TEMA 7: Paso de Mensajes con RMI

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1 CONTENIDO: TEMA 7: Paso de Mensajes con RMI Conceptos de Programación Distribuida Remote Method Invocation (RMI) en Java El Nivel de Resguardos La Responsable de que Todo Funcione: la interfaz El precompilador rmic Arquitectura Completa de una Aplicación Evoluciones Reseñables BIBLIOGRAFÍA: [Eck02] Eckel, B. Piensa en Java. Prentice Hall, [Hil00] Hilderink et al. Communicating Threads for Java. Draft. [Vin97] Vinoski, S. CORBA: Integrating Diverse IEEE Communications Magazine, vol. 35, nº 2, February, [Gro01] Grosso, W. Java RMI. O Reilly,

2 Conceptos de Programación n Distribuida No existe memoria común Comunicaciones No existe un estado global del sistema Grado de Transparencia Escalables Reconfigurables 2

3 Modelos de Programación n Distribuida Modelo de Paso de Mensajes Operaciones send y receive Modelo RPC Stubs de cliente y servidor Visión en Java es RMI Modelos de Objetos Distribuidos DCOM de Microsoft Jini de Sun CORBA de OMG 3

4 Modelo de Paso de Mensajes Mecanismo para comunicar y sincronizar entidades concurrentes que no pueden o no quieren compartir memoria Llamadas send y receive Tipología de las llamadas: Bloqueadas-No bloqueadas Almacenadas-No almacenadas (en buffer) Fiables-No Fiables En Unix: Pipes con y sin nombre En Java: Sockets: Clases Socket y ServerSocket Canales: CTJ (Communicating Threads for Java) 4

5 Modelo General SOLICITUD CLIENTE RESPUESTA SERVIDOR NUCLEO NUCLEO RED 5

6 Puertos (Breve repaso) El protocolo TCP (y también UDP) utilizan los puertos para hacer llegar los datos de entrada a un proceso concreto que se ejecuta en una máquina CLIENTE P U E R T O SERVIDOR TCP/UDP 6

7 CLIENTE P U E R T O SERVIDOR Solicitud de conexión CLIENTE P U E R T O P U E R T O SERVIDOR PUERTO 7

8 Modelo Remote Procedure Call (RPC) Mayor nivel de abstracción Llamadas a procedimiento local o remoto indistintamente Necesita de stubs/skeletons ( OCULTAMIENTO!) Registro del servicio (Servidor de Nombres) En Unix: Biblioteca rpc.h Representación estándar XDR Automatización parcial: especificación-compilador rpcgen En Java: Objetos remotos. Serialización Paquete java.rmi Automatización parcial: interfaz-compilador rmic 8

9 Llamando a un procedimiento remoto Espacio del usuario Espacio del usuario Programa cliente Programa servidor func() func(void) {//codigo. } OBJETIVOS: 1.Efectuar la llamada como si tuviera carácter local 2.Enmascarar aspectos relativos a comunicaciones 3. Y cómo lograrlo? Host local Host remoto 9

10 Introducción del nivel de stubs Efectúan el marshalling/unmarshalling de parámetros. Bloquean al cliente a la espera del resultado. Transparencia de ejecución remota Interface con el nivel de red. TCP UDP 10

11 Esquema RPC con stubs Proceso Cliente Proceso Servidor Programa Cliente Funciones Servidor callrpc rpcreturn llamada normal return Stub del Cliente Stub del Servidor Servicios de Red Núcleo Cliente RED Servicios de Red Núcleo Servidor 11

12 Y cómo generar los stubs? De forma manual De forma automática Especificación formal de interfaz Software específico rpcgen (C-unix)/rmic (Java) 12

13 Generación automática de stubs Especificación Formal Interface Cliente Ejecutable Precompilador rpcgen o rmic Servidor Ejecutable C O M P I L A R Resguardo Stub Cliente Ficheros compartidos Representación de datos Resguardo Skeleton Servidor C O M P I L A R 13

