstruktor von UnicastRemoteObject einen Server Konstruktor registriert Remote Objekt gleichzeitig in RMI Laufzeitinfrastruktur und macht Objekt so von aussen referenzierbar public class ComputeEngine extends UnicastRemoteObject implements Compute { public ComputeEngine() throws RemoteException() { super(); } public T executeTask(Task t) { return t.execute(); } }

53 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Alternative Implementierung Manuelles Registrieren des engine-Objektes in der RMI-Laufzeitinfrastruktur Laufzeitinfrastruktur liefert dabei Stub (Proxyobjekt) zurück public class ComputeEngine implements Compute { public T executeTask(Task t) { return t.execute(); } } // und später bei Instanzierung ComputeEngine engine = new ComputeEngine(); Compute engineStub =(Compute)UnicastRemoteObject.exportObject(engine,0);

54 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Namensauflösung bei RMI Client System Server System Client Programm rmiregistry 1099 RMI Server registry.rebind(...) registry.lookup (liefert Stub) Stub rufe remote Methode durch Stub auf

55 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Registry Klasse java.rmi.Registry static void rebind(String name, Remote obj) // registriere // obj im Namensdienst // mit Name name... static Remote lookup(String name)// hole Stub zu Name // unter Anfrage beim // Namensdienst … Wie sieht RMI Name aus? //hostname[:port]/Objektname

56 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Basisstruktur RMI Server (1. Version) Security Manager setzen = Schutz vor Clientcode Namen für das Serverobjekt definieren Serverobjekt erzeugen; hier Version mit extends UnicastRemoteObject Mit Namen im rmiregistry registrieren if (System.getSecurityManager() == null) System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); String name="//hostname/Compute"; try { Compute engineStub=new ComputeEngine(); Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(); registry.rebind(name, engineStub); } catch (Exception e) { }

57 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Basisstruktur RMI Server (2. Version) Manuelle Registrierung in der Laufzeitinfrastruktur mit exportObject() Man beachte: das zurückgegebene Stubobjekt und nicht engine wird im Namensdienst registriert if (System.getSecurityManager() == null) System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); String name="//hostname/Compute"; try { ComputeEngine engine=new ComputeEngine(); Compute engineStub = UnicastRemoteObject.exportObject(engine,0) Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(); registry.rebind(name, engineStub); } catch (Exception e) { }

58 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Basisstruktur RMI Client Security Manager setzen = Schutz vor Servercode Lookup des Serverobjektes im Registry Verwendung der Methoden des Remote Objektes if (System.getSecurityManager() == null) System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); String name="//hostname/Compute"; try { Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(args[0]); Compute engine=(Compute)registry.lookup(name); // Methoden des Remote Objektes verwenden } catch....

59 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Basisstruktur RMI Client (2) Client berechnet die Zahl PI über den Server Hierzu muss es eine Implementierung des Task-Interfaces geben, die innerhalb ihrer execute()-Methode PI berechnet und den Wert als BigDecimal zurückgibt... try { Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(args[0]); Compute engine=(Compute)registry.lookup(name); Pi task = new Pi(Integer.parseInt(args[1])); BigDecimal pi = engine.executeTask(task); System.out.println(pi); } catch....

60 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Implementierung der PI-Berechnungsklasse zu lang für Folie siehe aber Java Tutorial –enthält die komplette Implementierung des Beispiels unter –http://java.sun.com/docs/books/tutorial/rmi/cli ent.htmlhttp://java.sun.com/docs/books/tutorial/rmi/cli ent.html

61 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Wie kommt der Server zum Code der Klasse PI? Der jar-File mit dem Code des Servers muss nicht notwendigerweise die Klasse PI enthalten Wie kommt dann aber der Klassencode der Klasse PI zum Server, wenn das PI-Berechnungsobjekt zum Server übertragen und dort ausgeführt wird? –Java kann Code dynamisch über Netz laden! –Hierfür muss der Code von PI irgendwo zum Download für den Server bereitgestellt werden –Und die Infrastruktur so aufgesetzt werden, dass sie weiss, woher der Code geladen werden soll

62 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zusammenfassung: RMI Anwendung schreiben 1. Definiere die entfernte Schnittstelle 2. Implementiere die entfernte Schnittstelle durch eine Klasse (z.B. abgeleitet von UnicastRemoteObject) 3. Generiere Stubs und Skeletons mit rmic 4. Schreibe einen Server und Client 5. Starte den Namensdienst mit rmiregistry 6. Starte den Server auf der Maschine, wo das rmiregistry läuft 7. Starte den Client

