Κατανεμημένος προγραμματισμός

Εισαγωγή

Σημείωση

Πριν δύο δεκαετίες, η φύση των υπολογιστικών συστημάτων εκφράζονταν με την ύπαρξη ισχυρών κεντρικών υπολογιστικών συστημάτων (mainframes) στα οποία ήταν εγκατεστημένες εφαρμογές οι οποίες μπορούσαν να προσπελαστούν από τους χρήστες μέσα από τα τερματικά του συστήματος.

Με την εμφάνιση και την ανάπτυξη των προσωπικών υπολογιστών και καθώς οι εφαρμογές άρχισαν να γίνονται ολοένα και πιο μεγάλες και σύνθετες, άρχισαν να μεταμορφώνονται από ενιαία προγράμματα σε κομμάτια ικανά να συνεργάζονται μεταξύ τους. Στην διάσπαση των εφαρμογών σε περισσότερα από ένα μέρη, συνέβαλλε η ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής πελάτη/εξυπηρετητή (client/server) βάσει της οποίας γινόταν η υλοποίησή τους. Κατά την αρχιτεκτονική πελάτη/εξυπηρετητή, μία διεργασία καλείται πελάτης (client process) όταν αιτείται την υλοποίηση κάποιων υπηρεσιών-μεθόδων από μία διεργασία η οποία είναι ικανή να της προσφέρει τις επιθυμητές υπηρεσίες. Η τελευταία αυτή διεργασία καλείται διεργασία του εξυπηρετητή (server process).

Αργότερα με την ανάπτυξη των υπολογιστικών δικτύων τα συνθετικά μέρη των εφαρμογών, προκειμένου να υπάρξει καλύτερη και αποτελεσματικότερη εκμετάλλευση των νέων δυνατοτήτων, άρχισαν να διαμοιράζονται στους υπολογιστές του δικτύου. Με τον τρόπο αυτό αυξανόταν η απόδοση και εκμετάλλευση των πόρων του δικτύου. Αυτού του είδους οι εφαρμογές ονομάζονται κατανεμημένες εφαρμογές (distributed applications).

Η δυνατότητα διασύνδεσης, σε δίκτυα, υπολογιστικών συστημάτων διαφορετικής αρχιτεκτονικής είχε σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός ανομοιογενούς υπολογιστικού περιβάλλοντος. Θα έπρεπε, λοιπόν, και οι εφαρμογές να μπορέσουν να εξελιχθούν έτσι ώστε να είναι δυνατή η λειτουργία τους σε τέτοια ετερογενή συστήματα υπολογιστών. Αυτή η εξέλιξη οδήγησε στην εμφάνιση των ετερογενών κατανεμημένων εφαρμογών (heterogeneous distributed applications).

Λογισμικό βασιμένο σε εξαρτήματα

Τεχνολογίες διαλειτουργικότητας κομματιών λογισμικού

• Η χρησιμοποίηση κατανεμημένων εφαρμογών οι οποίες βασίζονται στην τεχνολογία πελάτη/εξυπηρετητή,
• Η λειτουργία των εφαρμογών σε περιβάλλον το οποίο πιθανόν να αποτελείται από υπολογιστικά συστήματα τα οποία να βασίζονται σε διαφορετική τεχνολογία και να λειτουργούν "πάνω" σε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα και
• Η χρησιμοποίηση εργαλείων προγραμματισμού (γλώσσες προγραμματισμού) τα οποία βασίζονται στην τεχνολογία του αντικειμένου.

Τρία είναι τα βασικά μοντέλα των οποίων σκοπός είναι η υλοποίηση των παραπάνω και αυτά είναι:

• Η "CORBA" (Common Object Request Broker Architecture) της Object Management Group (OMG).
• H "COM/DCOM" (Component Object Model / Distributed Component Object Model) της Microsoft.
• Η "Java RMI" (Remote Method Invocation) της Sun.

OMG CORBA

Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική που προτείνεται από την OMG, την OMA (Object Management Architecture), το κάθε κομμάτι λογισμικού παρουσιάζεται σαν αντικείμενο (Object).

Τα διάφορα αντικείμενα επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω του ORB (Object Request Broker), ο οποίος αποτελεί το στοιχείο-κλειδί γι' αυτήν την επικοινωνία. Ο ORB παρέχει τους μηχανισμούς εκείνους μέσω των οποίων τα αντικείμενα κάνουν τις αιτήσεις και συλλέγουν τις αποκρίσεις.

Η CORBA (Common Object Request Broker Architecture) αποτελεί το πρότυπο της OMG για τον ORB.

Κατά την CORBA, ένας πελάτης ο οποίος ζητάει κάποιες υπηρεσίες από κάποιο αντικείμενο, κάνει μία αίτηση (request) η οποία μεταβιβάζεται στον ORB και ο οποίος είναι στη συνέχεια υπεύθυνος για την προώθηση της αίτησης προς τον κατάλληλο εξυπηρετητή.

