分布式系統(tǒng)之2、通信1

1、第二章 通信1概述進(jìn)程間通信分布式系統(tǒng)的核心分布式系統(tǒng)通信基于底層網(wǎng)絡(luò)提供的消息傳遞機(jī)制四種廣泛使用的模型：遠(yuǎn)程過程調(diào)用RPC遠(yuǎn)程方法（對象）調(diào)用RMI面向消息的中間件流2一、分層協(xié)議31、概念目標(biāo)：進(jìn)程通信的基礎(chǔ)ISO OSI參考模型低層協(xié)議傳輸層協(xié)議高層協(xié)議TCP/IP協(xié)議族，互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)4OSI七層模型52、低層協(xié)議物理層定義網(wǎng)絡(luò)的物理特性，包括機(jī)械、電氣等特性數(shù)據(jù)鏈路層檢測并糾正物理層傳輸?shù)腻e(cuò)誤網(wǎng)絡(luò)層首要任務(wù)是最佳路徑選擇（路由選擇）6傳輸協(xié)議傳輸層的主要任務(wù)：提供可靠的傳輸服務(wù)。客戶端服務(wù)器TCP7TCP連接過程a 正常的TCP握手過程 b 事務(wù)性TCP83、高層協(xié)議會話層和表示

2、層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議中間件協(xié)議中間件是一種應(yīng)用程序，它在邏輯上位于應(yīng)用層，但包含多個(gè)通用協(xié)議。為提供不同的中間件服務(wù)，設(shè)計(jì)不同的中間件協(xié)議。例如：授權(quán)協(xié)議（授權(quán)與認(rèn)證）分布式提交協(xié)議（用于分布式事務(wù)）分布式鎖協(xié)議（解決分布式并發(fā)訪問）9調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)通信參考模型10二、遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）111、RPC的目標(biāo)將消息傳遞的大部分復(fù)雜性隱藏起來理解RPC實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性分布式系統(tǒng)透明性的宗旨12許多分布式系統(tǒng)基于顯式消息交換，消息的發(fā)送和接收都無法隱藏通信的存在，而通信的隱藏對分布式系統(tǒng)的訪問透明性極其重要。RPC允許程序調(diào)用位于其他機(jī)器上的進(jìn)程。其原理描述如下：當(dāng)主機(jī)A上的進(jìn)程調(diào)用B上的進(jìn)程時(shí)，A上的調(diào)

3、用進(jìn)程被掛起，B上的被調(diào)用進(jìn)程執(zhí)行。調(diào)用方通過參數(shù)將信息傳遞給被調(diào)用方，然后通過傳回的結(jié)果得到信息。整個(gè)過程用戶看不到消息的傳遞細(xì)節(jié)。BA調(diào)用傳回RPC原理2、RPC基本原理13RPC調(diào)用基本過程143、基本RPC操作常規(guī)調(diào)用（本地調(diào)用）：參數(shù)壓棧例：count = read(fd, buf, nbytes);15基本RPC操作RPC的兩個(gè)概念：客戶端存根和服務(wù)器端存根，同一RPC過程在客戶端和服務(wù)器上的不同形式。完整的RPC步驟：客戶過程以正常方式調(diào)用客戶存根客戶存根生成一個(gè)消息，然后調(diào)用本地操作系統(tǒng)客戶端操作系統(tǒng)將消息發(fā)送給遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，并阻塞客戶過程遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)將消息交給服務(wù)器存根服務(wù)器

4、存根將參數(shù)提取出來，然后調(diào)用服務(wù)器服務(wù)器執(zhí)行要求的操作，操作完成后將結(jié)果返回給服務(wù)器存根服務(wù)器存根將結(jié)果打成消息包，然后調(diào)用本地操作系統(tǒng)服務(wù)器操作系統(tǒng)將消息發(fā)送回客戶端操作系統(tǒng)客戶端操作系統(tǒng)將消息交給客戶存根客戶存根將結(jié)果從消息中提取出來，返回給調(diào)用進(jìn)程16基本RPC流程174、參數(shù)傳遞1傳遞值參數(shù)第一種參數(shù)傳遞的方式：傳遞值參數(shù)把參數(shù)的值打包到消息中，并在消息中加入要調(diào)用的過程名稱或者編號。18傳遞值參數(shù)傳遞值參數(shù)的一個(gè)關(guān)鍵問題：各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表示方式不一致。原始消息和逆轉(zhuǎn)后的消息。（方框中的數(shù)字表示字節(jié)地址）a、 奔騰處理器系統(tǒng)上的原始消息 b、 SPARC處理器系統(tǒng)接收的消息 c、逆轉(zhuǎn)后