63 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI-Beispiel ablaufen lassen Vollständiger Code und Beschreibung im Java Tutorial von Sun Achtung: Beim Starten der Applikation (Client + Server) muss der Klassenlader richtig aufgesetzt werden (siehe Beschreibung im Tutorial), z.B. java -Djava.rmi.server.codebase=http://myhost/Compute/classes/ \ -Djava.rmi.server.hostname=zaphod.east.sun.com - \ -Djava.security.policy=java.policy \ ComputeEngine da sonst die Klassen, die über Netz gehen (z.B. das Stubobjekt vom Server, die Interfaces oder die Client Task Klasse), nicht geladen werden können Außerdem muss die Security-Policy Datei (wir schützen unsere Programme von fremder Code durch SecurityManger) richtig aufgesetzt werden

64 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Verteilte Objekttechnologien Common Object Request Broker Architecture (CORBA)

65 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Object Management Group (OMG) Distributed Component Object Model (DCOM) Gründung: April 1989 Ziele: –Interoperabilität –Anwendungsintegration –Portabilität Mitglieder: –über 800 Mitglieder –darunter: Apple, AT&T, DEC, HP, IBM, Microsoft, SUN,... Entwicklungsprozeß: Request for Proposal (RFP) in heterogenen Umgebungen auf der Basis eines Objektmodells

66 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Object Management Architecture (OMA) Application Objects –spezifische Anwendungsgebiete –gehören nicht zur Infrastruktur Common Facilities –allgemein nützliche Dienste (Drucken, , Datenbanken) –nicht notw. Teil aller Infrastrukturen Object Request Broker (Objektbus) –Infrastruktur für Kommunikation –garantiert Interoperabilität Common Object Services –allg. Funktionen zum Erstellen u. Unterhalten von Objekten Application Objects Common Facilities Common Object Services ORB

67 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, ORB Aufgabe ïEinbettung von Objekt-Implementationen ("Server-Objekte") ïVergabe von Objektreferenzen ïEntgegennehmen von Aufrufen vom Client ïTransport der Aufrufe zum Server ïggf. Aktivierung eines Server-Objektes ïÜbergabe des Aufrufs zum Server-Objekt ïEntgegennehmen von Ergebnissen und Transport / Rückgabe zum Client ïUnterstützung von Sicherheits- und Abrechnungsfunktionen Application Objects Common Facilities Common Object Services ORB

68 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, CORBA Protokolle: GIOP und IIOP Mit CORBA 2.0 wurde GIOP = General Inter-Orb Protocol als netzwerkunabhängiges Wire Protocol spezifiziert Die (meist verwendete) TCP/IP-Variante heißt IIOP = Internet Inter-Orb Protocol GIOP spezifiziert –Nachrichtentypen (Requests, Resultate, Ping,...) –Datenaustauschformat ("Common Data Representation") –Interoperable Objektreferenzen (IORs) –Service-Kontexte (Request-Anhängsel, mit denen Dienste transparent Informationen übermitteln können)

69 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Aufbau eines CORBA Servers POA (Portable Objekt Adapter) dient als zentrale Zugriffsschnittstelle auf Objektimplementierungen –erzeugt eindeutige Objektreferenzen –hat Objekt Map –nimmt Requests für Objekte vom ORB entgegen Netzwerk ORB-Kern Event Loop Marshalling Engine Request Interceptors für verschiedene Services (optional) ORB- Schnittstelle Portable Object Adapter Fabrik für Objektreferenzen n Active Object Map Default Servant Servant Activator Applikationscode main (String args[]) { ORB orb = ORB.init(args); orb.connect ( new AServant() ); orb.connect( new BServant() ); orb.run(); } Haupt- programm Servant Activator i i Default Servant aktive Servants statisch (mit Skeleton)... dynamisch (ohne Skeleton)

70 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Ablauf eines Methodenaufrufs Client Anwendung IDLStubIDLSkeletton Object Adapter Objekt Implementierung Implementation Repository 1) Aufruf 2) Parameter einpacken und Aufruf weiterleiten 4a) Ermitteln der Implementierung 4b) Aktivieren 5) Auspacken und Aufruf 4) Weiterleiten an Schnittstelle ObjectRequest BrokerCore 3) Transport über den ORB mit GIOP (IIOP)

