Что такое удаленный вызов процедур. Вызов удаленных процедур

Лекция 4

4.1 Концепция удаленного вызова процедур

Идея вызова удаленных процедур (Remote Procedure Call - RPC) состоит в расширении хорошо известного и понятного механизма передачи управления и данных внутри программы, выполняющейся на одной машине, на передачу управления и данных через сеть. Средства удаленного вызова процедур предназначены для облегчения организации распределенных вычислений. Наибольшая эффективность использования RPC достигается в тех приложениях, в которых существует интерактивная связь между удаленными компонентами с небольшим временем ответов и относительно малым количеством передаваемых данных. Такие приложения называются RPC-ориентированными.

Характерными чертами вызова локальных процедур являются: асимметричность, то есть одна из взаимодействующих сторон является инициатором; синхронность, то есть выполнение вызывающей процедуры при останавливается с момента выдачи запроса и возобновляется только после возврата из вызываемой процедуры.

Реализация удаленных вызовов существенно сложнее реализации вызовов локальных процедур. Начнем с того, что поскольку вызывающая и вызываемая процедуры выполняются на разных машинах, то они имеют разные адресные пространства, и это создает проблемы при передаче параметров и результатов, особенно если машины не идентичны. Так как RPC не может рассчитывать на разделяемую память, то это означает, что параметры RPC не должны содержать указателей на ячейки нестековой памяти и что значения параметров должны копироваться с одного компьютера на другой. Следующим отличием RPC от локального вызова является то, что он обязательно использует нижележащую систему связи, однако это не должно быть явно видно ни в определении процедур, ни в самих процедурах. Удаленность вносит дополнительные проблемы. Выполнение вызывающей программы и вызываемой локальной процедуры в одной машине реализуется в рамках единого процесса. Но в реализации RPC участвуют как минимум два процесса - по одному в каждой машине. В случае, если один из них аварийно завершится, могут возникнуть следующие ситуации: при аварии вызывающей процедуры удаленно вызванные процедуры станут "осиротевшими", а при аварийном завершении удаленных процедур станут "обездоленными родителями" вызывающие процедуры, которые будут безрезультатно ожидать ответа от удаленных процедур.

Кроме того, существует ряд проблем, связанных с неоднородностью языков программирования и операционных сред: структуры данных и структуры вызова процедур, поддерживаемые в каком-либо одном языке программирования, не поддерживаются точно так же во всех других языках.

Эти и некоторые другие проблемы решает широко распространенная технология RPC, лежащая в основе многих распределенных операционных систем.

Базовые операции RPC

Чтобы понять работу RPC, рассмотрим вначале выполнение вызова локальной процедуры в обычной машине, работающей автономно. Пусть это, например, будет системный вызов

count=read (fd,buf,nbytes);

где fd – целое число;

buf – массив символов;

nbytes – целое число.

Чтобы осуществить вызов, вызывающая процедура заталкивает параметры в стек в обратном порядке. После того, как вызов read выполнен, он помещает возвращаемое значение в регистр, перемещает адрес возврата и возвращает управление вызывающей процедуре, которая выбирает параметры из стека, возвращая его в исходное состояние. Заметим, что в языке С параметры могут вызываться или по ссылке (by name), или по значению (by value). По отношению к вызываемой процедуре параметры-значения являются инициализируемыми локальными переменными. Вызываемая процедура может изменить их, и это не повлияет на значение оригиналов этих переменных в вызывающей процедуре.

Если в вызываемую процедуру передается указатель на переменную, то изменение значения этой переменной вызываемой процедурой влечет изменение значения этой переменной и для вызывающей процедуры. Этот факт весьма существенен для RPC.

Существует также другой механизм передачи параметров, который не используется в языке С. Он называется call-by-copy/restore и состоит в необходимости копирования вызывающей программой переменных в стек в виде значений, а затем копирования назад после выполнения вызова поверх оригинальных значений вызывающей процедуры.

Решение о том, какой механизм передачи параметров использовать, принимается разработчиками языка. Иногда это зависит от типа передаваемых данных. В языке С, например, целые и другие скалярные данные всегда передаются по значению, а массивы - по ссылке.

Идея, положенная в основу RPC, состоит в том, чтобы сделать вызов удаленной процедуры выглядящим по возможности также, как и вызов локальной процедуры. Другими словами - сделать RPC прозрачным: вызывающей процедуре не требуется знать, что вызываемая процедура находится на другой машине, и наоборот.

RPC достигает прозрачности следующим путем. Когда вызываемая процедура действительно является удаленной, в библиотеку помещается вместо локальной процедуры другая версия процедуры, называемая клиентским стабом (stub - заглушка). Подобно оригинальной процедуре, стаб вызывается с использованием вызывающей последовательности, так же происходит прерывание при обращении к ядру. Только в отличие от оригинальной процедуры он не помещает параметры в регистры и не запрашивает у ядра данные, вместо этого он формирует сообщение для отправки ядру удаленной машины.

Этапы выполнения RPC

Взаимодействие программных компонентов при выполнении удаленного вызова процедуры иллюстрируется рисунком 2.

Рисунок 2. Remote Procedure Call

После того, как клиентский стаб был вызван программой-клиентом, его первой задачей является заполнение буфера отправляемым сообщением. В некоторых системах клиентский стаб имеет единственный буфер фиксированной длины, заполняемый каждый раз с самого начала при поступлении каждого нового запроса. В других системах буфер сообщения представляет собой пул буферов для отдельных полей сообщения, причем некоторые из этих буферов уже заполнены. Этот метод особенно подходит для тех случаев, когда пакет имеет формат, состоящий из большого числа полей, но значения многих из этих полей не меняются от вызова к вызову.

Затем параметры должны быть преобразованы в соответствующий формат и вставлены в буфер сообщения. К этому моменту сообщение готово к передаче, поэтому выполняется прерывание по вызову ядра.

Когда ядро получает управление, оно переключает контексты, сохраняет регистры процессора и карту памяти (дескрипторы страниц), устанавливает новую карту памяти, которая будет использоваться для работы в режиме ядра. Поскольку контексты ядра и пользователя различаются, ядро должно точно скопировать сообщение в свое собственное адресное пространство, так, чтобы иметь к нему доступ, запомнить адрес назначения (а, возможно, и другие поля заголовка), а также оно должно передать его сетевому интерфейсу. На этом завершается работа на клиентской стороне. Включается таймер передачи, и ядро может либо выполнять циклический опрос наличия ответа, либо передать управление планировщику, который выберет какой-либо другой процесс на выполнение. В первом случае ускоряется выполнение запроса, но отсутствует мультипрограммирование.

На стороне сервера поступающие биты помещаются принимающей аппаратурой либо во встроенный буфер, либо в оперативную память. Когда вся информация будет получена, генерируется прерывание. Обработчик прерывания проверяет правильность данных пакета и определяет, какому стабу следует их передать. Если ни один из стабов не ожидает этот пакет, обработчик должен, либо поместить его в буфер, либо вообще отказаться от него. Если имеется ожидающий стаб, то сообщение копируется ему. Наконец, выполняется переключение контекстов, в результате чего восстанавливаются регистры и карта памяти, принимая те значения, которые они имели в момент, когда стаб сделал вызов receive.

Теперь начинает работу серверный стаб. Он распаковывает параметры и помещает их соответствующим образом в стек. Когда все готово, выполняется вызов сервера. После выполнения процедуры сервер передает результаты клиенту. Для этого выполняются все описанные выше этапы, только в обратном порядке.

Рисунок 3 показывает последовательность команд, которую необходимо выполнить для каждого RPC-вызова.

Рисунок 3. Этапы выполнения процедуры RPC

Удалённый вызов процедур (или Вызов удалённых процедур ) (от англ. Remote Procedure Call (RPC) ) - класс технологий, позволяющих компьютерным программам вызывать функции или процедуры в другом адресном пространстве (как правило, на удалённых компьютерах). Обычно, реализация RPC технологии включает в себя два компонента: сетевой протокол для обмена в режиме клиент-сервер и язык сериализации объектов (или структур, для необъектных RPC). Различные реализации RPC имеют очень отличающуюся друг от друга архитектуру и разнятся в своих возможностях: одни реализуют архитектуру SOA , другие CORBA или DCOM . На транспортном уровне RPC используют в основном протоколы TCP и UDP , однако, некоторые построены на основе HTTP (что нарушает архитектуру ISO/OSI, так как HTTP изначально не транспортный протокол).

