Sistemas Distribuidos

Transcripción

1 Sistemas Distribuidos Ingeniería del Software EUITI UPM Índice Servidor, en el que juegan los dos jugadores con el mismo teclado Retransmisión partido RED N posibles clientes que se conectan al servidor para ver el partido 1

2 Sockets 1981 BSD 4.2 de Unix Socket = extremo en la comunicación bidireccional de 2 procesos (IP y puerto) Abstracción de acceso a la capa de transporte Interfaz de programación mas utilizada en Internet: Esta siendo estandarizada en POSIX (1003.1g WinSockets Clase de Java Sockets servidor-cliente Cliente TCP/IP Servidor socket() Se crea el socket de conexión y Se crea el socket de conexion socket() comunicación (es el mismo) Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha bind() listen() El socket de conexión se queda accept() bloqueado a la espera Aceptando una conexión connect() Se conecta a la direccion del servidor Cuando el cliente se conecta al socket de conexión que esta Aceptando, este devuelve un socket de conexión que es con el que se realiza la comunicación send() recv() Comunicacion Comunicacion send() recv() shutdown() close() Cierre Cierre shutdown() close() 2

3 Sockets POSIX Dominios de comunicación Tipos de sockets Direcciones de sockets Creacion de un socket Asignacion de direcciones Solicitud de conexión Preparar para aceptar conexiones Aceptar una conexión Transferencia de datos Dominios de comunicación Un dominio es una familia de protocolos Un socket esta asociado a 1 y solo 1 dominio desde su creacion Solo se pueden comunicar sockets del mismo dominio Dominios PF_UNIX : dentro de la misma computadora PF_INET: usando protocolos TCP/IP Los servicios de sockets son independientes del dominio (transparencia) 3

4 Tipos de sockets 2 tipos de sockets que determinan el estilo de comunicación Stream (SOCK_STREAM) Orientado a conexión Fiable, se asegura el orden de llegada. Flujo de bytes, sin separacion entre mensajes Si PF_INET (dominio internet) corresponde con el protocolo TCP Datagram (SOCK_DGRAM) Sin conexión No fiable, no asegura orden de entrega Mantiene separacion entre mensajes Si PF_INET, se corresponde con UDP Ademas socket Raw (SOCK_RAW), que permite acceso a protocolo IP Direcciones de sockets Cada socket debe tener asignada una dirección única 2 funciones Asignar una dirección local a un socket (bind) Especificar una dirección remota (connect) Estructura generica struct sockaddr, cada dominio usa una especifica PF_UNIX (struct sockaddr_un) Direcciones en PF_INET (struct sockaddr_in) El usuario debe hacer el casting para llamar a las funciones 4

5 Direcciones sockets Una direccion IP Decimal-punto Dominio-punto elai.upm.es se almacena en: struct in_addr char* inet_ntoa(struct in_addr in); Socket se direcciona por el host (32bits) y el puerto (16 bits) Estructura struct sockaddr_in Debe iniciarse a cero sin_family: dominio AF_INET sin_port: numero de puerto, generalmente con htons(#) sin_addr: direccion del host (INADDR_ANY) Direcciones de sockets int gethostname(char* name, int namelen); struct hostent* gethostbyname(char* str) Convierte una notacion dominio-punto a una estructura de datos char* name; //nombre de la maquina char** h_addr_list; //Lista de direcciones, si se desea ver, copiar los datos a una estructura in_addr, y hacer inet_ntoa(in_addr); No conocer 5

6 Direcciones de sockets En TCP/IP se usa el formato big-endian, contrario a maquinas Intel (little-endian) Es necesario traducir el formato entre el computador y TCP/IP u_long htonl(u_long hostlong); u_short htons(u_short hostshort); u_long ntohl(u_long netlong); u_short ntohs(u_short netshort); Solo necesario para informacion que deba ser entendida por TCP/IP y por una computadora no little-endian Creacion de socket int socket(int dominio, int tipo, int protocolo); Crea un socket, devolviendo un descriptor de archivo Dominio: PF_UNIX, PF_INET Tipo: SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM Protocolo: dependiente del dominio y tipo 0 elige el mas adecuado Especificados /etc/protocols El socket creado no tiene dirección asignada 6