71 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Object Services íNaming íEvent íSecurity íTransactions íTrading íLifecycle íTime (= Systemfunktionen) íLicensing íProperties íRelationships íNotification íPersistence íConcurrency Control íExternalisation Nur Spezifikation der Schnittstellen und grundlegender Funktionsprinzipien! Nur Spezifikation der Schnittstellen und grundlegender Funktionsprinzipien! Application Objects Common Facilities Common Object Services ORB

72 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Common Facilities Höherwertige Dienste für ein breites Spektrum an Anwendungsbereichen Bereitstellung allgemein interessanter Funktionalität (analog zu großen Klassenbibliotheken) Horizontale Common Facilities (Basisfunktionalität allgemein) –User Interface –Information Management (Speicherung komplexer Strukturen, Formatkonvertierung) –Task Management (Workflow, lange Transaktionen) –Internationalisierung („Sprachenübersetzung“) Vertikale Common Facilities (Basisfunktionalität speziell) –für Marktsegemente, z.B. Banken, Gesundheitswesen, Finanzdienste –vgl. „application frameworks“, „business objects“ Application Objects Common Facilities Common Object Services ORB

73 Application Objects (Business Objekte) Business-Objekte (M, Server) –kapseln Speicher, Metadaten, Parallelität u. Regeln einer aktiven Business-Einheit –legt fest, wie auf Änderungen in View/Modell reagiert wird Business-Prozeßobjekte (C, Server) –kapseln Business-Logik –Verwaltung vorwiegend langlebiger Prozesse (Workflow, Transaktion) Präsentationsobjekte (V, Client) –grafische Darstellung des Objektes –unterschiedliche Präsentationen möglich Andere Business-Objekte DokumentServer Business- Objekt Business- Prozeß- Objekt Präsentations- Objekt Komponenten eines Business- Objektes Andere Schnittstellen MVCMVC Application Objects Common Facilities Common Object Services ORB

74 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, IDL (Interface Definition Language) Basismechanismus zur Definition von Schnittstellen (Standard) Unabhängig von spezieller Sprache (dekla- rativ, d.h. ohne algorithmische Teile, d.h. ohne Implementierungsdetails) Sprachbindung für verschiedene Sprachen IDL-Grammatik ist Teilmenge von C++; zusätzlich Mittel für Verteilungskonzepte Beinhaltet Mehrfachvererbung Schnittstellenverzeichnis (Interface Repository), damit selbstbeschreibend IDL ist Kontrakt, der alle und alles zusammenbringt C C++ SmalltalkAda COBOL Java IDL ORB

75 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel für eine IDL Datei (1) module Bank { typedef sequence StringArray; struct Person { string name; string vorname; }; // hier fehlt noch exception Definition interface Konto { readonly attribute float kontostand; readonly attribute long geheimzahl; readonly attribute long kontonummer; void einzahlen(in float betrag); void abheben(in float betrag); void unlock(); // Sperre freigeben }; // hier geht es weiter mit dem KontoManager };

76 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel IDL Datei (2) module Bank { typedef sequence StringArray; struct Person { string name; string vorname; }; exception KontoException { string begruendung; }; // hier war interface Konto definiert interface KontoManager { Konto anmelden(in long kontonr, in long geheimzahl) raises (KontoException); Konto oeffnen(in Person daten); void aufloesen(in Konto konto); StringArray holeKontenInfos();};

77 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Feature der IDL (1) Mehrere Interface Beschreibungen können in einer Modulbeschreibung zusammengefasst werden Es gibt die von anderen Sprachen bekannten Standardtypen (Gleitkomma, Integer, Zeichen-, bool, Byte und deren Subtypen) Es gibt Konstrukte zum Aufbau von struct's und union's Template Typen sequence und string sowie Arrays Neue Typen können mit typedef deklariert werden interface Definitionen entsprechen neu definierten Objekttypen (Klassen) Es gibt den Begriff Attribut mit name() und name(value) Zugriffsfunktionen

78 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Feature der IDL (2) Es gibt Enumerations (Aufzählungstypen) Man kann Konstanten deklarieren Weiter gibt es Exception Deklarationen für Ausnahmezustände Parameter von Methoden lassen sich als in, out oder inout Parameter definieren Weiter gibt es die Möglichkeit Methoden als vom Typ oneway (d.h. kein Returnwert erwartet) zu deklarieren, was eine nicht- blockierende Bearbeitung bedeutet (der Client wartet hier nicht auf den Server)