Реализации

Существуют множество технологий, обеспечивающих RPC:

Sun RPC (бинарный протокол на базе TCP и UDP и XDR) RFC-1831 второе название ONC RPC RFC-1833
.Net Remoting (бинарный протокол на базе TCP, UDP, HTTP)
SOAP - Simple Object Access Protocol (текстовый протокол на базе HTTP) см. спецификацию: RFC-4227
XML RPC (текстовый протокол на базе HTTP) см. спецификацию: RFC-3529
Java RMI - Java Remote Method Invocation - см. спецификацию: http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/rmi/index.html
JSON-RPC JavaScript Object Notation Remote Procedure Calls (текстовый протокол на базе HTTP) см. спецификацию: RFC-4627
DCE/RPC - Distributed Computing Environment / Remote Procedure Calls (бинарный протокол на базе различных транспортных протоколов, в том числе TCP/IP и Named Pipes из протокола SMB/CIFS)
DCOM - Distributed Component Object Model известный как MSRPC Microsoft Remote Procedure Call или «Network OLE» (объектно-ориентированное расширение DCE RPC, позволяющее передавать ссылки на объекты и вызывать методы объектов через таковые ссылки)

Принцип

Идея вызова удалённых процедур (Remote Procedure Call - RPC) состоит в расширении хорошо известного и понятного механизма передачи управления и данных внутри программы, выполняющейся на одной машине, на передачу управления и данных через сеть. Средства удалённого вызова процедур предназначены для облегчения организации распределённых вычислений и создания распределенных клиент-серверных информационных систем. Наибольшая эффективность использования RPC достигается в тех приложениях, в которых существует интерактивная связь между удалёнными компонентами с небольшим временем ответов и относительно малым количеством передаваемых данных. Такие приложения называются RPC-ориентированными.

Реализация удалённых вызовов существенно сложнее реализации вызовов локальных процедур. Можно обозначить следующие проблемы и задачи, которые необходимо решить при реализации RPC:

Так как вызывающая и вызываемая процедуры выполняются на разных машинах, то они имеют разные адресные пространства, и это создает проблемы при передаче параметров и результатов, особенно если машины находятся под управлением различных операционных систем или имеют различную архитектуру (например, используется прямой или обратный порядок байтов). Так как RPC не может рассчитывать на разделяемую память, то это означает, что параметры RPC не должны содержать указателей на ячейки нестековой памяти и что значения параметров должны копироваться с одного компьютера на другой. Для копирования параметров процедуры и результата выполнения через сеть выполняется их сериализация .
В отличие от локального вызова удалённый вызов процедур обязательно использует транспортный уровень сетевой архитектуры (например TCP), однако это остается скрытым от разработчика.
Выполнение вызывающей программы и вызываемой локальной процедуры в одной машине реализуется в рамках единого процесса. Но в реализации RPC участвуют как минимум два процесса - по одному в каждой машине. В случае, если один из них аварийно завершится, могут возникнуть следующие ситуации: при аварии вызывающей процедуры удалённо вызванные процедуры станут «осиротевшими», а при аварийном завершении удалённых процедур станут «обездоленными родителями» вызывающие процедуры, которые будут безрезультатно ожидать ответа от удалённых процедур.
Существует ряд проблем, связанных с неоднородностью языков программирования и операционных сред: структуры данных и структуры вызова процедур, поддерживаемые в каком-либо одном языке программирования, не поддерживаются точно так же во всех других языках. Таким образом имеется проблема совместимости, до сих пор не решённая ни с помощью введения одного общепринятого стандарта, ни с помощью реализации нескольких конкурирующих стандартов на всех архитектурах и во всех языках.

Подсистемы

Транспортная подсистема

Управление исходящими и входящими соединениями. - поддержка понятия «граница сообщения» для транспортных протоколов, не поддерживающих его непосредственно (TCP). - поддержка гарантированной доставки для транспортных протоколов, не поддерживающих ее непосредственно (UDP).

Пул потоков (только для вызываемой стороны). Предоставляет контекст выполнения для вызванного по сети кода.

Маршалинг (также называется «сериализация»). Упаковка параметров вызовов в поток байт стандартным образом, не зависящим от архитектуры (в частности, от порядка байт в слове). В частности, ему могут подвергаться массивы, строки и структуры, на которые указывают параметры-указатели.

Шифрование пакетов и наложение на них цифровой подписи .

Аутентификация и авторизация. Передача по сети информации, идентифицирующей субъект, осуществляющий вызов.

В некоторых реализациях RPC (.NET Remoting) границы подсистем являются открытыми полиморфными интерфейсами, и возможно написать свою реализацию почти всех перечисленных подсистем. В других реализациях (DCE RPC в Windows) это не так.

См. также

Вызов удаленных процедур (RPC) Концепция удаленного вызова процедур

Идея вызова удаленных процедур (Remote Procedure Call - RPC) состоит в расширении хорошо известного и понятного механизма передачи управления и данных внутри программы, выполняющейся на одной машине, на передачу управления и данных через сеть. Средства удаленного вызова процедур предназначены для облегчения организации распределенных вычислений. Наибольшая эффективность использования RPC достигается в тех приложениях, в которых существует интерактивная связь между удаленными компонентами с небольшим временем ответов и относительно малым количеством передаваемых данных. Такие приложения называются RPC-ориентированными.

Характерными чертами вызова локальных процедур являются:

Асимметричность, то есть одна из взаимодействующих сторон является инициатором;
Синхронность, то есть выполнение вызывающей процедуры приостанавливается с момента выдачи запроса и возобновляется только после возврата из вызываемой процедуры.

Реализация удаленных вызовов существенно сложнее реализации вызовов локальных процедур. Начнем с того, что поскольку вызывающая и вызываемая процедуры выполняются на разных машинах, то они имеют разные адресные пространства, и это создает проблемы при передаче параметров и результатов, особенно если машины не идентичны. Так как RPC не может рассчитывать на разделяемую память, то это означает, что параметры RPC не должны содержать указателей на ячейки нестековой памяти и что значения параметров должны копироваться с одного компьютера на другой. Следующим отличием RPC от локального вызова является то, что он обязательно использует нижележащую систему связи, однако это не должно быть явно видно ни в определении процедур, ни в самих процедурах. Удаленность вносит дополнительные проблемы. Выполнение вызывающей программы и вызываемой локальной процедуры в одной машине реализуется в рамках единого процесса. Но в реализации RPC участвуют как минимум два процесса - по одному в каждой машине. В случае, если один из них аварийно завершится, могут возникнуть следующие ситуации: при аварии вызывающей процедуры удаленно вызванные процедуры станут «осиротевшими», а при аварийном завершении удаленных процедур станут «обездоленными родителями» вызывающие процедуры, которые будут безрезультатно ожидать ответа от удаленных процедур.

Эти и некоторые другие проблемы решает широко распространенная технология RPC, лежащая в основе многих распределенных операционных систем. Базовые операции RPC

count=read (fd, buf, nbytes);

где fd - целое число, buf - массив символов, nbytes - целое число.

Чтобы осуществить вызов, вызывающая процедура заталкивает параметры в стек в обратном порядке (рисунок 3.1). После того, как вызов read выполнен, он помещает возвращаемое значение в регистр, перемещает адрес возврата и возвращает управление вызывающей процедуре, которая выбирает параметры из стека, возвращая его в исходное состояние. Заметим, что в языке С параметры могут вызываться или по ссылке (by name), или по значению (by value). По отношению к вызываемой процедуре параметры-значения являются инициализируемыми локальными переменными. Вызываемая процедура может изменить их, и это не повлияет на значение оригиналов этих переменных в вызывающей процедуре.

Применение

Значительная часть инструментов удаленного управления операционной системой Windows (Event Viewer, Server Manager, управление печатью, списками пользователей) использует DCE RPC как средство общения по сети между управляемой службой и управляющим приложением пользовательского интерфейса. Поддержка DCE RPC присутствовала в Windows NT с самой первой версии 3.1. Клиенты DCE RPC поддерживались и в облегченной линии операционных системы Windows 3.x/95/98/Me.

Системные библиотеки Windows, предоставляющие возможности такого управления и служашие базовым уровнем для управляюших приложений пользовательского интерфейса (netapi32.dll и отчасти advapi32.dll), на деле содержат в себе клиентский код интерфейсов DCE RPC, осуществляющих это управление.

Это архитектурное решение было предметом активной критики в адрес Microsoft. Универсальные процедуры маршаллинга, присутствующие в DCE RPC, очень сложны и имеют огромный потенциал наличия дефектов, эксплуатируемых в сети путем посылки умышленно искаженного пакета DCE RPC. Значительная часть дефектов безопасности Windows, обнаруженных с конца 90-х до середины 2000-х годов, представляла собой именно ошибки в коде маршаллинга DCE RPC.