7 Asignacion de direcciones (servidor) int bind(int sd,struct sockaddr* dir, int long) sd: descriptor del socket dir:direccion a asignar (cast de sockaddr_in o sockaddr_un) long: longitud de la direccion (sizeof) Devuelve 0 o -1 en caso de error Se utiliza para servidores tipicamente, mientras que en clientes no (se le asigna automaticamente un puerto efimero en su primera utilizacion) Direcciones en dominio PF_INET Puertos en rango Reservados Si es 0, el sistema escoge uno. Host: una direccion local IP INADDR_ANY: Escoge cualquiera de la maquina. Preparar para aceptar conexiones (servidor) int listen (int sd, int backlog) sd: descriptor devuelto por socket() backlog: el numero maximo de peticiones pendientes que se encolara (5) Realizada en el servidor despues de socket() y bind() Hace que el socket quede preparado para aceptar conexiones 7

8 Aceptar conexion (servidor) int accept(int sd, struct sockaddr* dir, int* long) sd: descriptor devuelto por socket() (socket del servidor) dir: direccion del socket del cliente devuelta long: parametro valor-resultado Antes de la llamada: tamaño de dir Despues de la llamada: tamaño de la direccion del cliente que se devuelve Realizada en el servidor stream, despues de socket(), bind() y listen() Aceptar conexion (servidor) accept() bloquea hasta que se produce la conexión del cliente. accept() devuelve un descriptor de socket, el descriptor del cliente. Se tienen 2 descriptores de socket: El original del servidor, para nuevas conexiones El nuevo (del cliente) para enviar y recibir datos 8

9 Solicitud de conexion (cliente) Realizada en el cliente int connect(int sd, struct sockaddr* dir, int long) sd: descriptor devuelto por socket() dir: direccion del socket remoto (IP y puerto) long: longitud de la direccion (sizeof) Si el socket no tiene direccion asignada, se le asigna una automaticamente Normalmente se usa con streams 0 en caso de éxito y -1 en caso de error Obtener la direccion de un socket A partir del descriptor int getsockname(int s,struct sockaddr* dir, int* long); s: descriptor devuelto por socket() dir: direccion del socket devuelta long: parametro-valor resultado El del otro extremo int getpeername(int sd, struct sockaddr* dir, int* long) 9

10 Transferencia de datos (streams) Una vez realizada la conexión, ambos extremos pueden transferir datos Envio int write(int sd, char* a, int long); Devuelve el numero de bytes enviados int send(., int flags) Recepcion: int read(int sd, char* mem, int long); Devuelve el numero de bytes recibidos int recv(., int flags) Tanto en envio como en recepcion hay que comprobar el valor de retorno. Transferencia de datos (streams) int enviar(int s,char* msg,int l) int r; int long=l; do r=write(s,msg,long); msg+=r; long-=r; while(long>0 && r>=0); if(r<0) return -1; else return 0; 10

11 Transferencia datos (DGRAM) No hay conexión real Para usar un socket para transferir: Crearlo: socket( ) Asignarle direccion: bind( ) (si no, lo hara el sistema) Envio: int sendto(int sd, char* mem, int long, int flags, struct sockaddr* dir, int l) Devuelve el numero de bytes enviados Dir: direccion del socket remoto Cerrar un socket Se usa close para cerrar ambos tipos de sockets Si el socket es de tipo stream, entonces close cierra la conexión en ambos sentidos Llamadas siguientes a write o read fallaran devoviendo -1 11

12 Reutilización de direcciones bind() falla cuando se intenta reutilizar un puerto Ocupado durante 2-4 min int on=1; setsockopt(sock,sol_socket,so_reuseaddr,&on,sizeof(on)); Conexiones multiples Secuenciales Simultaneas 12