79 Ablauf einer CORBA Entwicklung IDL-C++ Compiler Schnittstellendesigner interfaces.idl types.hh stubs.cc skels.cc Programmierer servants.cc Server IDL-Java Compiler stubs.jar Anwendungsentwickler client.jar Client

80 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI-IIOP Corba Objekte mit RMI

81 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel-Interface Ganz normales RMI Interface //HelloInterface.java import java.rmi.Remote; public interface HelloInterface extends java.rmi.Remote { public void sayHello( String from ) throws java.rmi.RemoteException; }

82 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Implementierung des Interfaces Leitet von PortableRemoteObject ab! //HelloImpl.java import javax.rmi.PortableRemoteObject; public class HelloImpl extends PortableRemoteObject implements HelloInterface { public HelloImpl() throws java.rmi.RemoteException { super(); // invoke rmi linking and remote object initialization } public void sayHello( String from ) throws java.rmi.RemoteException { System.out.println( "Hello from " + from + "!!" ); System.out.flush(); }

83 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI-IIOP Serverprogramm //HelloServer.java import javax.naming.InitialContext; import javax.naming.Context; public class HelloServer { public static void main(String[] args) { try { HelloImpl helloRef = new HelloImpl(); // Step 2: Publish the reference using JNDI API Context initialNamingContext = new InitialContext(); initialNamingContext.rebind("HelloService", helloRef ); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }

84 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI-IIOP Clientprogramm public class HelloClient { public static void main( String args[] ) { Context ic; Object objref; HelloInterface hi; try { ic = new InitialContext(); hi = (HelloInterface)ic.lookup("HelloService"); hi.sayHello( " MARS " ); } catch( Exception e ) {} }

85 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Aufruf RMI-IIOP Beispiel // start des Nameservers start orbd -ORBInitialPort 1050 // start des Servers java -classpath. -Djava.naming.factory.initial=com.sun.jndi.cosnaming.CNCtxFactory -Djava.naming.provider.url=iiop://localhost:1050 HelloServer // start des Clients java -classpath. -Djava.naming.factory.initial=com.sun.jndi.cosnaming.CNCtxFactory -Djava.naming.provider.url=iiop://localhost:1050 HelloClient

86 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Was ist InitialContext() ? Zugriff auf einen initialen Namenskontext (Context) eines Namensdienstes über die JNDI-API –Java Native Directory Interface (JNDI) Ein JNDI Namenskontext ist eine Menge von JNDI- Namen-zu-Objekt Mappings –Jeder Kontext kann weitere Kontexte enthalten (Hierarchische Struktur von Kontexten möglich)

87 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Context Interface javax.naming.Context void bind(Name name, Object object) void bind(String name, Object object) … Context createSubContext(Name name) Context createSubContext(String name) … Object lookup(Name name) Object lookup(String name) void rebind(Name name, Object object) void rebind(String name, Object object) …

88 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Wie bekomme ich initialen Context? Factory-Klasse definiert "Art des Namensdienstes", auf den zugegriffen werden soll PROVIDER_URL die URL zum Zugriff Context ctx = new InitialContext() // falls INITIAL_CONTEXT_FACTORY und PROVIDER_URL bereits definiert // z.B. durch Setzen von java.naming.* Properties // oder Hashtable env=new Hashtable(); env.put(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY, "com.sun.jndi.cosnaming.CNCtxFactory"); env.put(Context.PROVIDER_URL, "iiop://localhost:1050"); Context ctx=new InitialContext(env)

89 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zugriff auf JNDI-Namensdienste CORBA konformer Namensdienst –Factory: com.sun.jndi.cosnaming.CNCtxFactory –URL: iiop://localhost:1050 Context ctx = new InitialContext() LDAP Directory Server –Factory: com.sun.jndi.ldap.LdapCtxFactory –URL: ldap://localhost:389/o=MyOrg DirContext ctx=new InitialDirContext()

90 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, RMI-IIOP / JNDI / EJB EJB (Enterprise Java Beans) können RMI-IIOP basierte entfernte Schnittstelle anbieten Zugriff von Clientseite erfolgt dabei typischer Weise über JNDI Context ctx = new InitialContext(); Object ref=ctx.lookup( " Calculator/remote " ); CalculatorRemote rechner=(CalculatorRemote)PortableRemoteObject.narrow(ref, CalculatorRemote.class); System.out.println( " = " + rechner.add(2,5));