Помимо DCE RPC, в Windows активно применяется технология DCOM. Так, например, она используется как средство общения между инструментами управления веб-сервером IIS и собственно управляемым сервером. Полнофункциональный интерфейс общения с почтовой системой MS Exchange Server - MAPI - также основан на DCOM.

В состав операционной системы Windows любой модификации, начиная с версии ХР, входит служебный компонент, обозначаемый как RPC. Что это такое, рядовые пользователи в большинстве своем не знают, тем более, не догадываются, для чего нужна эта служба и как она работает. В связи с этим предлагается рассмотреть некоторые основные аспекты, связанные с самим компонентом, принципами его работы и областью использования без описания ненужных и сложных технических терминов. Отдельно остановимся на возможных ошибках службы и методиках их быстрого устранения.

Удаленные процедуры (вызов удаленных процедур): что это такое?

По всей видимости, многие пользователи, исходя из названия этого служебного компонента, уже сделали вывод о том, что это такое. Действительно, удаленные процедуры (вызов удаленных процедур) подразумевают какие-то действия при выполнении их не на локальном компьютере, а на удаленном (чаще всего на сервере).

То есть запрос формируется на одном терминале, затем передается на другой, где и выполняется, после чего на первый компьютер возвращается ответ (отчет) о выполнении. Но это только примитивное пояснение. На самом деле, все намного сложнее, поскольку здесь нужно учитывать протоколы передачи данных (UDP, TCP, HTTP) и многие другие механизмы.

Для чего нужна эта служба?

Несмотря на основное предназначение, удаленный вызов процедур RPC может применяться не на разных компьютерах, а на одном. В качестве самого простого примера можно привести вызов какой-то функции одной программы из другого приложения. Многие музыканты, работающие с виртуальными студиями и секвенсорами, знают, что в каждом таком приложении имеется собственный модуль редактирования или обработки аудио, который не всегда отвечает предъявляемым пользователем требованиям. И любая студия позволяет вместо него подключить любую другую внешнюю программу.

Например, в настройках секвенсора FL Studio можно указать другое приложение (скажем, Adobe Audition), которое для редактирования звуковых файлов (сэмплов) в среде основной программы будет использоваться по умолчанию. При этом подключение Adobe Audition к FL Studio будет осуществляться не через виртуальные хосты вроде VST, RTAS или DX, а непосредственно через задействование службы удаленного вызова процедур. Само собой разумеется, что этот пример не единственный, поскольку область применения описываемого компонента гораздо шире.

Очень часто данную службу связывают еще и с распределением вычислительной нагрузки на терминалы, между которыми устанавливается интерактивная связь. При этом, если производится равномерное распределение нагрузки на вычислительные ресурсы нескольких компьютеров, достичь максимальной производительности можно только при условии обмена небольшими объемами данных и быстрым откликом между компонентами.

Сбой при удаленном вызове процедуры: в чем причина?

К сожалению, из-за такой востребованности, появление сбоев и ошибок, связанных с этой службой, - достаточно частое явление.

Вследствие этого становится невозможным не только использование самого компонента. Иногда даже не удается получить доступ к некоторым системным настройкам, а Windows ХР так и вовсе «слетает», после чего восстановить ее до нормального работоспособного состояния бывает достаточно проблематично. Еще одна проблема - инструмент онлайн-восстановления DISM, входящий в состав операционной системы.

Именно с нарушениями в его работе связывают появление ошибки 1726, которая непосредственно влияет и на функционирование компонентов службы RPC.

Основными причинами таких сбоев называют вызов средств проверки или восстановления системы, когда процесс DISM активен или не может корректно завершить работу (например, при одновременном старте из двух командных консолей инструментов DISM и SFC); когда служба работает параллельно с обслуживанием компонентов RPC; когда служба блокируется антивирусным программным обеспечением.

Таким образом, если наблюдается сбой при удаленном вызове процедур в Windows 7 и выше, первое, что нужно сделать, - завершить работу DISM, перезагрузить компьютер и запустить службу заново. Если это не поможет, можно попытаться перейти в безопасный режим и на время проведения восстановления полностью отключить антивирусную защиту. На дополнительных мерах, которые помогают исправить любой сбой при удаленном вызове процедуры и в любой модификации Windows, остановимся отдельно. Пока же посмотрим на вопросы, связанные с отключением этого системного компонента (увы, но многие пользователи, не знающие сути вопроса, пытаются заниматься именно такими вещами).

Можно ли отключить службу RPC?

Итак, давайте посмотрим, насколько реально деактивировать вызов удаленных процедур. Удаленные процедуры, исходя из рекомендаций разработчиков, отключать нельзя ни в коем случае. Это важно! В принципе, сама сделать этого не позволит. Есть, конечно, некоторые обходные пути, подразумевающие использование дополнительного программного обеспечения, но по понятным причинам, названия таких приложений не приводятся, поскольку при их неправильном использовании вся система может прийти в негодность.

Последствия отключения процессов RPC

Даже если пользователю удастся каким-то образом отключить удаленные процедуры (вызов удаленных процедур), последствия, к сожалению, могут быть самыми непредсказуемыми. Как уже говорилось, Windows XP может вообще перестать работать, а в ОС рангом выше, как следствие, может появиться огромное количество системных сбоев, которые устранить не получится хотя бы по причине отсутствия доступа к критически важным настройкам и параметрам Windows, причем, даже в безопасном режиме или при старте со съемного носителя. Тем не менее, сбой при вызове удаленных процедур в Windows 10 или более ранних версиях операционной системы исправить можно. Метод не самый простой, поэтому при его использовании нужно быть очень внимательным.

Отключение локатора удаленного доступа

Итак, основную службу RPC отключать нельзя. Но, может быть, есть смысл деактивировать некоторые из ее сопутствующих компонентов? Да, действительно, если зайти в раздел системных служб и их компонентов (services.msc), в нем можно найти так называемый локатор RPC.

А вот его можно деактивировать, совершенно не опасаясь за появление катастрофических последствий. Войдя в редактирование его параметров, нужно остановить работу компонента и выставить тип запуска на отключенный. Программы, которые могут использовать удаленные процедуры, вызов удаленных процедур произведут и так (без его помощи).

Если по каким-то причинам установленные параметры не сработают, можно воспользоваться установочным диском Windows, при загрузке с него вызвать командную строку и вписать следующее:

cd X:\i386 (X - буква съемного диска);
expand explorer.ex_ %TEMP%\explorer.exe;
expand svchost.ex_ %TEMP%\svchost.exe.

После перезагрузки вызывается «Диспетчер задач», и в нем завершается затем в командной строке прописывается сочетание copy %TEMP%\explorer.exe %SYSTEMROOT% /y, после чего в «Диспетчере задач» завершаются абсолютно все процессы svchost. Теперь следует быть особо внимательным, поскольку по завершении процессов в течение всего лишь шестидесяти секунд в командной консоли нужно успеть прописать команду copy %TEMP%\svchost.exe %systemroot%\system32 /y.

Если у пользователя, например, в обычном или в безопасном режиме есть доступ к системному реестру, в редакторе (regedit) в ветке HKCC необходимо найти параметр CSConfigFlags и присвоить ему значение в виде нуля.

Устранение сбоя 1726

Наконец, устранение ошибки 1726 также производится через реестр. Но в данном случае в ветке HKLM нужно найти каталог RpcSs, а справа отредактировать значение параметра Start.

Его нужно поменять с четверки, обычно устанавливаемой по умолчанию, на двойку, после чего произвести рестарт системы.

Послесловие

Вот, собственно, и все, что касается вызова удаленных процедур. Удаленные процедуры, принципы работы этого компонента в расширенном варианте можно описывать еще очень долго, но упор в представленном материале был сделан на общем ознакомлении со службой и некоторых методах устранения ошибок и сбоев, которые она может вызывать в компьютерной системе. Рядовым пользователям придется запастись терпением и быть очень внимательными, поскольку одно неправильное действие в реестре может привести к полному крашу операционной системы.

Обратите внимание, что сбои такого типа никакими другими средствами вроде программ-оптимизаторов и настройщиков параметров операционных систем Windows не устраняются. При всем желании ни командная строка, ни, тем более, вмешательство в реестр на уровне редактирования ключей в таких программных пакетах не предусмотрено.

