分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)通信

分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)第三章通信程間地通信是所有分布式系統(tǒng)地核心。如果沒(méi)有通信機(jī)制,分布式系統(tǒng)地各個(gè)子系統(tǒng)將是"一盤(pán)散沙",毫無(wú)作用。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》2本章學(xué)網(wǎng)絡(luò)通信地基礎(chǔ)知識(shí)。常用地通信方式。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》3三.一程間通信程間通信（Inter-Processmunication,IPC）指至少兩個(gè)程或線程間傳送數(shù)據(jù)或信號(hào)地一些技術(shù)或方法。每個(gè)程彼此是隔離地。為了能使不同地程互相訪問(wèn)資源并行協(xié)調(diào)工作,才有了程間通信。這些程可以運(yùn)行在同一計(jì)算機(jī)上或網(wǎng)絡(luò)連接地不同計(jì)算機(jī)上。程間地通信技術(shù)包括消息傳遞,同步,享內(nèi)存與遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。程間通信是一種標(biāo)準(zhǔn)地UNIX通信機(jī)制。程間通信可以分為本地過(guò)程調(diào)用與遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》4三.一.一本地過(guò)程調(diào)用地概念本地過(guò)程調(diào)用（LocalProcedureCall,LPC）是指被調(diào)用地過(guò)程（函數(shù)）與調(diào)用過(guò)程處于同一個(gè)程。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》5三.一.二本地過(guò)程調(diào)用地實(shí)現(xiàn)服務(wù)端程建立命名服務(wù)器連接端口對(duì)象,并等待客戶端連接;客戶端通過(guò)向這一端口發(fā)送消息來(lái)建立連接;如果服務(wù)端同意建立連接,便會(huì)建立兩個(gè)無(wú)名端口:客戶端連接端口:客戶線程由此向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù);服務(wù)端連接端口:服務(wù)端由此向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù);每個(gè)客戶端都分配一個(gè)獨(dú)立地接口;服務(wù)端持有一個(gè)服務(wù)連接端口地句柄,同時(shí)客戶端也持有一個(gè)客戶連接端口地句柄,這樣程間通信地通道就建立了。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》6三.二遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用RPC是遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RemoteProcedureCall）地縮寫(xiě)形式。RPC是指計(jì)算機(jī)A上地程,調(diào)用另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)B上地程,其A上地調(diào)用程被掛起,而B(niǎo)上地被調(diào)用程開(kāi)始執(zhí)行,當(dāng)值返回給A時(shí),A程繼續(xù)執(zhí)行。調(diào)用方可以通過(guò)使用參數(shù)將信息傳送給被調(diào)用方,而后可以通過(guò)傳回地結(jié)果得到信息。而這一過(guò)程,對(duì)于開(kāi)發(fā)員來(lái)說(shuō)是透明地。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用采用客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模式。請(qǐng)求程序就是一個(gè)客戶機(jī),而服務(wù)提供程序就是一臺(tái)服務(wù)器。與常規(guī)或本地過(guò)程調(diào)用一樣,遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用是同步操作,在遠(yuǎn)程過(guò)程結(jié)果返回之前,需要暫時(shí)止請(qǐng)求程序。使用相同地址空間地低權(quán)程或低權(quán)線程允許同時(shí)運(yùn)行多個(gè)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》7三.二.一遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用原理柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》8三.二.二如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用如何傳遞參數(shù)如何表示數(shù)據(jù)如何選用傳輸協(xié)議出錯(cuò)時(shí)會(huì)發(fā)生什么遠(yuǎn)程調(diào)用地語(yǔ)義是什么遠(yuǎn)程調(diào)用地能怎么樣遠(yuǎn)程調(diào)用安全嗎遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用地優(yōu)點(diǎn)柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》9三.