分布式對象和遠端調用

一.引言

　　分布式對象技術是在面向對象技術的基礎上發展起來的，它要解決的主要問題是位于不同程序中的對象之間的調用問題。

支援通路異地對象，支援通路異構對象（java平台調用C、vb，C++）。

　　1.中間件是一種軟體，它提供基本的通信子產品和其他一些基礎服務子產品，使得應用程式開發提供平台。

　　中間件技術提供了一個程式設計的抽象，來屏蔽上述的異質問題。

　　通信協定：獨立于網絡底層的傳輸協定。

　　硬體：資料類型在不同的硬體平台上有不同的表示。

　　作業系統：在作業系統層上提供更進階的抽象API，屏蔽操作系 統的異構。

　　程式設計語言：CORBA通過IDL，可以使得不同的語言寫的代碼互相 調用。

　　一個子產品的接口包含了其他子產品可通路的方法 的定義（沒有實作）和變量。有些情況，需要調用同一個方法，但是的具體 實作的不同，接口可以做到這一點。分布式系統中的接口，同一個位址空間，子產品之間的通信可以通過訪 問公共變量，但是遠端調用不能直接通路變量，隻能通過屬土參數和輸出參數，指針不能作為參數傳遞或者作為結果傳回。

　　RPC’s Service interface

　　對伺服器一組過程的說明，定義每個過 程的輸入輸出參數，供用戶端調用。

　　RMI’s Remote interface

　　對一個對象的方法的說明。

　　可以傳遞一個對象或者遠端對象的指針, 也可以傳回這兩種類型，這是與過程調 用最大的不同。

　　接口定義語言（IDLs—Interface Definition Languages ），Java RMI中可以直接定義接口，隻能 被java語言調用

其它中間件系統提供了IDLs. e.g. CORBA IDL (n1), DCE IDL and DCOM IDL，允許用其它語言實作的對象來調用， 具有跨平台功能。

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　　單點傳播、多點傳播和廣播單點傳播”（Unicast）、“多點傳播”（Multicast）和“廣播”（Broadcast）這三個術語都是用來描述網絡節點之間通訊方式的術語。那麼這些術語究竟是什麼意思？差別何在？

　　1.單點傳播：網絡節點之間的通信就好像是人們之間的對話一樣。如果一個人對另外一個人說話，那麼用網絡技術的術語來描述就是“單點傳播”，此時資訊的接收和傳遞隻在兩個節點之間進行。單點傳播在網絡中得到了廣泛的應用，網絡上絕大部分的資料都是以單點傳播的形式傳輸的，隻是一般網絡使用者不知道而已。例如，你在收發電子郵件、浏覽網頁時，必須與郵件伺服器、Web伺服器建立連接配接，此時使用的就是單點傳播資料傳輸方式。但是通常使用“點對點通信”（Point to Point）代替“單點傳播”，因為“單點傳播”一般與“多點傳播”和“廣播”相對應使用。

　　2.多點傳播：“多點傳播”也可以稱為“多點傳播”，在網絡技術的應用并不是很多，網上視訊會議、網上視訊點播特别适合采用多點傳播方式。因為如果采用單點傳播方式，逐個節點傳輸，有多少個目标節點，就會有多少次傳送過程，這種方式顯然效率極低，是不可取的；如果采用不區分目标、全部發送的廣播方式，雖然一次可以傳送完資料，但是顯然達不到區分特定資料接收對象的目的。采用多點傳播方式，既可以實作一次傳送所有目标節點的資料，也可以達到隻對特定對象傳送資料的目的。 　　IP網絡的多點傳播一般通過多點傳播IP位址來實作。多點傳播IP位址就是D類IP位址，即224.0.0.0至239.255.255.255之間的IP位址。Windows 2000中的DHCP管理器支援多點傳播IP位址的自動配置設定。

　　3.廣播：“廣播”在網絡中的應用較多，如客戶機通過DHCP自動獲得IP位址的過程就是通過廣播來實作的。但是同單點傳播和多點傳播相比，廣播幾乎占用了子網内網絡的所有帶寬。拿開會打一個比方吧，在會場上隻能有一個人發言，想象一下如果所有的人同時都用麥克風發言，那會場上就會亂成一鍋粥。集線器由于其工作原理決定了不可能過濾廣播風暴，一般的交換機也沒有這一功能，不過現在有的網絡交換機（如全向的QS系列交換機）也有過濾廣播風暴功能了，路由器本身就有隔離廣播風暴的作用。 　　