Программы, общающиеся через сеть, нуждаются в механизме связи. На нижнем уровне по поступлении пакетов подается сигнал, обрабатываемый сетевой программой обработки сигналов. На верхнем уровне работает механизм rendezvous (рандеву), принятый в языке Ада. В NFS используется механизм вызова удаленных процедур (RPC), в котором клиент взаимодействует с сервером (см. Рисунок 1). В соответствии с этим процессом клиент сначала обращается к процедуре, посылающей запрос на сервер. По прибытии пакета с запросом сервер вызывает процедуру его вскрытия, выполняет запрашиваемую услугу, посылает ответ, и управление возвращается клиенту.

Интерфейс RPC можно представить состоящим из трех уровней:

Верхний уровень полностью "прозрачен". Программа этого уровня может, например, содержать обращение к процедуре rnusers(), возвращающей число пользователей на удаленной машине. Вам не нужно знать об использовании механизма RPC, поскольку вы делаете обращение в программе.

Средний уровень предназначен для наиболее общих приложений. RPC-вызовами на этом уровне занимаются подпрограммы registerrpc() и callrpc(): registerrpc() получает общесис темный код, а callrpc() исполняет вызов удаленной процедуры. Вызов rnusers() реализуется с помощью этих двух подпрограмм.

Нижний уровень используется для более сложных задач, изменяющих умолчания на значения параметров процедур. На этом уровне вы можете явно манипулировать гнездами, используемыми для передачи RPC-сообщений.

Как правило, вам следует пользоваться верхним уровнем и избегать использования нижних уровней без особой необходимости.

Несмотря на то, что в данном руководстве мы рассматриваем интерфейс только на Си, обращение к удаленным процедурам может быть сделано из любого языка. Работа механизма RPC для организации взаимодействия между процессами на разных машинах не отличается от его работы на одной машине.

RPC (Remote Procedure Call, Сервис вызова удаленных процедур) представляет собой интерфейс между удаленными пользователями и определенными программами хоста, которые запускаются по запросам этих пользователей. Сервис RPC какого-либо хоста, как правило, предоставляет клиентам комплекс программ. Каждая из таких программ состоит, в свою очередь, из одной или нескольких удаленных процедур. Например, сервис удаленной файловой системы NFS, который построен на вызовах RPC, может состоять только из двух программ: например, одна программа взаимодействует с высокоуровневыми пользовательскими интерфейсами, а другая - с низкоуровневыми функциями ввода-вывода.

В каждом вызове удаленной процедуры участвуют две стороны: активный клиент, который отправляет запрос вызова процедуры на сервер, и сервер, который отправляет клиенту ответ.

Примечание. Следует иметь в виду, что термины "клиент" и "сервер" в данном случае относятся к определенной транзакции Конкретный хост или программное обеспечение (процесс или программа) могут работать как в роли клиента, так и в роли сервера. Например, программа, которая обеспечивает работу сервиса удаленных процедур, в то же время может быть клиентом в работе с сетевой файловой системой.

Протокол RPC построен на модели вызовов удаленных процедур, подобному механизму вызовов локальных процедур. При вызове локальной процедуры вы помещаете аргументы в определенное место памяти, в стек или переменные окружения и передаете управление процессом по определенному адресу. После завершения работы вы читаете результаты по конкретному адресу и продолжаете свой процесс.

В случае работы с удаленной процедурой, основное отличие состоит в том, что вызов удаленной функции обслуживают два процесса: клиентский процесс и серверный процесс.

Процесс клиента отправляет серверу сообщение, в которое включены параметры вызываемой процедуры и ожидает ответного сообщения с результатами ее работы. При получении ответа результат считывается, и процесс продолжает работу. Со стороны сервера процесс-обработчик вызовов находится в состоянии ожидания, и, при поступлении сообщения, считывает параметры процедуры, выполняет ее, отправляет ответ и становится в состояние ожидания следующего вызова.

RPC-протокол не накладывает каких-либо требований на дополнительные связи между процессами и не требует синхронности выполняемых функций, т. е. вызовы могут быть асинхронными и взамонезависимыми, так что клиент во время ожидания ответа может выполнять другие процедуры. Сервер RPC может выделять для каждой функции отдельный процесс или виртуальную машину, поэтому, не дожидаясь окончания работы предыдущих запросов, сразу же может принимать следующие.

Однако между вызовами локальных и удаленных процедур есть несколько важных отличий:

1. Обработка ошибок. Клиент в любом случае должен получать уведомление об ошибках, возникающих при вызовах удаленных процедур на сервере или в сети.

2. Глобальные переменные. Поскольку сервер не имеет доступа к адресному пространству клиента, при вызовах удаленных процедур нельзя использовать скрытые параметры в виде глобальных переменных.

3. Производительность. Скорость выполнения удаленных процедур, как правило на один или два порядка ниже скорости выполнения аналогичных локальных процедур.

4. Аутентификация. Поскольку вызовы удаленных процедур происходят по сети, необходимо использовать механизмы аутентификации клиента.

Принципы построения протокола.

Протокол RPC может использовать несколько различных транспортных протоколов. В обязанности RPC-протокола входит только обеспечение стандартов и интерпретация передачи сообщений. Достоверность и надежность передачи сообщений целиком обеспечивается транспортным уровнем.

Однако RPC может контролировать выбор и некоторые функции транспортного протокола. В качестве примера взаимодействия между RPC и транспортным протоколом рассмотрим процедуру назначения RPC-порта работы прикладного процесса через RPC - Portmapper .

Эта функция динамически (по запросу) назначает соединению RPC определенный порт. Функция Portmapper используется довольно часто, поскольку набор зарезервированных для RPC транспортных портов ограничен, а количество процессов, которые потенциально могут одновременно работать очень высоко. Portmapper , например, вызывается при выборе портов взаимодействия клиента и сервера системы NFS.

Сервис Portmapper использует механизм широковещательных сообщений RPC на определенный порт - III. На этот порт клиент отправляет широковещательное сообщение запроса порта определенного сервиса RPC. Сервис Portmapper обрабатывает таксе сообщение, определяет адрес локального сервиса RPC и отправляет клиенту ответ. Сервис RPC Portmapper может работать как с TCP, так и с UDP-протоколами.

RPC может работать с различными транспортными протоколами, но никогда не дублирует их функции, т. е. если RPC работает поверх TCP, все заботы о надежности и достоверности соединения RPC возлагает на TCP. Однако, если протокол RPC установлен поверх UDP, он может обеспечивать дополнительные собственные функции обеспечения гарантированной доставки сообщений.

Примечание. Прикладные задачи могут рассматривать RPC-протокол как определенную процедуру вызова функции по сети JSR (Jump Subroutine Instruction).

Для работы RPC-протокола необходимо выполнение следующих условий:

1. Уникальная идентификации всех удаленно вызываемых процедур на данном хосте. RPC-запросы содержат три поля идентификаторов - номер удаленной программы (сервиса), номер версии удаленной программы и номер удаленной процедуры указанной программы. Номер программы назначается производителем сервиса, номер процедуры указывает на конкретную функцию данного сервиса

2. Идентификация версии RPC-протокола. RPC-сообщения содержат поле версии RPC-протокола. Она используется для согласования форматов передаваемых параметров при работе клиента с различными версиями RPC.

3. Предоставление механизмов аутентификации клиента на сервере. RPC-протокол обеспечивает процедуру аутентификации клиента в сервисе, и, в случае необходимости, при каждом запросе или отправке ответа клиенту. Кроме того, RPC позволяет использовать различные дополнительные механизмы безопасности.

RPC может использовать четыре типа механизмов аутентификации:

AUTH_NULL - без использования аутентификации

AUTH_UNIX - аутентификация по стандарту UNIX

AUTH_SHORT - аутентификация по стандарту UNIX с собственной структурой кодирования

AUTH_DES - аутентификация по стандарту DES

4. Идентификация сообщений ответа на соответствующие запросы. Ответные сообщения RPC содержат идентификатор запроса, на основании которого они были построены. Этот идентификатор можно назвать идентификатором транзакции вызова RPC. Данный механизм особенно необходим при работе в асинхронном режиме и при выполнении последовательности из нескольких RPC-вызовов.

5. Идентификация ошибок работы протокола. Все сетевые или серверные ошибки имеют уникальные идентификаторы, по которым каждый из участников соединения может определить причину сбоя в работе.

Структуры сообщений протокола

При передаче RPC-сообщений поверх транспортного протокола, несколько RPC-сообщений могут располагаться внутри одного транспортного пакета. Для того чтобы отделять одно сообщение от другого, используется маркер записи (RM - Record Marker). Каждое RPC-сообщение "маркируется" ровно одним RM.