13 Conexiones secuenciales Servidor Se crea el socket de conexion Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha Cliente Se crea el socket de conexión y comunicación El socket de conexión se queda bloqueado a la espera Aceptando una conexión Conexion Socket de conexion Comunicacion Comunicacion Cierre Cierre del socket de comunicacion Seguir aceptan do clientes? NO SI Cierre del socket de conexion Clase Socket class Socket public: Socket(); virtual ~Socket(); int Connect(char ip[],int port); int InitServer(char ip[],int port); Socket Accept(); void Close(); int Send(char cad[],int length); int Receive(char cad[],int length); private: int sock; ; 13

14 #include <iostream> #include "Socket.h" int main() Codigo Socket servidor; servidor.initserver(" ",12000); while(1) Socket conn=servidor.accept(); //comunicacion, en este caso envio de 1 unico mensaje char cad[]="hola mundo"; int length=sizeof(cad); conn.send(cad,length); conn.close(); servidor.close(); return 1; Conexiones simultaneas Servidor Se crea el socket de conexion Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha ClienteN Cliente1 Se crea el socket de conexión y Se crea el comunicación socket de conexión y comunicación Conexion Conexion Comunicacion Comunicacion Cierre Cierre El socket de conexión se queda bloqueado a la espera Aceptando una conexión Socket de conexiónn Socket de conexión 1 Seguir aceptan do clientes? NO Comunicación N Comunicación 1 SI Cierre de los N sockets de comunicación y del de conexion 14

15 #include <iostream> #include "Socket.h" int main() Socket servidor; servidor.initserver(" ",12000); Socket conexiones[5]; for(i=0;i<5;i++) conexiones[i]=servidor.accept(); //comunicacion, en este caso envio de 1 unico mensaje //se envia a los 5 clientes char cad[]="hola mundo"; int length=sizeof(cad); for(i=0;i<5;i++) conexiones[i].send(cad,length); for(i=0;i<5;i++) conexiones[i].close(); servidor.close(); return 1; Sockets y concurrencia accept() bloquea recv() bloquea 15

16 Ejemplo bloqueo void main() float ref=3.0f; while(1) //calculo continuo float dato=getvalorsensor(); error=ref-dato; float comando=k*error; EnviaComando(comando); Ejemplo GLUT void glutmainloop() while(1) if(pulsacion_teclado) glutinvocametodotecladousuario(); if(hay_que_dibujar) glutinvocametododibujousuario(); if(tiempo_temporizador) glutinvocametodotimerusuario(); 16

17 Tareas a realizar Enviar datos a todos los clientes Permitir que se conecten nuevos clientes (accept) Recibir comandos control del jugador1 Recibir comandos control del jugador2 Animar la escena Concurrencia Programa servidor while(1) //tareas //animacion while(1) //accept() //envio datos while(1) //recibir comandos Jugador1 while(1) //recibir comandos Jugador2 17

18 Escenario tipico clienteservidor multihilo Protocolo cliente-servidor 18

19 Aplanamiento Arquitectura Software. Transparencia usuario de servicios. Creacion de una Interfaz Polimorfismo Ejemplo: MatesRemotas. 19

20 Programacion con RPC Suplentes STUBS Localizan el servidor Empaquetan parametros Envian mensaje Esperan y desempaquetan la respuesta 20

21 Enlace dinamico (binding) Enlace dinamico: permite localizar objetos con nombre en un sistema distribuido. Tipos: No persistente Persistente Servidor de nombres 21

22 Introduccion a CORBA RPC: remote procedure call Han evolucionado hacia POO (CORBA, RMI) Objetivo: la transparencia. El cliente realiza la llamada empaqueta los argumentos, los envia y espera el resultado. El servidor los extrae, realiza la llamada local y envia el resultado de vuelta. Corba Common Object Request Broker Architecture (OMG) Especificacion de una arquitectura: Independiente de la plataforma hardware y SO Independiente del lenguaje Independiente de la red Automatizar: Registro, localizacion y activacion de objetos: Name service Aplanamiento y extraccion de parametros Gestion de llamadas Envio de tramas Gestion de errores. 22