　　廣播風暴不能完全杜絕，但是隻能在同一子網内傳播，就好像喇叭的聲音隻能在同一會場内傳播一樣，是以在由幾百台甚至上千台電腦構成的大中型區域網路中，一般進行子網劃分，就像将一個大廳用牆壁隔離成許多小廳一樣，以達到隔離廣播風暴的目的。 　　

　　在IP網絡中，廣播位址用IP位址“255.255.255.255”來表示，這個IP位址代表同一子網内所有的IP位址。

　　RSS 是一種用于共享新聞和其他Web内容的資料交換 規範，起源于 網景通訊公司 的推"Push"技術，将訂 戶訂閱的内容傳送給他們的 通訊協同格式 (Protocol)。

二.分布式對象之間的通信

　　對象相當于server, 調用該對象方法的程式是client.作為 server的對象需要通路其它對象的方法 時，它就是client。

程序中可以包含多個對象，本地的和遠端的。調 用其它程序的對象叫遠端調用，即使在同一台機 器上，不同的位址空間的調用也叫遠端調用.

　　提供可被遠端調用方法的對象叫遠端對象。調用遠端對象必須先獲得遠端對象的引用。遠端對象通過遠端接口定義可被遠端通路的方法。

　　分布對象的遠端調用不能保證每次調用都确定被執行。RRP協定通常采用一些措施來保證所要求的消息傳遞保障。

對于RRP協定，選擇不同的政策，以提供不同的送出的保證。

　　Retry Request message:是否重發請求，直到收到應答或者确信伺服器已經不工作了。

　　Duplicate filtering:當有重複傳輸的情況下，是否在伺服器端過濾掉重複的請求

　　Retransmission of result:是否儲存結果的曆 史記錄用于重發，以便在結果丢失的情況下不需要重複執行請求

　　本地調用一定會執行，且隻執行一次。exactly once

　　遠端調用不能保證exactly once語義，遠端調用使用RRP協定，它有三種語義形式：

　　Maybe –用戶端沒有接收到回複，用戶端能判 斷的結論是：請求可能被執行，傳回結果丢 失；也可能沒有被執行，請求消息丢失或者遠 程對象的機器不當機。如果在設計上沒有考慮重發請求，則是maybe

語義。

　　存在的問題：不能保證系統正确工作。

 　　At-least-once – 用戶端得到一個結果，說明請求 至少被執行了一次，也可能多于一次。在它收到一個異常時，應該重發請求，直到得到結果。（Sun RPC）

　　存在問題：

　　任意故障：如果調用請求被重複發送，遠端 方法可能被執行一次,多次執行可能引起錯誤的結果。如果對象提供的操作是幂等操作，就不存在任意故障。

　　增加消息量：當遠端伺服器不工作，會導緻 不斷重發請求，增加消息量。可以采用逾時 判斷，來結束重發。

　　At-most-once – 用戶端收到一個結果，表明請求被執行了一次，并且隻執行一 次；或者收到一個異常，表明方法沒有 被執行到（JavaRMI）。

　　有些應用不允許一次請求被執行多次，需要這種語義。

　　措施：在伺服器端過濾重複請求，或者 在在服務儲存結果，可以保證方法不被 重複執行。

　　存在問題：增加伺服器處理的負擔。

　　基于TCP/IP連接配接的調用語義：當一個程序得知與對方的連接配接斷開了，以下 三種情況是可以推斷的：

　　某個程序退出或關閉了連接配接

　　exactly once.

　　伺服器上的程序崩潰了

　　at most once.

　　網絡擁塞

　　at least once

　　根據遠端調用的容錯手段，決定了調用 語義 ？？？？？？？？

三.分布式程式設計的模型

　　遠端過程調用（RPC--Remote Procedure Call )，不同程序之間的過程的調用，但是是相同的語言環境。

　　RPC的目的是可以像程式調用一樣使用遠端 服務。RPC 使用的是客戶機/伺服器模式。

　　服務程式就是一個伺服器(server)，server提供一個或多個遠端過程；請求程式就是一個客戶機(client)，client向server發出遠端調用。

　　程式調用：如何使遠端的過程調用看起來 和本地的過程調用沒有差別的問題

網絡通信：調用程序和被調用程序間的網 絡比本地計算機有更複雜的特性。例如， 它可能限制消息尺寸，并且有丢失和重排消息的可能，安全問題；

　　作業系統：運作調用和被調用程序的計算 機可能有明顯不同的體系結構和資料表示 格式；

　　程式設計語言：跨語言之間的互操作問題；

　　RPC引入了存根（Stub）的概念，比如服務端有某個函數fn()，它為了能夠被遠端調 用，需要通過編譯器生成兩個stub：

　　用戶端的一個stub：c_fn()