RPC-сообщение может состоять из нескольких фрагментов. Каждый фрагмент состоит из четырех байт заголовка и (от 0 до 2**31-1) данных. Первый бит заголовка указывает, является ли данный фрагмент последним, а остальные 31 бит указывают длину пакета данных.

Структура RPC формально описана на языке описания и представления форматов данных - XDR с дополнениями, касающимися описания процедур. Можно даже сказать, что язык описания RPC является расширением XDR, дополненным работой с процедурами.

Структура RPC-пакета выглядит следующим образом:

struct rpc_msg {

unsigned int xid;

union switch (msg_type mtype) {

call_body cbody;

reply body rbody;

где xid - идентификатор текущей транзакции, call_body - пакет запроса, reply_body - пакет ответа. Структура запроса выглядит примерно так:

struct call body {

unsigned int rpcvers;

unsigned int prog;

unsigned int vers;

unsigned int proc;

opaque_auth cred;

opaque_auth verf;

/* procedure parameters */

Структура ответа (reply_body) может содержать либо структуру, передаваемую в случае ошибки (тогда она содержит код ошибки), либо структуру успешной обработки запроса (тогда она содержит возвращаемые данные).

Программный интерфейс высокого уровня.

Использование подпрограмм в программе - традиционный способ структурировать задачу, сделать ее более ясной. Наиболее часто используемые подпрограммы собираются в библиотеки, где могут использоваться различными программами. В данном случае речь идет о локальном (местном) вызове, т. е. и вызывающий, и вызываемый объекты работают в рамках одной программы на одном компьютере.

В случае удаленного вызова процесс, выполняющийся на одном компьютере, запускает процесс на удаленном компьютере (т. е. фактически запускает код процедуры на удаленном компьютере). Очевидно, что удаленный вызов процедуры существенным образом отличается от традиционного локального, однако с точки зрения программиста такие отличия практически отсутствуют, т. е. архитектура удаленного вызова процедуры позволяет сымитировать вызов локальной.

Однако если в случае локального вызова программа передает параметры в вызываемую процедуру и получает результат работы через стек или общие области памяти, то в случае удаленного вызова передача параметров превращается в передачу запроса по сети, а результат работы находится в пришедшем отклике.

Данный подход является возможной основой создания распределенных приложений, и хотя многие современные системы не используют этот механизм, основные концепции и термины во многих случаях сохраняются. При описании механизма RPC мы будем традиционно называть вызывающий процесс - клиентом, а удаленный процесс, реализующий процедуру, - сервером.

Удаленный вызов процедуры включает следующие шаги:

1. Программа-клиент производит локальный вызов процедуры, называемой заглушкой (stub). При этом клиенту "кажется", что, вызывая заглушку, он производит собственно вызов процедуры-сервера. И действительно, клиент передает заглушке необходимые параметры, а она возвращает результат. Однако дело обстоит не совсем так, как это себе представляет клиент. Задача заглушки - принять аргументы, предназначаемые удаленной процедуре, возможно, преобразовать их в некий стандартный формат и сформировать сетевой запрос. Упаковка аргументов и создание сетевого запроса называется сборкой (marshalling).

2. Сетевой запрос пересылается по сети на удаленную систему. Для этого в заглушке используются соответствующие вызовы, например, рассмотренные в предыдущих разделах. Заметим, что при этом могут быть использованы различные транспортные протоколы, причем не только семейства TCP/IP.

3. На удаленном хосте все происходит в обратном порядке. Заглушка сервера ожидает запрос и при получении извлекает параметры - аргументы вызова процедуры. Извлечение (unmarshalling) может включать необходимые преобразования (например, изменения порядка расположения байтов).

4. Заглушка выполняет вызов настоящей процедуры-сервера, которой адресован запрос клиента, передавая ей полученные по сети аргументы.

5. После выполнения процедуры управление возвращается в заглушку сервера, передавая ей требуемые параметры. Как и заглушка клиента; заглушка сервера преобразует возвращенные процедурой значения, формируя сетевое сообщение-отклик, который передается по сети системе, от которой пришел запрос.

6. Операционная система передает полученное сообщение заглушке клиента, которая, после необходимого преобразования, передает значения (являющиеся значениями, возвращенными удаленной процедурой) клиенту, воспринимающему это как нормальный возврат из процедуры.

Таким образом, с точки зрения клиента, он производит вызов удаленной процедуры, как он это сделал бы для локальной. То же самое можно сказать и о сервере: вызов процедуры происходит стандартным образом, некий объект (заглушка сервера) производит вызов локальной процедуры и получает возвращенные ею значения. Клиент воспринимает заглушку как вызываемую процедуру-сервер, а сервер принимает собственную заглушку за клиента.

Таким образом, заглушки составляют ядро системы RPC, отвечая за все аспекты формирования и передачи сообщений между клиентом и удаленным сервером (процедурой), хотя и клиент и сервер считают, что вызовы происходят локально. В этом-то и состоит основная концепция RPC - полностью спрятать распределенный (сетевой) характер взаимодействия в коде заглушек. Преимущества такого подхода очевидны: и клиент и сервер являются независимыми от сетевой реализации, оба они работают в рамках некой распределенной виртуальной машины, и вызовы процедур имеют стандартный интерфейс.

Передача параметров

Передача параметров-значений не вызывает особых трудностей. В этом случае заглушка клиента размещает значение параметра в сетевом запросе возможно, выполняя преобразования к стандартному виду (например, изменяя порядок следования байтов). Гораздо сложнее обстоит дело с передачей указателей, когда параметр представляет собой адрес данных, а не их значение. Передача в запросе адреса лишена смысла, так как удаленная процедура выполняется в совершенно другом адресном пространстве. Самым простым решением, применяемым в RPC, является запрет клиентам передавать параметры иначе, как по значению, хотя это, безусловно, накладывает серьезные ограничения.

Связывание (binding)

Прежде чем клиент сможет вызвать удаленную процедуру, необходимо связать его с удаленной системой, располагающей требуемым сервером. Таким образом, задача связывания распадается на две:

Нахождение удаленного хоста с требуемым сервером

Нахождение требуемого серверного процесса на данном хосте

Для нахождения хоста могут использоваться различные подходы. Возможный вариант - создание некоего централизованного справочника, в котором хосты анонсируют свои серверы, и где клиент при желании может выбрать подходящие для него хост и адрес процедуры.

Каждая процедура RPC однозначно определяется номером программы и процедуры. Номер программы определяет группу удаленных процедур, каждая из которых имеет собственный номер. Каждой программе также присваивается номер версии, так что при внесении в программу незначительных изменений (например, при добавлении процедуры) отсутствует необходимость менять ее номер. Обычно несколько функционально сход-ных процедур реализуются в одном программном модуле, который при запуске становится сервером этих процедур, и который идентифицируется номером программы.

Таким образом, когда клиент хочет вызвать удаленную процедуру, ему необходимо знать номера программы, версии и процедуры, предоставляющей требуемый сервис.

Для передачи запроса клиенту также необходимо знать сетевой адрес хоста и номер порта, связанный с программой-сервером, обеспечивающей требуемые процедуры. Для этого используется демон portmap(IM) (в некоторых системах он называется rpcbind(IM)). Демон запускается на хосте, который предоставляет сервис удаленных процедур, и использует общеизвестный номер порта. При инициализации процесса-сервера он регистрирует в portmap(IM) свои процедуры и номера портов. Теперь, когда клиенту требуется знать номер порта для вызова конкретной процедуры, он посылает запрос на сервер portmap(IM), который, в свою очередь, либо возвращает номер порта, либо перенаправляет запрос непосредственно серверу удаленной процедуры и после ее выполнения возвращает клиенту отклик. В любом случае, если требуемая процедура существует, клиент получает от сервера portmap(IM) номер порта процедуры, и дальнейшие запросы может делать уже непосредственно на этот порт.

Обработка особых ситуаций (exception)

Обработка особых ситуаций при вызове локальных процедур не представляет особой проблемы. UNIX обеспечивает обработку ошибок процессов таких как деление на ноль, обращение к недопустимой области памяти и т. д. В случае вызова удаленной процедуры вероятность возникновения ошибочных ситуаций увеличивается. К ошибкам сервера и заглушек добавляются ошибки, связанные, например, с получением ошибочного сетевого сообщения.