14 Dinamic Binding Especificación Formal Interface Generador de Resguardos Interfaz del servidor+asa create, read delete, write Res. Del Servidor Read(f,d) Res. Del Cliente CONECTOR SERVIDOR d CLIENTE Petición de asa del servidor Envío de asa 14

15 Breve Nota sobre RPC en C Especificación de la interfaz del servidor remoto en un fichero de especificación.x /*rand.x*/ program RAND_PROG{ version RAND_VER{ void inicia_aleatorio(long)=1; double obtener_aleat(void)=2; }=1; }=0x ; Generación autómática de resguardos: $rpcgen rand.x Distribuir y compilar ficheros entre las máquinas implicadas Necesario utilizar representación XDR. Biblioteca xdr.h 15

16 RMI (Remote Method Invocation) en Java Permite disponer de objetos distribuidos utilizando Java Un objeto distribuido se ejecuta en una JVM diferente o remota Objetivo: lograr una referencia al objeto remoto que permita utilizarlo como si el objeto se estuviera ejecutando sobre la JVM local Es similar a RPC, si bien el nivel de abstracción es más alto Se puede generalizar a otros lenguajes utilizando JNI RMI pasa los parámetros y valores de retorno utilizando serialización de objetos. Objeto Servidor Objeto Cliente JVM 16 JVM

17 RPC versus RMI RPC Carácter y Estructura de diseño procedimental Es dependiente del lenguaje Utiliza la representación externa de datos XDR El uso de punteros requiere el manejo explícito de los mismos NO hay movilidad de código RMI Carácter y Estructura de diseño orientada a objetos Es dependiente del lenguaje Utiliza la serialización de objetos en Java El uso de referencias a objetos locales y remotos es automático El código es móvil, mediante el uso de bytecodes. 17

18 Llamadas locales vs. Llamadas remotas Un objeto remoto es aquél que se ejecuta en una JVM diferente, situada potencialmente en un host distinto. RMI es la acción de invocar a un método de la interfaz de un objeto remoto. //ejemplo de llamada a método local int dato; dato = Suma (x,y); //ejemplo de llamada a método remoto (no completo) IEjemploRMI1 ORemoto = (IEjemploRMI1)Naming.lookup( //sargo:2005/ejemplormi1 ); ORemoto.Suma(x,y); 18

19 Arquitectura RMI Cliente Stub Referencia Remota Transporte Transporte Servidor Skeleton Referencia Remota El servidor debe extender RemoteObject El servidor debe implementar una interfaz diseñada previamente El servidor debe tener como mínimo un constructor (nulo) que lanzará la excepción RemoteException El método main del servidor debe lanzar un gestor de seguridad El método main crea los objetos remotos El compilador de RMI (rmic) genera el stub y el skeleton. Los clientes de objetos remotos se comunican con interfaces remotas (diseñadas antes de ) Los objetos remotos son pasados por referencia Los clientes que llaman a métodos remotos deben manejar excepciones. 19

20 La clase java.rmi.naming public static void bind(string name, Remote obj) public static String[] list(string name) public static Remote lookup(string name) public static void rebind(string name, Remote obj) public static void unbind(string name) 20

21 Cómo lograrlo? public interfaz extends Remote {signaturas métodos} implements resultado Cliente ref.metodo(param) Implementación de la interfaz new referencia a interfaz SERVIDOR lookup Nombre Referencia servicio ref bind ó rebind 21

22 Definir Interfaz Remota implements Implementar Interfaz Remota $ rmic.class Skeleton Stub JVM JVM Implementar Servidor Implementar Cliente 22

23 FASES DE DISEÑO RMI (1-INTERFACE) Escribir el fichero de la interfaz remota. Debe ser public y extender a Remote. Declara todos los métodos que el servidor remoto ofrece, pero NO los implementa. Se indica nombre, parámetros y tipo de retorno. Todos los métodos de la interfaz remota lanzan obligatoriamente la excepción RemoteException El propósito de la interface es ocultar la implementación de los aspectos relativos a los métodos remotos. De esta forma, cuando el cliente logra una referencia a un objeto remoto, en realidad obtiene una referencia a una interfaz. Los clientes envían sus mensaje a los métodos de la interfaz 23