Η αίτηση αυτή περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες που απαιτούνται προκειμένου να υλοποιηθεί και αυτές είναι:

• το επιθυμητό αντικείμενο,
• επιθυμητές υπηρεσίες,
• τυχόν παραμέτρους.

Για να είναι κατανοητή όμως η αίτηση θα πρέπει να έχει μία κατάλληλη μορφή και γι' αυτό το λόγο γίνεται προς τον ORB μέσω διασυνδετών (interfaces: "Dynamic Invocation" και "IDL Stubs").

Για τον ίδιο λόγο η προώθηση της αίτησης προς τον εξυπηρετητή γίνεται μέσω διασυνδετών ("Static IDL Skeleton" και "IDL Skeleton").

Ένας διασυνδέτης αποτελεί μία περιγραφή ενός συνόλου από πιθανές λειτουργίες τις οποίες ένας πελάτης μπορεί να αιτηθεί ενός αντικειμένου.

Ένα αντικείμενο ικανοποιεί έναν διασυνδέτη εάν μπορεί να προσδιοριστεί σαν το αντικείμενο-στόχος (target object) για κάθε δυνατή αίτηση η οποία περιγράφεται από τον διασυνδέτη.

Στο σημείο αυτό δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε την ιδιότητα της κληρονομικότητας που χαρακτηρίζει τους διασυνδέτες και η οποία παρέχει τον συνθετικό εκείνο μηχανισμό που επιτρέπει σ' ένα αντικείμενο να υποστηρίζει πολλαπλούς διασυνδέτες.

Οι διασυνδέτες καθορίζονται πλήρως μέσω της OMG IDL (Interface Definition Language). Η IDL δεν αποτελεί γλώσσα προγραμματισμού, όπως οι γνωστές γλώσσες προγραμματισμού, αλλά μία καθαρά περιγραφική γλώσσα η οποία δεν περιλαμβάνει δομές αλγορίθμων ή μεταβλητές. Η γραμματική της αποτελεί υποσύνολο της ANSI C++ με πρόσθετες κατασκευές για την υποστήριξη μηχανισμών για την επίκληση απομακρυσμένων λειτουργιών.

Οι πελάτες δεν είναι "γραμμένοι" σε OMG IDL αλλά σε γλώσσα για την οποία έχει προσδιοριστεί η αντιστοιχία της με την OMG IDL.

Microsoft COM/DCOM

Και εδώ, ο βασικός σκοπός του μοντέλου είναι να καταστήσει δυνατή την επικοινωνία δύο ή περισσοτέρων εφαρμογών ή συνθετικών, ακόμα και στην περίπτωση που αυτά διαφέρουν ως προς την προέλευση, τη γλώσσα προγραμματισμού, τα μηχανήματα στα οποία βρίσκονται και τα λειτουργικά συστήματα κάτω από τα οποία τρέχουν.

Ο "μηχανισμός λειτουργίας του μοντέλου είναι παρόμοιος με αυτόν της CORBA. Βασικό ρόλο παίζουν οι διασυνδέτες τα οποία δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σαφές διατυπωμένο "συμβόλαιο" μεταξύ των "κομματιών" λογισμικού, το οποίο περιέχει ένα σύνολο από σχετικές λειτουργίες. Όταν λέμε ότι ένα αντικείμενο υλοποιεί έναν διασυνδέτη αυτό σημαίνει ότι το αντικείμενο αυτό υλοποιεί κάθε λειτουργία του.

Πως γίνεται, όμως, η διαδικασία της αιτήσεως κάποιων λειτουργιών από έναν πελάτη;

Για να μπορέσει ένας πελάτης να εξυπηρετηθεί από κάποιο αντικείμενο, θα πρέπει η γλώσσα προγραμματισμού, στην οποία είναι υλοποιημένος, να έχει τη δυνατότητα δημιουργίας δεικτών και να καλεί συναρτήσεις μέσω των δεικτών. Θα πρέπει λοιπόν ο πελάτης να έχει τον κατάλληλο δείκτη προς τον επιθυμητό διασυνδέτη τον οποίο περιέχει τις επιθυμητές από τον πελάτη λειτουργίες.

Στην περίπτωση όμως που ο πελάτης δεν έχει τον κατάλληλο δείκτη προς το επιθυμητό διασυνδέτη, τότε απευθύνεται προς την COM δίνοντας σαν στοιχεία την ταυτότητα της κλάσης του εξυπηρετητή που επιθυμεί ο πελάτης και τον τύπο του, δηλαδή εάν είναι:

στην ίδια διεργασία (in-process), τοπικός (local) ή απομακρυσμένος (remote).