Например, при использовании UDP в качестве транспортного протокола производится повторная передача сообщений после определенного тайм-аута. Клиенту возвращается ошибка, если, спустя определенное число попыток, отклик от сервера так и не был получен. В случае, когда используется протокол TCP, клиенту возвращается ошибка, если сервер оборвал TCP-соединение.

Семантика вызова

Вызов локальной процедуры однозначно приводит к ее выполнению после чего управление возвращается в головную программу. Иначе дело обстоит при вызове удаленной процедуры. Невозможно установить, когда конкретно будет выполняться процедура, будет ли она выполнена вообще, а если будет, то какое число раз? Например, если запрос будет получен удаленной системой после аварийного завершения программы сервера, процедура не будет выполнена вообще. Если клиент при неполучении отклика после определенного промежутка времени (тайм-аута) повторно посылает запрос, то может создаться ситуация, когда отклик уже передается по сети, а повторный запрос вновь принимается на обработку удаленной процедурой. В этом случае процедура будет выполнена несколько раз.

Таким образом, выполнение удаленной процедуры можно характеризовать следующей семантикой:

- Один и только один раз. Данного поведения (в некоторых случаях наиболее желательного) трудно требовать ввиду возможных аварий сервера.

- Максимум раз. Это означает, что процедура либо вообще не была выполнена, либо была выполнена только один раз. Подобное утверждение можно сделать при получении ошибки вместо нормального отклика.

- Хотя бы раз. Процедура наверняка была выполнена один раз, но возможно и больше. Для нормальной работы в такой ситуации удаленная процедура должна обладать свойством идемпотентности (от англ. idemponent). Этим свойством обладает процедура, многократное выполнение которой не вызывает кумулятивных изменений. Например, чтение файла идемпотентно, а добавление текста в файл - нет.

Представление данных

Когда клиент и сервер выполняются в одной системе на одном компьютере, проблем с несовместимостью данных не возникает. И для клиента и для сервера данные в двоичном виде представляются одинаково. В случае удаленного вызова дело осложняется тем, что клиент и сервер могут выполняться на системах с различной архитектурой, имеющих различное представление данных (например, представление значения с плавающей точкой, порядок следования байтов и т. д.)

Большинство реализаций системы RPC определяют некоторые стандартные виды представления данных, к которым должны быть преобразованы все значения, передаваемые в запросах и откликах.

Например, формат представления данных в RPC фирмы Sun Microsystems следующий:

Порядок следования байтов - Старший - последний

Представление значений с плавающей точкой - IEEE

Представление символа - ASCII

По своей функциональности система RPC занимает промежуточное место между уровнем приложения и транспортным уровнем. В соответствии с моделью OSI этому положению соответствуют уровни представления и сеанса. Таким образом, RPC теоретически независим от реализации сети, в частности, от сетевых протоколов транспортного уровня.

Программные реализации системы, как правило, поддерживают один или два протокола. Например, система RPC разработки фирмы Sun Microsystems поддерживает передачу сообщений с использованием протоколов TCP и UDP. Выбор того или иного протокола зависит от требований приложения. Выбор протокола UDP оправдан для приложений, обладающих следующими характеристиками:

Вызываемые процедуры идемпотентны

Размер передаваемых аргументов и возвращаемого результата меньше размера пакета UDP - 8 Кбайт.

Сервер обеспечивает работу с несколькими сотнями клиентов. Поскольку при работе с протоколами TCP сервер вынужден поддерживать соединение с каждым из активных клиентов, это занимает значительную часть его ресурсов. Протокол UDP в этом отношении является менее ресурсоемким

С другой стороны, TCP обеспечивает эффективную работу приложений со следующими характеристиками:

Приложению требуется надежный протокол передачи

Вызываемые процедуры неидемпонентны

Размер аргументов или возвращаемого результата превышает 8 Кбайт

Выбор протокола обычно остается за клиентом, и система по-разному организует формирование и передачу сообщений. Так, при использовании протокола TCP, для которого передаваемые данные представляют собой поток байтов, необходимо отделить сообщения друг от друга. Для этого например, применяется протокол маркировки записей, описанный в RFC1057 "RPC: Remote Procedure Call Protocol specification version 2", при котором в начале каждого сообщения помещается 32-разрядное целое число, определяющее размер сообщения в байтах.

По-разному обстоит дело и с семантикой вызова. Например, если RPC выполняется с использованием ненадежного транспортного протокола (UDP), система выполняет повторную передачу сообщения через короткие промежутки времени (тайм-ауты). Если приложение-клиент не получает отклик, то с уверенностью можно сказать, что процедура была выполнена ноль или большее число раз. Если отклик был получен, приложение может сделать вывод, что процедура была выполнена хотя бы однажды. При использовании надежного транспортного протокола (TCP) в случае получения отклика можно сказать, что процедура была выполнена один раз. Если же отклик не получен, определенно сказать, что процедура выполнена не была, нельзя3.

Как это работает?

По существу, собственно система RPC является встроенной в программу-клиент и программу-сервер. Отрадно, что при разработке распределенных приложений, не придется вникать в подробности протокола RPC или программировать обработку сообщений. Система предполагает существование соответствующей среды разработки, которая значительно облегчает жизнь создателям прикладного программного обеспечения. Одним из ключевых моментов в RPC является то, что разработка распределенного приложения начинается с определения интерфейса объекта - формального описания функций сервера, сделанного на специальном языке. На основании этого интерфейса затем автоматически создаются заглушки клиента и сервера. Единственное, что необходимо сделать после этого, - написать фактический код процедуры.

В качестве примера рассмотрим RPC фирмы Sun Microsystems. Система состоит из трех основных частей:

Rpcgen(1) - RPC-компилятор, который на основании описания интерфейса удаленной процедуры генерирует заглушки клиента и сервера в виде программ на языке С.

Библиотека XDR (eXternal Data Representation), которая содержит функции для преобразования различных типов данных в машинно-независимый вид, позволяющий производить обмен информацией между разнородными системами.

Библиотека модулей, обеспечивающих работу системы в целом.

Рассмотрим пример простейшего распределенного приложения для ведения журнала событий. Клиент при запуске вызывает удаленную процедуру записи сообщения в файл журнала удаленного компьютера.

Для этого придется создать как минимум три файла: спецификацию интерфейсов удаленных процедур log.x (на языке описания интерфейса), собственно текст удаленных процедур log.c и текст головной программы клиента main () - client.c (на языке С) .

Компилятор rpcgen(l) на основании спецификации log.x создает три файла: текст заглушек клиента и сервера на языке С (log clnt.c и log svc.c) и файл описаний log.h, используемый обеими заглушками.

Итак, рассмотрим исходные тексты программ.

В этом файле указываются регистрационные параметры удаленной процедуры - номера программы, версии и процедуры, а также определяется интерфейс вызова - входные аргументы и возвращаемые значения. Таким образом, определена процедура RLOG, в качестве аргумента принимающая строку (которая будет записана в журнал), а возвращаемое значение стандартно указывает на успешное или неудачное выполнение заказанной операции.

program LOG_PROG {

version LOG_VER {

int RLOG (string) = 1;

} = 0х31234567;

Компилятор rpcgen(l) создает файл заголовков log.h, где, в частности, определены процедуры:

log.h

* Please do not edit this file.

* It was generated using rpcgen.

#ifndef _LOG_H_RPCGEN

#define _LOG_H_RPCGEN

#include

/* Номер программы*/

#define LOG_PROG ((unsigned long) (0х31234567))

#define LOG_VER ((unsigned long) (1)) /*Номер версии*/

#define RLOG ((unsigned long) (1)) /*Номер процедуры*/

extern int *rlog_l () ;

/*Внутренняя процедура - нам ее использовать не придется*/ extern int log_prog_l_freeresult();

#endif /* !_LOG_H_RPCGEN */

Рассмотрим этот файл внимательно. Компилятор транслирует имя RLOG определенное в файле описания интерфейса, в rlog_1, заменяя прописные символы на строчные и добавляя номер версии программы с подчеркиванием. Тип возвращаемого значения изменился с int на int *. Таково правило - RPC позволяет передавать и получать только адреса объявленных при описании интерфейса параметров. Это же правило касается и передаваемой в качестве аргумента строки. Хотя из файла print.h это не следует, на самом деле в качестве аргумента функции rlog_l () также передается адрес строки.

Помимо файла заголовков компилятор rpcgen(l) создает модули заглушки клиента и заглушки сервера. По существу, в тексте этих файлов заключен весь код удаленного вызова.