24 EJEMPLO (FICHERO DE INTERFAZ) /**Ejemplo del interfaz remoto para implementar un RMI Antonio Tomeu *Es un servidor remoto aritmético. */ //se importan las clases del paquete rmi import java.rmi.*; //toda interface remota debe extender la clase Remote public interface IEjemploRMI1 extends Remote { //todo metodo de la interfaz remota debe lanzar la //excepcion RemoteException int Suma(int x, int y) throws RemoteException; int Resta(int x, int y) throws RemoteException; int Producto(int x, int y) throws RemoteException; float Cociente(int x, int y) throws RemoteException; } 24

25 FASES DE DISEÑO RMI (2-IMPLEMENTACIÓN) La implementación del servidor es un fichero que realiza la implementación de la interfaz definida previamente. El servidor debe contener una clase que extienda a UnicasRemoteObject. Esa misma clase debe implementar a la interfaz remota (implements) Debe tener un constructor que lance RemoteException. El método main debe lanzar un gestor de seguridad. El método main debe crear los objetos remotos deseados. El método main debe registrar al menos unos de los objetos remotos. 25

26 EJEMPLO (IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ Y SERVIDOR) /**Ejemplo de implementacion del interfaz remoto para un RMI Antonio Tomeu */ //se importan los paquetes necesarios import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; import java.net.*; //el servidor debe siempre extender a UnicastRemoteObject //el servidor debe simpre implementar la interfaz remota public class EjemploRMI1 extends UnicastRemoteObject implements IEjemploRMI1 { 26

27 //aquí viene la implementación de los métodos que se //declararon en la interfaz public int Suma(int x, int y) throws RemoteException {return x+y;} public int Resta(int x, int y) throws RemoteException {return x-y;} public int Producto(int x, int y) throws RemoteException {return x*y;} public float Cociente(int x, int y) throws RemoteException { if(y == 0) return 1; else return x/y; } //a continuacion viene el codigo del servidor. Hemos optado //por incluirlo de manera conjunta, pero podia haber ido en //un fichero aparte. 27

28 //es necesario que haya un constructor (nulo) como minimo, ya //que debe lanzar RemoteException public EjemploRMI1() throws RemoteException {//super();} //el metodo main siguiente realiza el registro del servicio public static void main(string[] args) throws Exception { //crea e instala un gestor de seguridad que soporte RMI. //el usado es distribuido con JDK. Otros son posibles. System.setSecurityManager( new RMISecurityManager()); //Se crea el objeto remoto. Podriamos crear mas si interesa. EjemploRMI1 ORemoto = new EjemploRMI1(); //Se registra el objeto en la máquina remota. No hay que dar //nombre de host, y se asume el puerto Naming.bind( Servidor",ORemoto); System.out.println("Servidor Remoto Preparado"); } } 28

29 FASES DE DISEÑO RMI (3- Generando STUB Y SKELETON) Fichero de implementación de Interfaz compilado (Imp.class) Compilador de RMI $ rmic imp Fichero de stub (Imp_Stub.class) Fichero de skeleton (Imp_Skel.class) $ rmic vcompat EjemploRMI1 Es necesario que en la máquina remota donde se aloje el servidor se sitúen también los ficheros de stub y skeleton. (Cambios a partir de 1.5) Con todo ello disponible, se lanza el servidor llamando a JVM del host remoto, previo registro en un DNS En nuestro caso, el servidor remoto se activó en hercules.uca.es sobre el puerto $ java EjemploRMI1 & 29