　　伺服器端的一個stub：s_fn()

　　在用戶端，一個程序在執行過程中調用到了函數 fn()，此函數的具體實作是在遠端的某台機器上，那麼此程序實際上是調用了位于當地機器上的另外 一個版本的fn()（即c_fn()），當用戶端的消息發送到伺服器端時，伺服器端 也不是把消息直接就交給真正的fn(),而是同樣 先交給一個不同版本的fn()（即s_fn()）

　　Stub的主要功能是對要發送的參數進行 marshal(可了解成一種打包操作)和對接受 到的參數（或傳回值）進行unmarshal(解包)。Marshal操作将要發送的資料制成一種标 準的格式（在DCE RPC系統中，此格式 稱做Network Data Representation（NDR）格式）unmarshal再從NDR格式資料包中讀出所需資料。

　　Client stub的功能：收集調用遠端函數需要的參數，将這些參數marshal成消息，即把消息轉化 成标準的網絡資料表示(network data representation , NDR) 格式，用于在網絡上傳遞，調用用戶端的運作時系統（Client runtime system）将此消息發送給伺服器端。當伺服器端将結果消息傳回後，将結果消息unmarshal，把結果傳回給應用程序。

　　Server stub的功能：對發送給它的參數消息unmarshal，收集 參數調用位于本機上的過程，将此過程執行的結果marshal成消息，然 後調用伺服器端的運作時系統将結果消 息發送給用戶端。

　　IDL compiler的功能就是對編輯好的IDL 檔案進行編譯，編譯後生成了下面的三個檔案：Header是一個頭檔案，此頭檔案包含 了此IDL檔案中的全局唯一标示符，數 據類型定義，有關的常量定義，以及 函數原型。客戶代碼和伺服器代碼中 包含都要包含header檔案，Client stub即用戶端的stub程式。Server stub即伺服器端的stub程式。

　　運作時系統：用戶端的運作系統将用戶端stub産生的消 息可靠的傳送給server，運作時系統利用TCP/UDP等協定，将消 息發送到Server，服務端的運作時系統都偵聽某個衆所周 知的socket端口，接受請求。

　　遠端方法調用（RMI--Remote Method Invocation )，一個程序調用另一個程序中對象的方法，兩個進 程可以在同一台主機，也可以在不同的主機。

　　從RPC到RMI變化：從過程（靜态）->面向對象（動态），從函數調用->對執行個體的操作。

　　問題：誰來建立執行個體對象？什麼時候建立？如何取得 對象的引用？

　　RMI系統由以下幾個部分組成：

　　運作遠端服務的伺服器

　　需要遠端服務的用戶端程式

　　遠端服務的接口定義(Remote Interface)

　　遠端服務的實作(Remote Service)

　　Stub和Skeleton檔案

　　RMI命名服務，使得用戶端可以發現遠 程服務。

　　事件驅動（Event-based model），注冊一些感興趣的對象的事件，事件發生時會的到通知。

　　目的：讓一個對象能夠對另一個對象發生的變化做出反應

　　舉例：檔案被修改了，一個電子書簽變化了位置，釋出與訂閱（Publish/subscribe paradigm），産生事件一方釋出事件的類型，接收事件一方訂閱感興趣的事件類型，事件放生時，通知訂閱一方。

　　分布式事件驅動系統的兩個特性：

　　異構性：已有的分布式系統的一些子產品原本不是為 了互操作而設計的，現在能夠讓他們協同工作，通 過接收方公布遠端接口。

　　異步性：不能要求釋出程式和訂閱程式同步。

　　這和Java的觀察者模型有聯系嗎？

　　和程序間消息傳遞的語義類似，取決于應用 需求和所采用的措施。

　　對可靠性要求較低的需求，一些網絡遊戲 了解其它玩家的最新狀态，普通IP多點傳播協 議。

　　對可靠性要求較高的需求，股票交易所系 統。需要采用可靠的多點傳播協定。

　　實時要求。 

　　分布式程式設計可提供租用、分布式交易和分布式 事件。

　　租用租用與租用一套較高價的電梯大廈很類似。我們在租用 一套較高價的電梯大廈時，一般會商定使用該較高價的電梯大廈的時間。 類似地，在Jini中，對象彼此之間商定租期。 例如，當某裝置使用Discovery and Join協定發 現網絡時，它就注冊一段租用時間。在租約到 期之前，該裝置必須重新商定租期。這樣，如 果租約到期或裝置拔下後，該裝置在Lookup中 的記錄就會被自動删除。這就是分布式垃圾收 集的工作原理。

五.總結

　　自己實作計算引擎。

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