Заглушка сервера является головной программой, обрабатывающей все сетевое взаимодействие с клиентом (точнее, с его заглушкой). Для выполнения операции заглушка сервера производит локальный вызов функции, текст которой необходимо написать:

log.c

#include

#include "log.h"

int *rlog_1 (char **arg)

/*Возвращаемое значение должно определяться как static*/

static int result;

int fd; /*Файловый дескриптор журнала*/

/*0ткроем файл журнала (создадим, если он не существует), в случае неудачи вернем код ошибки result == 1.*/

if ((fd=open("./server .log",

O_CREAT | O_RDWR | O_APPEND)) < 0) return (&result);

len = strlen(*arg);

if (write(fd, *arg, strlen(*arg)) != len)

return(&result); /*Возвращаем результат - адрес result*/

Заглушка клиента принимает аргумент, передаваемый удаленной процедуре, делает необходимые преобразования, формирует запрос на сервер portmap(1M), обменивается данными с сервером удаленной процедуры и, наконец, передает возвращаемое значение клиенту. Для клиента вызов удаленной процедуры сводится к вызову заглушки и ничем не отличается от обычного локального вызова.

client.c

#include

#include "log.h"

main(int argc, char *argv)

char *server, *mystring, *clnttime;

if (argc != 2) {

fprintf(stderr, "Формат вызова: %s Адрес_хоста\n",

/*Получим дескриптор клиента. В случае неудачи - сообщим о

невозможности установления связи с сервером*/

if ((с1 = clnt_create (server,

LOG_PROG, LOG_VER, "udp")) == NULL) {

clnt_pcreateerror (server);

/*Выделим буфер для строки*/

mystring = (char *)malloc (100);

/*Определим время события*/

bintime = time ((time_t *) NULL);

clnttime = ctime(&bintime);

sprintf (mystring, "%s - Клиент запущен", clnttime);

/*Передадим сообщение для журнала - время начала работы клиента. В случае неудачи - сообщим об ошибке*/

if ((result = rlog_l(&mystring, cl)) == NULL) {

fprintf(stderr, "error2\n");

clnt_perror(cl, server);

/*B случае неудачи на удаленном компьютере сообщим об ошибке*/

if (*result !=0)

fprintf(stderr, "Ошибка записи в журнал\n");

/*0свободим дескриптор*/

cint destroy(cl);

Заглушка клиента log_clnt.c компилируется с модулем client.c для получения исполняемой программы клиента.

cc -о rlog client.c log_clnt.c -Insl

Заглушка сервера log_svc.c и процедура log.c компилируются для получения исполняемой программы сервера.

cc -о logger log_svc.c log.c -Insl

Теперь на некотором хосте server.nowhere.ru необходимо запустить серверный процесс:

После чего при запуске клиента rlog на другой машине сервер добавит соответствующую запись в файл журнала.

Схема работы RPC в этом случае приведена на рис. 1. Модули взаимодействуют следующим образом:

1. Когда запускается серверный процесс, он создает сокет UDP и связывает любой локальный порт с этим сокетом. Далее сервер вызывает библиотечную функцию svc_register(3N) для регистрации номеров программы и ее версии. Для этого функция обращается к процессу portmap(IM) и передает требуемые значения. Сервер portmap(IM) обычно запускается при инициализации системы и связывается с некоторым общеизвестным портом. Теперь portmap(3N) знает номер порта для нашей программы и версии. Сервер же ожидает получения запроса. Заметим, что все описанные действия производятся заглушкой сервера, созданной компилятором rpcgen(IM).

2. Когда запускается программа rlog, первое, что она делает, - вызывает библиотечную функцию clnt_create(3N), указывая ей адрес удаленной системы, номера программы и версии, а также транспортный протокол. Функция направляет запрос к серверу portmap(IM) удаленной системы server.nowhere.m и получает номер удаленного порта для сервера журнала.

3. Клиент вызывает процедуру rlog_1 () , определенную в заглушке клиента, и передает управление заглушке. Та, в свою очередь, формирует запрос (преобразуя аргументы в формат XDR) в виде пакета UDP и направляет его на удаленный порт, полученный от сервера portmap(IM). Затем она некоторое время ожидает отклика и в случае неполучения повторно отправляет запрос. При благоприятных обстоятельствах запрос принимается сервером logger (модулем заглушки сервера). Заглушка определяет, какая именно функция была вызвана (по номеру процедуры), и вызывает функцию rlog_1 () модуля log.c. После возврата управления обратно в заглушку последняя преобразует возвращенное функцией rlog_1 () значение в формат XDR, и формирует отклик также в виде пакета UDP. После получения отклика заглушка клиента извлекает возвращенное значение, преобразует его и возвращает в головную программу клиента.

Вызов удаленных процедур (RPC) Концепция удаленного вызова процедур

Характерными чертами вызова локальных процедур являются:

Асимметричность, то есть одна из взаимодействующих сторон является инициатором; Синхронность, то есть выполнение вызывающей процедуры при останавливается с момента выдачи запроса и возобновляется только после возврата из вызываемой процедуры.

Базовые операции RPC

Count=read (fd,buf,nbytes);

где fd - целое число,
buf - массив символов,
nbytes - целое число.

Рис. 3.1. а) Стек до выполнения вызова read;
б) Стек во время выполнения процедуры;
в) Стек после возврата в вызывающую программу

RPC достигает прозрачности следующим путем. Когда вызываемая процедура действительно является удаленной, в библиотеку помещается вместо локальной процедуры другая версия процедуры, называемая клиентским стабом (stub - заглушка). Подобно оригинальной процедуре, стаб вызывается с использованием вызывающей последовательности (как на рисунке 3.1), так же происходит прерывание при обращении к ядру. Только в отличие от оригинальной процедуры он не помещает параметры в регистры и не запрашивает у ядра данные, вместо этого он формирует сообщение для отправки ядру удаленной машины.

Этапы выполнения RPC

Взаимодействие программных компонентов при выполнении удаленного вызова процедуры иллюстрируется рисунком 3.2. После того, как клиентский стаб был вызван программой-клиентом, его первой задачей является заполнение буфера отправляемым сообщением. В некоторых системах клиентский стаб имеет единственный буфер фиксированной длины, заполняемый каждый раз с самого начала при поступлении каждого нового запроса. В других системах буфер сообщения представляет собой пул буферов для отдельных полей сообщения, причем некоторые из этих буферов уже заполнены. Этот метод особенно подходит для тех случаев, когда пакет имеет формат, состоящий из большого числа полей, но значения многих из этих полей не меняются от вызова к вызову.

Рис. 3.2. Remote Procedure Call

На стороне сервера поступающие биты помещаются принимающей аппаратурой либо во встроенный буфер, либо в оперативную память. Когда вся информация будет получена, генерируется прерывание. Обработчик прерывания проверяет правильность данных пакета и определяет, какому стабу следует их передать. Если ни один из стабов не ожидает этот пакет, обработчик должен либо поместить его в буфер, либо вообще отказаться от него. Если имеется ожидающий стаб, то сообщение копируется ему. Наконец, выполняется переключение контекстов, в результате чего восстанавливаются регистры и карта памяти, принимая те значения, которые они имели в момент, когда стаб сделал вызов receive.

Рисунок 3.3 показывает последовательность команд, которую необходимо выполнить для каждого RPC-вызова, а рисунок 3.4 - какая доля общего времени выполнения RPC тратится на выполнение каждого их описанных 14 этапов. Исследования были проведены на мультипроцессорной рабочей станции DEC Firefly, и, хотя наличие пяти процессоров обязательно повлияло на результаты измерений, приведенная на рисунке гистограмма дает общее представление о процессе выполнения RPC.

Рис. 3.3. Этапы выполнения процедуры RPC

Рис. 3.4. Распределение времени между 14 этапами выполнения RPC

1. Вызов стаба

2. Подготовить буфер

3. Упаковать параметры

4. Заполнить поле заголовка

5. Вычислить контрольную сумму в сообщении

6. Прерывание к ядру

7. Очередь пакета на выполнение

8. Передача сообщения контроллеру по шине QBUS

9. Время передачи по сети Ethernet

10. Получить пакет от контроллера

11. Процедура обработки прерывания

12. Вычисление контрольной суммы

13. Переключение контекста в пространство пользователя

14. Выполнение серверного стаба

Динамическое связывание

Рассмотрим вопрос о том, как клиент задает месторасположение сервера. Одним из методов решения этой проблемы является непосредственное использование сетевого адреса сервера в клиентской программе. Недостаток такого подхода - его чрезвычайная негибкость: при перемещении сервера, или при увеличении числа серверов, или при изменении интерфейса во всех этих и многих других случаях необходимо перекомпилировать все программы, которые использовали жесткое задание адреса сервера. Для того, чтобы избежать всех этих проблем, в некоторых распределенных системах используется так называемое динамическое связывание.