Όπως έγινε σαφές, ο κάθε πελάτης μπορεί να είναι υλοποιημένος σε οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού, αρκεί αυτή να υποστηρίζει την κατασκευή και την χρήση δεικτών. Για τα "interfaces", όμως, υπάρχει και εδώ μία "IDL" (interface Definition Language) η οποία επιτρέπει και βοηθάει τους σχεδιαστές να κατασκευάζουν διασυνδέτες.

Sun Java RMI

Η τεχνολογία RMI αφορά αποκλειστικά αντικείμενα τα οποία είναι κατασκευασμένα με τη γλώσσα προγραμματισμού Java. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δίνει την δυνατότητα της πλήρους εκμετάλλευσης των δυνατοτήτων της Java αλλά και το πλεονέκτημα του ομοιογενούς, ως προς τη γλώσσα προγραμματισμού, περιβάλλοντος.

Η αρχιτεκτονική ενός RMI συστήματος ακολουθεί την δομή των στρωμάτων-επιπέδων (layers). Υπάρχουν τρία (συν ένα) επίπεδα:

• Το επίπεδο "Stub/Skeleton".
• Το επίπεδο απομακρυσμένης αναφοράς (Remote Reference).
• Το επίπεδο μεταφοράς (Transport)

Η διαδικασία επίκλησης κάποιων υπηρεσιών από έναν πελάτη, δεν διαφέρει, ιδιαίτερα, σε σχέση με τις προαναφερθείσες τεχνολογίες. Ένας πελάτης, ο οποίος επιθυμεί την υλοποίηση κάποιων υπηρεσιών, υποβάλλει μία αίτηση προς το RMI-σύστημα. Στην αίτηση αυτή θα πρέπει να αναφέρονται οι κατάλληλες εκείνες πληροφορίες οι οποίες απαιτούνται για την αποστολή της αίτησης προς τον κατάλληλο εξυπηρετητή. Αυτές οι πληροφορίες-παράμετροι είναι: μία αναφορά του επιθυμητού αντικειμένου (object reference), οι επιθυμητές μέθοδοι και οι κατάλληλες παράμετροι για την υλοποίηση των μεθόδων.

Από τη στιγμή που ο πελάτης καταθέσει την αίτησή του, το RMI-σύστημα είναι υπεύθυνο για την ανεύρεση του κατάλληλου εξυπηρετητή, την μεταβίβαση της αιτήσεων και την επιστροφή των αποτελεσμάτων στον πελάτη.

Όμοια με την CORBA και την COM/DCOM, σε ένα RMI-σύστημα, οι πελάτες δεν έρχονται ποτέ σε απευθείας επικοινωνία με τα επιθυμητά αντικείμενα παρά μόνο μέσω των διασυνδετών αυτών των αντικειμένων. Και εδώ ο διασυνδέτης είναι αυτός που περιέχει τις μεθόδους-υπηρεσίες τις οποίες μπορεί να υλοποιήσει το αντικείμενο.

Η επικοινωνία πελάτη-αντικειμένου, σΤ ένα σύστημα RMI, είναι η ίδια ανεξάρτητα με το που βρίσκεται το επιθυμητό αντικείμενο (αν δηλαδή βρίσκεται στην ίδια διεργασία με τον πελάτη, αν βρίσκεται τοπικά ή απομακρυσμένα).

Πηγές για έρευνα στο Internet

• Object Management Group, Inc., http://www.omg.org (http://www.omg.org)
• Microsoft Corporation, http://www.microsoft.com (http://www.microsoft.com)
• Sun Microsystems, Inc., http://java.sun.com (http://java.sun.com)

Βιβλιογραφία

• M. Ben-Ari. Principles of Concurrent and Distributed Programming. Prentice-Hall, 1990.

• Peter Duchessi and InduShobha Chengalur-Smith. Client/server benefits, problems, best practices. Communications of the ACM, 41(5):87–94, May 1998.

• David Flanagan. Java in a Nutshell. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, USA, 1997.

• Scott M. Lewandowski. Frameworks for component-based client/server computing. ACM Computing Surveys, 30(1):3–27, March 1998.

• Sape Mullender, editor. Distributed Systems. Addison-Wesley, 1989.

• Oscar Nierstrasz, Simon Gibbs, and Dennis Tsichritzis. Component-oriented software development. Communications of the ACM, 35(9):160–165, September 1992.

• Jeffrey M. Voas. The challenges of using COTS software in component-based development. Computer, 31(6):44–45, June 1998.

• Περιεχόμενα

 Τελευταία αλλαγή: Δευτέρα, 2 Αυγούστου 2004 12:26 πμ
 Εκτός αν αναφέρεται κάτι διαφορετικό, όλο το πρωτότυπο υλικό της σελίδας αυτής του οποίου δημιουργός είναι ο Διομήδης Σπινέλλης παρέχεται σύμφωνα με τους όρους της άδειας «Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Greece License».