Sistemas Distribuidos

Sistemas Distribuidos

Ingeniería del Software

EUITI – UPM

Índice

RED “Retransmisión” partido N posibles “clientes” que se conectan al servidor para ver el partido Servidor, en el que

juegan los dos jugadores con el mismo teclado

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

Servidor Cliente Se crea el socket de conexion Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha El socket de conexión se queda bloqueado a la espera “Aceptando una conexión” socket() bind() listen() accept() Se crea el socket de conexión y comunicación (es el mismo) Se conecta a la direccion del servidor socket() connect()

Comunicacion Comunicacion send()

recv() send()

recv()

TCP/IP

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

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

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

Direcciones sockets

 Una direccion IP – Decimal-punto 138.100.100.1 – 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);

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

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 0-65535 Reservados 0-1024. 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

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

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)

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; }

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

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

Conexiones secuenciales

Servidor Cliente Se crea el socket de conexion Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha El socket de conexión se queda bloqueado a la espera “Aceptando una conexión” Comunicacion

Cierre del socket de comunicacion

Cierre del socket de conexion ¿Seguir aceptan do clientes ? SI NO Comunicacion Conexion Se crea el socket de conexión y comunicación Cierre 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:

Codigo

#include "Socket.h" int main() { Socket servidor; servidor.InitServer("127.0.0.1",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

ClienteN Comunicacion Conexion Se crea el socket de conexión y comunicación Cierre Servidor Cliente1 Se crea el socket de conexion Se le asigna una direccion y un puerto y se pone a la escucha El socket de conexión se queda bloqueado a la espera “Aceptando una conexión” Comunicación N ¿Seguir aceptan do clientes ? SI NO Comunicacion Conexion Se crea el socket de conexión y comunicación Cierre Comunicación 1 Socket de conexiónN Socket de conexión 1

#include "Socket.h" int main() { Socket servidor; servidor.InitServer("127.0.0.1",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

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(); }

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 //envio datos } while(1) { //accept() } while(1) { //recibir comandos Jugador1 } while(1) { //recibir comandos Jugador2 }

Escenario tipico

cliente-servidor multihilo

Aplanamiento

Arquitectura Software.



Transparencia usuario de servicios.



Creacion de una Interfaz



Polimorfismo

Programacion con RPC

Suplentes



STUBS

– Localizan el servidor – Empaquetan parametros – Envian mensaje – Esperan y desempaquetan la respuesta

Enlace dinamico (binding)



Enlace dinamico: permite localizar

objetos con nombre en un sistema

distribuido.



Tipos:

– No persistente

– Persistente

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.

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

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

– http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/TAO.html



Orbix IONA technologies

– www.iona.com



MICO

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 123.123.123.123 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("192.168.1.111"); 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; }

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 0.3 3.5” – “3.8” Respuesta

 Cada cliente conectado tendrá su propio hilo de

ejecucion.

 El hilo principal se encarga de aceptar clientes.