23 ORB IDL Definicion de interfaces (OO, clases) NO es un lenguaje de programacion Funciones Estandar definido por CORBA (OMG) IDL C, C++, Java, ADA, Lisp, Python IDL Stubs y skeletons Soporta modules interfaces methods attributes inheritance arrays sequence struct, enum, union, typedef consts exceptions No soporta No data members No pointers No constructors or destructors No overloaded methods No int data type Contains parameter passing modes Unions require a tag String type Sequence type Dierent exception interface No templates No control constructs 23

24 Ejemplo interface XYTable short Init(); short Done(); short PerformHoming(); //movement short SetVel(in float vel); short SetAcc(in float acc); short Move(in float x_mm,in float y_mm); short Stop(); short Continue(); //information short GetCurrentPosition(out float x_mm,out float y_mm); short GetCurrentVel(out float vel); short GetCurrentAcc(out float acc); short GetInputs(out short inputsx,out short inputsy); short GetXYTableStatus(out short status); short GetDriversStatus(out short DFX,out short DFY, out short STX,out short STY, out short UFX,out short UFY); //Control short EmergencyStop(); short ResumeEmergencyStop(); short GetLastError(); ; Implementaciones ACE-TAO Orbix IONA technologies MICO 24

25 4 Ejercicio Examen Sept07 Realizar un programa cliente que se conecta a un servidor de sockets (con comunicación en forma de streams) ya existente en el Instituto Nacional de Meteorología en la dirección IP en el puerto 3456 y que proporciona la predicción meteorológica en forma de una cadena de texto no mayor de 2000 caracteres cuando se le envía la cadena PREDICCION. Dicho programa (cliente) mostrara cuando se ejecute la predicción y terminara a continuación. 4 Feb 07 Servidor 1 unico cliente 1 unica peticion int sock; float raiz_cuadrada(float a) char peticion[100]; sprintf(peticion,"raiz %f",a); write(sock, peticion, strlen(peticion)); char respuesta[100]; read(sock, respuesta,10); float resultado; sscanf(respuesta,"%f",&resultado); return resultado; void main(void) struct sockaddr_in server_addr; struct hostent* hosten; sock=socket(pf_inet,sock_stream,0); hosten=gethostbyname(" "); memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family=af_inet; memcpy(&(server_addr.sin_addr),hosten->h_addr,hosten->h_length); server_addr.sin_port=htons(4200); if(0!=connect(sock,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))) printf("error en connect\n"); return; float r=raiz_cuadrada(3.12f); printf("resultado=%f\n,r); close(s); 25

26 Jun07 Realizar un programa que actue de servidor remoto de 10 datos de tipo float que se suponen adquiridos de 10 sensores. El programa constara de 3 hilos: Un hilo secundario abrira un socket servidor que permitira la conexión de un unico cliente cada vez. Cuando dicho cliente se conecte le enviara constante y repetidamente cada 100 ms la informacion de los 10 sensores. Si el cliente se desconecta, el socket vuelve a quedar a la espera de conexión de un nuevo cliente. El segundo hilo secundario realiza la adquisición de los datos de los sensores tan rapido como puede. Esta adquisición se simulara mediante un hipotetica funcion float ValorSensor(int i); que devuelve el valor leido del sensor numero i, desde el 1 hasta el 10 El hilo principal muestra cada segundo cuantas veces se han capturado las medidas de los sensores por segundo, asi como si el cliente esta conectado o no Realizadas 145 medidas, cliente no conectado Realizadas 231 medidas, cliente no conectado Realizadas 212 medidas, cliente conectado Nota: Los datos enviados por el socket deben corresponder a un unico instante de tiempo o lectura de los mismos. Utilizar para ello los mecanismos de sincronizacion adecuados. Jun08 Realizar un servidor concurrente que permita a varios (cualquier numero) clientes conectarse simultaneamente y que provea a los mismos del servicio remoto bajo el paradigma de protocolo cliente-servidor float Sumar(float a, float b); La peticion del cliente ira codificada como ASCII: Sumar Respuesta Cada cliente conectado tendrá su propio hilo de ejecucion. El hilo principal se encarga de aceptar clientes. No es necesario esperar a la finalizacion de los hilos ni una salida ordenada del servidor 26