5、的消息19參數(shù)傳遞2傳遞引用參數(shù)既然有遠(yuǎn)程過程調(diào)用，能否傳遞指針參數(shù)，因?yàn)閷芏噙^程，指針參數(shù)有著非常重要甚至無法替代的地位。最大難題：指針只有在使用該指針的進(jìn)程所在的地址空間內(nèi)才有意義。第一種解決辦法：禁止指針與引用（當(dāng)然不可?。?0傳遞引用參數(shù)第二種辦法：如果我們知道指針?biāo)竻^(qū)域的大小，很容易想到把該內(nèi)存區(qū)域的值整塊打包到消息中。服務(wù)器執(zhí)行完后把改動后的這塊區(qū)域復(fù)制到結(jié)果消息中，客戶存根再將它還原。這種方式實(shí)際上是用復(fù)制還原調(diào)用來代替引用（指針）調(diào)用?？蛻魴C(jī)服務(wù)器21傳遞引用參數(shù)更進(jìn)一步，如果我們知道緩沖區(qū)是用作輸入還是輸出，就可以省略其中某些步驟而提高調(diào)用效率。如果為輸入緩沖區(qū)，則沒必

6、要回傳，如果為輸出緩沖區(qū)，則在調(diào)用時(shí)可以不傳遞。服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器客戶機(jī)22參數(shù)說明與存根生成RPC協(xié)議：規(guī)定消息格式，以及各種簡單數(shù)據(jù)類型的一致表示方式。存根的實(shí)現(xiàn)：用接口定義語言來說明。235、擴(kuò)展的RPC模型門：門是一類過程，這種過程位于某個(gè)服務(wù)器進(jìn)程的地址空間內(nèi)，可由與該服務(wù)器進(jìn)程位于同一臺機(jī)器上的其他進(jìn)程調(diào)用。門使得分布式系統(tǒng)在通信中使用單一的機(jī)制，即過程調(diào)用當(dāng)客戶調(diào)用遠(yuǎn)程過程的時(shí)候，客戶將被阻塞，直到有應(yīng)答返回為止。但在沒有結(jié)果返回的情況下，這種方式是沒有必要的。異步RPC：客戶在發(fā)出RPC請求后立即繼續(xù)執(zhí)行。24異步RPC普通（同步）RPC交互過程和異步RPC交互過程比較25異步

7、RPC兩步異步RPC（延遲的同步RPC）交互過程26三、遠(yuǎn)程對象調(diào)用271、分布式對象分布式對象：實(shí)現(xiàn)對象的接口和對象本身的分離，即接口放在一臺機(jī)器上，但對象本身卻駐留在另一臺機(jī)器上。當(dāng)一個(gè)客戶綁定到一個(gè)分布式對象的時(shí)候，該對象接口的一種實(shí)現(xiàn)代理（proxy）被加載到客戶的地址空間中。代理與RPC中的客戶存根相類似。代理的作用是將對對象的方法調(diào)用編組成消息，并對應(yīng)答消息解編。與之相對應(yīng)，在服務(wù)器上也有存根，也稱為骨架（skeleton），負(fù)責(zé)調(diào)用請求解編，以及應(yīng)答消息的編組。28分布式對象組織結(jié)構(gòu)29分布式對象分類編譯時(shí)對象和運(yùn)行時(shí)對象編譯時(shí)對象：直接與語言級對象相關(guān)聯(lián)運(yùn)行時(shí)對象：運(yùn)行時(shí)顯式生成對象持久對象和暫時(shí)對象持久對象不依賴于服務(wù)器是否運(yùn)行，服務(wù)器退出后，對象的狀態(tài)存儲到輔助存儲器上，服務(wù)器再次啟動后，對象可以接續(xù)以前狀態(tài)工作。暫時(shí)對象則相反，服務(wù)器退出后，對象就銷毀了。302、遠(yuǎn)程對象方法調(diào)用在將客戶綁定到對象之后，就可以通過代理來調(diào)用對象的方法，這種遠(yuǎn)程對象方法的調(diào)用稱為RMI（Remote Method Invocation）。靜態(tài)遠(yuǎn)程方法調(diào)用：使用預(yù)定義接口。即，在開發(fā)客戶程序的時(shí)候需要知道對象的調(diào)用接口。動態(tài)遠(yuǎn)程方法調(diào)用：運(yùn)行時(shí)建立對象方法的調(diào)用。最常見的形式如下：invoke(object, method, input_parameters, out