30 FASES DE DISEÑO RMI (4-REGISTRO) Método Naming.bind( Servidor",ORemoto); para registrar el objeto remoto creado requiere que el servidor de nombres esté activo. Dicho servidor se activa con start rmiregistry en Win32 Dicho servidor se activa con rmiregistry & en Unix. Se puede indicar como parámetro el puerto que escucha. Si no se indica, por defecto es el puerto El parámetro puede ser el nombre de un host como en Naming.bind( //sargo.uca.es:2005/servidor",oremoto); 30

31 FASES DE DISEÑO RMI (5-CLIENTE) El objeto cliente procede siempre creando un objeto de interfaz remota. Posteriormente efectúa una llamada al método Naming.lookup cuyo parámetro es el nombre y puerto del host remoto junto con el nombre del servidor. Naming.lookup devuelve una referencia que se convierte a una referencia a la interfaz remota. A partir de aquí, a través de esa referencia el programador puede invocar todos los métodos de esa interfaz remota como si fueran referencias a objetos en la JVM local. 31

32 EJEMPLO (CLIENTE) /**Ejemplo de implementacion de un cliente para RMI Antonio Tomeu */ import java.rmi.*; import java.rmi.registry.*; public class ClienteEjemploRMI1 { public static void main(string[] args) throws Exception { int a = 10; int b = -10; //Se obtiene una referencia a la interfaz del objeto remoto //SIEMPRE debe convertirse el retorno del metodo Naming.lookup //a un objeto de interfaz remoto IEjemploRMI1 RefObRemoto = (IEjemploRMI1)Naming.lookup("//hercules.uca.es/Servidor"); //Llamamos a los metodos del interfaz remoto. System.out.println(RefObRemoto.Suma(a,b)); System.out.println(RefObRemoto.Resta(a,b)); System.out.println(RefObRemoto.Producto(a,b)); System.out.println(RefObRemoto.Cociente(a,b)); } 32 }

33 Distribución de Archivos Cliente Servidor Interfaz.class Cliente.class Implem_Stub.class Interfaz.class Servidor.class Implem_Stub.class Implem_Skel.class NOTA: A PARTIR DE jdk 1.2 LAS CLASES DE SKELETON NO SON NECESARIAS 33

34 EJERCICIO Descargue los ficheros IEjemploRMI1.java, EjemploRMI1.java y ClienteEjemploRMI1.java Siga el guión auxiliar de prácticas (ver bloque del tema actual) y desarrolle la arquitectura en local Distribuya ahora la aplicación con un compañero Escriba una interfaz de operaciones para números complejos, utilizando tipos primitivos, llamada IComplejo.java Impleméntela en Complejo.java Escriba código de servidor y cliente que hagan uso de la misma. Guárdelos en ServerComplejo.java y ClientComplejo.java Distribuya nuevamente la aplicación 34

35 Acuerden una interfaz llamada interfaz_grupo_x.java Un miembro del grupo escribirá el cliente_grupo_java y el otro el servidor_grupo_x.java de manera independiente. Una vez hecho, lancen la arquitectura rmi. Suban el Espacio de los alumnos un fichero rmi_grupo_x.rar que contegan los tres ficheros. 35

36 EVOLUCIONES RESEÑABLES A partir del jdk 1.2 la implementación de RMI no necesita skeletons (con ese nombre tenían poco futuro). El stub estará en ambos lados. Recompile los ejemplos anteriores sin el flag vcompat A partir del jdk 1.5 se incorpora Generación Dinámica de Resguardos 36

37 EJERCICIOS Pruebe los ejemplos anteriores sin skeleton No obstante, necesita el servidor algo a pesar de todo? 37

38 RMI: CARACTERÍSTICAS AVANZADAS Serialización de Objetos Gestión de la Seguridad: policytool Callback de Cliente Descarga Dinámica de Clases 38

39 SERIALIZACIÓN: La interfaz Serializable Serializar un objeto es convertirlo en una cadena de bits, posteriormente restaurada en el objeto original Es útil para enviar objetos complejos en RMI Tipos primitivos se serializan autómaticamente Clases contenedoras también Objetos complejos deben implementar la interfaz Serializable (es un flag) para poder ser serializados 39