二.三遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用API名稱服務(wù)操作綁定操作終端操作安全操作際化操作（可能）封送處理/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換操作存根內(nèi)存管理與垃圾收集程序標(biāo)識(shí)操作對(duì)象與函數(shù)地標(biāo)識(shí)操作柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》10三.二.四遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用發(fā)展歷程第一代RPC第二代RPC支持對(duì)象第三代RPC以及WebServices柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》11三.三常用網(wǎng)絡(luò)I/O模型阻塞I/O;非阻塞I/O;I/O復(fù)用（select與poll）;信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O（SIGIO）;異步I/O（Posix.一地aio_系列函數(shù)）。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》12三.三.一阻塞I/O模型階段一:等待數(shù)據(jù)就緒。網(wǎng)絡(luò)I/O地情況就是等待遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)陸續(xù)抵達(dá);磁盤(pán)I/O地情況就是等待磁盤(pán)數(shù)據(jù)從磁盤(pán)上讀取到內(nèi)核態(tài)內(nèi)存。階段二:數(shù)據(jù)復(fù)制。出于系統(tǒng)安全,用戶態(tài)地程序沒(méi)有權(quán)限直接讀取內(nèi)核態(tài)內(nèi)存,因此內(nèi)核負(fù)責(zé)把內(nèi)核態(tài)內(nèi)存地?cái)?shù)據(jù)復(fù)制一份到用戶態(tài)內(nèi)存。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》13三.三.二非阻塞I/O模型socket設(shè)置為NONBLOCK（非阻塞）就是告訴內(nèi)核,當(dāng)所請(qǐng)求地I/O操作無(wú)法完成時(shí),不要將程睡眠,而是立刻返回一個(gè)錯(cuò)誤碼（EWOULDBLOCK）,這樣請(qǐng)求就不會(huì)阻塞;I/O操作函數(shù)將不斷地測(cè)試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好,如果沒(méi)有準(zhǔn)備好,繼續(xù)測(cè)試,直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。整個(gè)I/O請(qǐng)求地過(guò)程,雖然用戶線程每次發(fā)起I/O請(qǐng)求后可以立即返回,但是為了等到數(shù)據(jù),仍需要不斷地輪詢,重復(fù)請(qǐng)求,這是對(duì)CPU時(shí)間地極大浪費(fèi)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了,從內(nèi)核復(fù)制到用戶空間。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》14三.三.三I/O復(fù)用模型I/O復(fù)用會(huì)用到select或者poll函數(shù),在這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用地某一個(gè)上阻塞,而不是阻塞于真正地I/O系統(tǒng)調(diào)用。同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作,多個(gè)寫(xiě)操作地I/O函數(shù)行檢測(cè),直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫(xiě)時(shí),才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》15三.三.四信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O模型允許socket行信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O,并通過(guò)調(diào)用sigaction來(lái)安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù),程繼續(xù)運(yùn)行并不阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí),程會(huì)收到一個(gè)SIGIO信號(hào),可以在信號(hào)處理函數(shù)調(diào)用recvfrom來(lái)讀取數(shù)據(jù)報(bào),并通知主循環(huán)數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好被處理,也可以通知主循環(huán),讓它來(lái)讀取數(shù)據(jù)報(bào)。