91 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Namens- und Verzeichnisdienste

92 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Namensdienst Ein Namensdienst (Naming Service) bildet Namen auf Zugriffsinformationen (Adressen) zum Zugriff auf Ressourcen ab –Den Vorgang der Zuordnung eines Namens zur Zugriffsinformation nennt man Binden (bind) P lookup("name") Adresse / Zugriffsinform. Resource bind (Name, Zugriffsinf.) Adresse / Zugriffsinform. Zugriff auf Resource

93 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Warum Namensdienste Entkoppelung des Zugriffs auf eine Resource von den Adressierungsdetails –erhöht die Konfigurierbarkeit (Adressdetails nicht hardcodiert in Client) –schafft Ortstransparenz – d.h. Resourcen können relokiert werden –ermöglicht Lastverteilung –Es können administrative Entscheidungen zum Resource- Management getroffen werden, ohne die Clients neu compilieren zu müssen

94 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Was ist ein Name Namen können verschiedene äquivalente Formen haben –Im Programmierkontext häufig strukturierte Objekte, i.e. Array von NamingComponent Objekten in Corba oder CompoundName, CompositeName in JNDI –lassen sich typischer Weise äquivalent auch durch Strings beschreiben, z.B. als "cn=HomeDir,cn=John,ou=Marketing,ou=East" oder "ejb/Calculator/Remote" oder Benötigen zur Interpretation einen Kontext, in dem die Namensauflösung stattfindet

95 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Was ist die Adresse (Zugriffsinformation) definiert alle für den Zugriff auf die Resource notwendigen Informationen Je nach Kontext und Anwendungssituation nahezu beliebig –Kann physikalische Adresse sein: IP-Adresse –Kann Name bzgl. eines anderen Namensdienstes oder Auflösungssystem sein –Oder Kombination von beiden –Oder Objektreferenz In objektorientierten Systemen häufig wieder in Form von Objekten gekapselt –z.B. DataSource-Objekte zum Zugriff auf Datenbanken –Oder entfernte Objektreferenz oder direkt serialisiertes Proxyobjekt

96 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Kontext Der Kontext eines Namensdienstes definiert bzw. enthält –Die Menge der erlaubten Namen (Namensraum) –Die Menge der Bindings, die Namen an zugehörige Resourcen bindet Er hat typischer Weise wieder einen Namen –und kann als Resource innerhalb eines übergeordneten Kontextes beschrieben sein

97 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Hierarchische Kontexte Namen können hierarchisch strukturiert sein Jede Teilkomponente des Namens wird über eigenen Kontext aufgelöst Kontexte können mit gleichen Namensräumen oder vollständig unterschiedlichen Namensräumen arbeiten Kontext "Root oder InitialContext" Kontext "Kunde" Kontext "Privatkunde"Kontext "Geschäftskunde" zugehöriger Name: Kunde/Privatkunde/"Peter Meier"

98 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zusammenspiel mehrerer Namensdienste (Federation) Namen können als zusammengesetzte Namen Komponenten haben, die über verschiedene Namensräume definiert sind Zur Auflösung müssen verschiedene Dienste oder Kontext-Provider zusammenspielen (Federation) DNS-Service Benutzerverwaltung zugehöriger Name: NutzernameDomainname

99 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiele für Namensdienste / -räume DNS (Domain Name Service)-Dienst –mailhost.iai.fzk.de User-Namen-, Gruppennamenauflösung in Rechnern –typischer Weise über Verzeichnisdienste, siehe später, wie YP, NIS oder LDAP -Adressen RPC-registry, RMI-registry, CORBA-Namensdienst –rmi://servername/objektname

100 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Verzeichnisdienste Ein Verzeichnisdienst ist ein Namensdienst, der –Resourcen neben den physikalischen Adressen weitere beschreibende Metadaten zuordnet –oder auch nur beschreibende Metadaten für eine Resource bereitstellt (Metadatendienst oder Metaverzeichnis)