40 Ejemplo con serialización de una clase import java.io.*; import java.util.*; public class cuentabanca implements Serializable { int ccc; float saldo; String Titular; public cuentabanca(int codigo, float deposito, String nombre) {ccc = codigo; saldo = deposito; Titular = nombre;} public String tostring() {return("codigo = "+ccc+" saldo= "+saldo+" titular= "+Titular);} } 40

41 Interfaz import java.io.*; import java.rmi.*; public interface intefaz extends Remote { boolean deposito(int codigo, float cantidad) throws RemoteException; boolean reintegro(int codigo, float cantidad) throws RemoteException; String nomtit(int codigo) throws RemoteException; } int codtit(string nom) throws RemoteException; /aquí la serializacion es necesaria*/ cuentabanca [] listado() throws RemoteException; 41

42 Ejemplo completo con serialización (1/4) public class Arbol implements java.io.serializable //convierte a la clase en serializable { public Arbol izq; public Arbol der; public int id; public int nivel; private static int cont = 0; } public Arbol(int l) { id = cont++; nivel = l; if (l > 0) { izq = new Arbol(l-1); der = new Arbol(l-1); } } 42

43 Ejemplo completo con serialización (2/4) //interfaz que transfiere al servidor una instancia de la clase serializable Arbol.java import java.rmi.*; public interface IArbol extends Remote { public void Listado_Remoto (Arbol t, int n) throws RemoteException; } 43

44 Ejemplo completo con serialización (3/4) import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class Serv_arbol extends UnicastRemoteObject implements IArbol { public Serv_arbol()throws RemoteException {super();} public void Listado_Remoto (Arbol t, int n) throws RemoteException { for (int i = 0; i < t.nivel; i++) System.out.print(" "); System.out.println("nodo " + t.id); if (t.nivel <= n && t.izq!= null) Listado_Remoto(t.izq, n); if (t.nivel <= n && t.der!= null) Listado_Remoto(t.der, n); } public static void main(string[] args) throws Exception { Serv_arbol ORemoto = new Serv_arbol(); Naming.bind("Servidor", ORemoto); System.out.println("Servidor Remoto Preparado"); } } 44

45 Ejemplo completo con serialización (4/4) import java.rmi.*; import java.rmi.registry.*; public class Client_arbol { public static void main(string[] args) throws Exception { int niveles = 3; Arbol arb = new Arbol (niveles); //se crea un objeto serializable IArbol RefObRemoto = (IArbol)Naming.lookup("//localhost/Servidor"); RefObRemoto.Listado_Remoto (arb, niveles); //transfiere al objeto //servidor un objeto Arbol //serializado } } 45

46 Ejecución del ejemplo en modo local 46

47 EJERCICIOS Descargue los ficheros contenidos en la subcarpeta Serializacion (carpeta de códigos del tema), compile y pruebe Haga lo propio distribuyendo la aplicación con un compañero 47

48 Gestionando la seguridad: policytool Java tiene en cuenta la seguridad System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); Se ajusta la seguridad: Construyendo un objeto SecurityManager Llamando al método setsecuritymanager (clase System) Clase RMISecurityManager Programador ajusta la seguridad mediante la clase Policy Policy.getPolicy() permite conocer la seguridad actual. Policy.setPolicy() permite fijar nueva política. Seguridad reside en fichero específico. Java2 incorpora una herramienta visual: policytool 48

49 Ajuste de la política de seguridad Crearlas con policytool: ejemplo de fichero.policy /* AUTOMATICALLY GENERATED ON Fri May 28 19:23:13 CEST 2004*/ /* DO NOT EDIT */ grant { permission java.net.socketpermission "*: ", "connect,accept, listen, accept, connect, listen, resolve"; permission java.net.socketpermission "*:80", "connect, accept"; permission java.security.allpermission; }; Activarlas Ejecutar ajustando la política con Java Djava.security=fichero.policy servidor cliente O bien crear objeto RMISecurityManager y ajustar SetSecurityManager sobre el objeto creado. 49