Начальным моментом для динамического связывания является формальное определение (спецификация) сервера. Спецификация содержит имя файл-сервера, номер версии и список процедур-услуг, предоставляемых данным сервером для клиентов (рисунок 3.5). Для каждой процедуры дается описание ее параметров с указанием того, является ли данный параметр входным или выходным относительно сервера. Некоторые параметры могут быть одновременно входными и выходными - например, некоторый массив, который посылается клиентом на сервер, модифицируется там, а затем возвращается обратно клиенту (операция copy/ restore).

Рис. 3.5. Спецификация сервера RPC

Формальная спецификация сервера используется в качестве исходных данных для программы-генератора стабов, которая создает как клиентские, так и серверные стабы. Затем они помещаются в соответствующие библиотеки. Когда пользовательская (клиентская) программа вызывает любую процедуру, определенную в спецификации сервера, соответствующая стаб-процедура связывается с двоичным кодом программы. Аналогично, когда компилируется сервер, с ним связываются серверные стабы.

При запуске сервера самым первым его действием является передача своего серверного интерфейса специальной программе, называемой binder"ом. Этот процесс, известный как процесс регистрации сервера, включает передачу сервером своего имени, номера версии, уникального идентификатора и описателя местонахождения сервера. Описатель системно независим и может представлять собой IP, Ethernet, X.500 или еще какой-либо адрес. Кроме того, он может содержать и другую информацию, например, относящуюся к аутентификации.

Когда клиент вызывает одну из удаленных процедур первый раз, например, read, клиентский стаб видит, что он еще не подсоединен к серверу, и посылает сообщение binder-программе с просьбой об импорте интерфейса нужной версии нужного сервера. Если такой сервер существует, то binder передает описатель и уникальный идентификатор клиентскому стабу.

Клиентский стаб при посылке сообщения с запросом использует в качестве адреса описатель. В сообщении содержатся параметры и уникальный идентификатор, который ядро сервера использует для того, чтобы направить поступившее сообщение в нужный сервер в случае, если их несколько на этой машине.

Этот метод, заключающийся в импорте/экспорте интерфейсов, обладает высокой гибкостью. Например, может быть несколько серверов, поддерживающих один и тот же интерфейс, и клиенты распределяются по серверам случайным образом. В рамках этого метода становится возможным периодический опрос серверов, анализ их работоспособности и, в случае отказа, автоматическое отключение, что повышает общую отказоустойчивость системы. Этот метод может также поддерживать аутентификацию клиента. Например, сервер может определить, что он может быть использован только клиентами из определенного списка.

Однако у динамического связывания имеются недостатки, например, дополнительные накладные расходы (временные затраты) на экспорт и импорт интерфейсов. Величина этих затрат может быть значительна, так как многие клиентские процессы существуют короткое время, а при каждом старте процесса процедура импорта интерфейса должна быть снова выполнена. Кроме того, в больших распределенных системах может стать узким местом программа binder, а создание нескольких программ аналогичного назначения также увеличивает накладные расходы на создание и синхронизацию процессов.

Семантика RPC в случае отказов

В идеале RPC должен функционировать правильно и в случае отказов. Рассмотрим следующие классы отказов:

Клиент не может определить местонахождения сервера, например, в случае отказа нужного сервера, или из-за того, что программа клиента была скомпилирована давно и использовала старую версию интерфейса сервера. В этом случае в ответ на запрос клиента поступает сообщение, содержащее код ошибки. Потерян запрос от клиента к серверу. Самое простое решение - через определенное время повторить запрос. Потеряно ответное сообщение от сервера клиенту. Этот вариант сложнее предыдущего, так как некоторые процедуры не являются идемпотентными. Идемпотентной называется процедура, запрос на выполнение которой можно повторить несколько раз, и результат при этом не изменится. Примером такой процедуры может служить чтение файла. Но вот процедура снятия некоторой суммы с банковского счета не является идемпотентной, и в случае потери ответа повторный запрос может существенно изменить состояние счета клиента. Одним из возможных решений является приведение всех процедур к идемпотентному виду. Однако на практике это не всегда удается, поэтому может быть использован другой метод - последовательная нумерация всех запросов клиентским ядром. Ядро сервера запоминает номер самого последнего запроса от каждого из клиентов, и при получении каждого запроса выполняет анализ - является ли этот запрос первичным или повторным. Сервер потерпел аварию после получения запроса. Здесь также важно свойство идемпотентности, но к сожалению не может быть применен подход с нумерацией запросов. В данном случае имеет значение, когда произошел отказ - до или после выполнения операции. Но клиентское ядро не может распознать эти ситуации, для него известно только то, что время ответа истекло. Существует три подхода к этой проблеме: Ждать до тех пор, пока сервер не перезагрузится и пытаться выполнить операцию снова. Этот подход гарантирует, что RPC был выполнен до конца по крайней мере один раз, а возможно и более. Сразу сообщить приложению об ошибке. Этот подход гарантирует, что RPC был выполнен не более одного раза. Третий подход не гарантирует ничего. Когда сервер отказывает, клиенту не оказывается никакой поддержки. RPC может быть или не выполнен вообще, или выполнен много раз. Во всяком случае этот способ очень легко реализовать.

Ни один из этих подходов не является очень привлекательным. А идеальный вариант, который бы гарантировал ровно одно выполнение RPC, в общем случае не может быть реализован по принципиальным соображениям. Пусть, например, удаленной операцией является печать некоторого текста, которая включает загрузку буфера принтера и установку одного бита в некотором управляющем регистре принтера, в результате которой принтер стартует. Авария сервера может произойти как за микросекунду до, так и за микросекунду после установки управляющего бита. Момент сбоя целиком определяет процедуру восстановления, но клиент о моменте сбоя узнать не может. Короче говоря, возможность аварии сервера радикально меняет природу RPC и ясно отражает разницу между централизованной и распределенной системой. В первом случае крах сервера ведет к краху клиента, и восстановление невозможно. Во втором случае действия по восстановлению системы выполнить и возможно, и необходимо.

Клиент потерпел аварию после отсылки запроса. В этом случае выполняются вычисления результатов, которых никто не ожидает. Такие вычисления называют "сиротами". Наличие сирот может вызвать различные проблемы: непроизводительные затраты процессорного времени, блокирование ресурсов, подмена ответа на текущий запрос ответом на запрос, который был выдан клиентской машиной еще до перезапуска системы.

Как поступать с сиротами? Рассмотрим 4 возможных решения.

Уничтожение. До того, как клиентский стаб посылает RPC-сообщение, он делает отметку в журнале, оповещая о том, что он будет сейчас делать. Журнал хранится на диске или в другой памяти, устойчивой к сбоям. После аварии система перезагружается, журнал анализируется и сироты ликвидируются. К недостаткам такого подхода относятся, во-первых, повышенные затраты, связанные с записью о каждом RPC на диск, а, во-вторых, возможная неэффективность из-за появления сирот второго поколения, порожденных RPC-вызовами, выданными сиротами первого поколения. Перевоплощение. В этом случае все проблемы решаются без использования записи на диск. Метод состоит в делении времени на последовательно пронумерованные периоды. Когда клиент перезагружается, он передает широковещательное сообщение всем машинам о начале нового периода. После приема этого сообщения все удаленные вычисления ликвидируются. Конечно, если сеть сегментированная, то некоторые сироты могут и уцелеть. Мягкое перевоплощение аналогично предыдущему случаю, за исключением того, что отыскиваются и уничтожаются не все удаленные вычисления, а только вычисления перезагружающегося клиента. Истечение срока. Каждому запросу отводится стандартный отрезок времени Т, в течение которого он должен быть выполнен. Если запрос не выполняется за отведенное время, то выделяется дополнительный квант. Хотя это и требует дополнительной работы, но если после аварии клиента сервер ждет в течение интервала Т до перезагрузки клиента, то все сироты обязательно уничтожаются.

На практике ни один из этих подходов не желателен, более того, уничтожение сирот может усугубить ситуацию. Например, пусть сирота заблокировал один или более файлов базы данных. Если сирота будет вдруг уничтожен, то эти блокировки останутся, кроме того уничтоженные сироты могут остаться стоять в различных системных очередях, в будущем они могут вызвать выполнение новых процессов и т.п.