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》16三.三.五異步I/O模型異步I/O是POSIX規(guī)范定義地。通常,這些函數(shù)會(huì)通知內(nèi)核來(lái)啟動(dòng)操作并在整個(gè)操作（包括從內(nèi)核復(fù)制數(shù)據(jù)到我們地緩存）完成時(shí)通知我們。該模式與信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O（SIGIO）模型地不同點(diǎn)在于,驅(qū)動(dòng)I/O（SIGIO）模型告訴我們I/O操作何時(shí)可以啟動(dòng),而異步I/O模型告訴我們I/O操作何時(shí)完成。調(diào)用aio_read函數(shù),告訴內(nèi)核傳遞描述字,緩存區(qū)指針,緩存區(qū)大小,文件偏移,然后立即返回,我們地程不阻塞于等待I/O操作地完成。當(dāng)內(nèi)核將數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存區(qū)后,才會(huì)生成一個(gè)信號(hào),來(lái)通知應(yīng)用程序。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》17三.四I/O操作地常用術(shù)語(yǔ)阻塞是指I/O操作需要徹底完成后才返回到用戶空間;非阻塞是指I/O操作被調(diào)用后立即返回給用戶一個(gè)狀態(tài)值,無(wú)須等到I/O操作徹底完成。同步是指用戶線程發(fā)起I/O請(qǐng)求后需要等待或者輪詢內(nèi)核I/O操作完成后才能繼續(xù)執(zhí)行;異步是指用戶線程發(fā)起I/O請(qǐng)求后仍繼續(xù)執(zhí)行,當(dāng)內(nèi)核I/O操作完成后會(huì)通知用戶線程,或者調(diào)用用戶線程注冊(cè)地回調(diào)函數(shù)。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》18三.五實(shí)戰(zhàn):在Java實(shí)現(xiàn)常用網(wǎng)絡(luò)I/O模型JavaOIOJavaNIOJavaAIO柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》19三.六驅(qū)動(dòng)所謂驅(qū)動(dòng),簡(jiǎn)單地說(shuō)就是妳點(diǎn)什么按鈕（即產(chǎn)生什么）,電腦執(zhí)行什么操作（即調(diào)用什么函數(shù)）。驅(qū)動(dòng)地核心自然是。驅(qū)動(dòng)程序地基本結(jié)構(gòu)是由一個(gè)收集器,一個(gè)發(fā)送器與一個(gè)處理器組成。收集器專門(mén)負(fù)責(zé)收集所有,包括來(lái)自用戶地（如鼠標(biāo),鍵盤(pán)等）,來(lái)自硬件地（如時(shí)鐘等）與來(lái)自軟件地（如操作系統(tǒng),應(yīng)用程序本身等）。發(fā)送器負(fù)責(zé)將收集器收集到地分發(fā)到目地對(duì)象。處理器做具體地響應(yīng)工作,它往往要到實(shí)現(xiàn)階段才完全確定。對(duì)于框架地使用者來(lái)說(shuō),它們唯一能夠看到地是處理器。這也是它們所關(guān)心地內(nèi)容。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》20三.六.一驅(qū)動(dòng)編程驅(qū)動(dòng)編程通常只是用一個(gè)執(zhí)行過(guò)程,CPU之間不是并發(fā)地,在處理多任務(wù)地時(shí)候,驅(qū)動(dòng)編程是使用協(xié)作式處理任務(wù),而不是多線程地?fù)屨际?。?qū)動(dòng)簡(jiǎn)潔易用,只需要注冊(cè)感興趣地,在回調(diào)設(shè)計(jì)邏輯就可以了。在調(diào)用地過(guò)程,循環(huán)器（EventLoop）在等待地發(fā)生,跟著調(diào)用處理器。處理器不是搶占式地,處理器一般只有很短地生命周期。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》21三.六.二循環(huán)地實(shí)現(xiàn)循環(huán)（EventLoop）是一個(gè)程序結(jié)構(gòu),用于等待與發(fā)送消息與。驅(qū)動(dòng)編程地代碼核心就是循環(huán)器?；隍?qū)動(dòng)主要有兩種設(shè)計(jì)模式:Reactor與Proactor。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》22三.六.三Reactor模型柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》23三.六.四Proactor模型柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》24三.七本章小結(jié)本章介紹了節(jié)點(diǎn)之間地通信方式,包括本地過(guò)程調(diào)用,遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用,以及在通信過(guò)程所要設(shè)計(jì)地I/O操作。同時(shí)介紹了常見(jiàn)地I/O模塊,包括OIO,NIO,AIO,Reactor,Proactor等。本章也以Java語(yǔ)言為例提供了常用網(wǎng)絡(luò)I/O模型地范例。柳偉衛(wèi)《分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》2