50 CallBack de Cliente Si servidor de RMI debe notificar eventos a clientes, la arquitectura es inapropiada La alternativa estándar es el sondeo (polling) Donde cliente: Iservidor RefRemota= (IServidor) Naming.lookup (URL); while (!(Ref.Remota.Evento.Esperado())){} 50

51 RMI con Polling: Ejemplo de interfaz import java.rmi.*; public interface ejemplopolling extends Remote { public void datoinc() throws RemoteException; public boolean igualdiez() throws RemoteException; //metodo para realizar el sondeo continuo sobre el servidor } 51

52 RMI con Polling: Ejemplo de servidor import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class servpolling extends UnicastRemoteObject implements ejemplopolling { private static int dato = 0; public void datoinc() throws RemoteException {dato++; System.out.println(dato);} public boolean igualdiez() throws RemoteException //metodo para recibir el sondeo {return (dato==10);} public servpolling() throws RemoteException {} } public static void main(string[] args) throws Exception { servpolling contremoto = new servpolling(); Naming.bind("Servidor_Polling", contremoto); System.out.println("Servidor Remoto Preparado"); } 52

53 RMI con Polling: Ejemplo de cliente import java.rmi.*; import java.rmi.registry.*; public class clientpolling { public static void main(string[] args) throws Exception { ejemplopolling RefObRemoto = (ejemplopolling)naming.lookup("//localhost/servidor_polling"); while(!refobremoto.igualdiez()) //lazo de sondeo continuo al sevidor {System.out.println("Incremento remoto del contador"); RefObRemoto.datoInc(); } System.out.print("El contador remoto llego a diez y se sale..."); } } 53

54 Características del CallBack Clientes interesados se registran en un objeto servidor para que les sea notificado un evento Cuando el evento se produce, el objeto servidor notifica al cliente su ocurrencia Qué necesitamos para que funcione? 54

55 Arquitectura RMI para CallBack 55

56 Conclusiones Hay que duplicar la arquitectura Se requieren dos interfaces Habrá dos niveles de stubs Cliente (Stub+Skel) y Servidor (Stub+Skel) Es necesario proveer en el servidor medios para que los clientes registren sus peticiones de callback 56

57 EJERCICIOS Lea el guión de callback de cliente Compile y active el código ejemplo de callback que figura en la subcarpeta callback de la carpeta codigos rmi (utilice stubs y skeletons) Haga lo propio con subcarpeta callback_simpel Distribuya la aplicación con su compañero de grupo 57

58 Descarga Dinámica de Clases Permite cambios libres en el servidor Elimina la necesidad de distribuir (resguardos) si los hay y nuevas clases Dinámicamente, el cliente descarga todas las clases que necesita para desarrollar una RMI válida Mediante HTTP o incluso FTP 58

59 (2)Cliente solicita interfaz vía Naming.lookup Registro de RMI (1) Servidor registra el par (Objeto, nombre) (3)Registro ofrece una referencia remota Cliente de RMI (4)Cliente solicita la clase de stub mediante el codebase Servidor RMI server.codebase= (5)Servidor http devuelve la clase de stub Localización URL http host 59

60 Servidor HTTP para Descarga Dinámica Mini-servidor de HTTP de Sun Clases ClassServer y ClassFileServer Se compilan conjuntamente java ClassFileServer 8080 /rmi/clases Servidor HTTP estándar Apache Otros 60

61 Ejemplo del Servidor Básico de Sun activo en Windows Colocar Resguardos y clases para carga dinámica en /java/rmi Ajustar la propiedad java.rmi.server.codebase 61

62 Novedades a partir de jdk 1.5 Soporta Generación Dinámica de Resguardos Prescinde del generador rmic Pruebe ahora los ejemplos anteriores sin pasar por la etapa de generación de resguardos (rmic) qué observa? 62