101 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Typische Verzeichnisdienste YP (Yellow Page)-Dienst, NIS (Network Informationsdienst) für Betriebssysteme –lösen Anfragen nach Rechnern, Usern, Zugriffsrechten, Druckern, Netzwerkdateisystemen, etc. auf LDAP (Leigweight Directory Service Access Protocol) Services –dieselben Informationen wir bei YP, NIS –darüberhinaus Organisationsdaten Organsiation, Unterorganisation, Mitarbeiter inklusiver Telefonnummer, etc. –beliebige weitere Objekte, insbesondere häufig als Verzeichnisdienst für entfernte Objekte, Datenbankresourcen, etc. eingesetzt UDDI-Verzeichnisse für Web-Services

102 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Beispiel LDAP-Server Lightweight Directory Access Protocol (LDAP) Spezifiziert in RFC 2251 Protokoll zum Zugriff auf Verzeichnisdienste, die auf Basis von OSI X.500 arbeiten (ASN.1 codierte Daten) Namensbeschreibung hierarchisch in der Gestalt "cn=HomeDir,cn=John,ou=Marketing,ou=East" Unter Namen können beliebige LDAP-Objekte (beschrieben durch Attributname-Value Paare) gespeichert werden –flexibles Typsystem erlaubt hier beliebige Typen für Attribute –eigene Erweiterungen der Schema für LDAP-Objektklassen über Schemabeschreibungssprache möglich Definiert Security-Interfaces, etc und weitere Infrastrukturdienste

103 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, binäres Bild

104 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Review – Was ist JNDI? Universelle Client-seitige Java-Schnittstelle zum Zugriff auf Namensdienste –unterstützt alle möglichen Arten –u.a. DNS, etc. –LDAP-Verzeichnisdienste –Namens- und Verzeichnisdienste von Business-Obektservern besitzt eine Art von Treiberschnittstelle zum Zugriff auf konkrete Dienste –siehe Folie: wie bekomme ich einen Initial-Kontext

105 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zentrale Schnittstelle: Context Interface javax.naming.Context void bind(Name name, Object object) void bind(String name, Object object) … Context createSubContext(Name name) Context createSubContext(String name) … Object lookup(Name name) Object lookup(String name) void rebind(Name name, Object object) void rebind(String name, Object object) …

106 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Wie bekomme ich nochmal einen Root-Kontext? Factory-Klasse definiert "Art des Namensdienstes", auf den zugegriffen werden soll PROVIDER_URL die URL zum Zugriff Context ctx = new InitialContext() // falls INITIAL_CONTEXT_FACTORY und PROVIDER_URL bereits definiert // z.B. durch Setzen von java.naming.* Properties // oder Hashtable env=new Hashtable(); env.put(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY, "com.sun.jndi.cosnaming.CNCtxFactory"); env.put(Context.PROVIDER_URL, "iiop://localhost:1050"); Context ctx=new InitialContext(env)

107 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Und wie frage ich eine Resource ab? JNDI-Verzeichnisse können (je nach Art) eine Vielzahl von Resourcen zurückliefern Datenbanken stellen solche Resourcen da Man kann den Zugriff auf eine Datenbank durch DataSource- Objekte kapseln (Verbindungsdetails) Und diese in Verzeichnissen bereitstellen Context ctx = new InitialContext(); DataSource ds= (DataSource)ctx.lookup( " jdbc/mondialDB " ); Connection con = ds.getConnection();

108 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Und wie war das nochmal mit Entfernten Objekten? EJB (Enterprise Java Beans) können RMI-IIOP basierte entfernte Schnittstelle anbieten Zugriff von Clientseite erfolgt dabei typischer Weise über JNDI Context ctx = new InitialContext(); CalculatorRemote rechner= (CalculatorRemote)ctx.lookup( " Calculator/remote " ); System.out.println( " = " + rechner.add(2,5));

109 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Clemens Düpmeier, Zusammenfassung Namensdienste eignen sich herorragend dazu, um Resourcen von ihren Clients zu entkoppeln –Resourcen können logisch benannt werden –Applikationen werden dadurch ortstransparent –Mit Namensdiensten kann man Lastverteilung / Skalierbarkeit erreichen –Client muss Adressdetails nicht kennen und diese können konfigurierbar gehalten werden –Der Client wird von Implementierungsdetails entkoppelt –Durch Anwendung des Proxy-Design-Patterns kann man Server- seitige Resourcemanagement Funktionalitäten integrieren und rekonfigurieren, ohne die Clients neu übersetzen zu müssen


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