Remote procedure call rpc что это

RPC, Messaging, REST: Терминология

Цель данной статьи — обсудить терминологию. Статья — не о том, как и для чего, а только исключительно об использовании терминологии. Статья отражает мнение автора и не претендует на научность.

Вступление

Если вы работаете в области программирования распределенных систем или в интеграции систем, то большая часть изложенного здесь вам не в новинку.

Проблема возникает, когда встречаются люди, использующие разные технологии, и когда эти люди начинают технические разговоры. При этом часто возникает взаимное недопонимание, обусловленное терминологией. Я здесь попытаюсь свести воедино терминологии, используемые в разных контекстах.

Терминология

Четкой терминологии и классификации в этой области нет. Используемая ниже терминология является отражением модели, сложившейся у автора, то есть она строго субъективна. Любая критика и любые обсуждения приветствуются.

Я разделил терминологию на три области: RPC (Remote Procedure Call), Messaging и REST. Эти области имеют под собою исторические корни.

RPC технологии — наиболее старые технологии. Наиболее яркие представители RPC, это — CORBA и DCOM.

В те времена в основном приходилось связывать системы в быстрых и относительно надежных локальных сетях. Главная идея RPC была в том, чтобы сделать вызов удаленных систем очень похожим на вызов функций внутри программы. Вся механика удаленных вызовов пряталась от программиста. По крайней мере её пытались спрятать. Программисты во многих случаях вынуждены были работать на более глубоком уровне, где появлялись термины маршалинг (marshalling) и unmarshalling (как это по-русски?), что по сути означало сериализацию. Обычные вызовы функций внутри процессов обрабатывались на вызывающей стороне в Proxy, а на стороне системы, выполняющей функцию, в Dispatcher. В идеале ни вызывающая система, ни обрабатывающая система не занимались тонкостями передачи данных между системами. Все эти тонкости сосредотачивались в связке Proxy — Dispatcher, код которых генерировался автоматически.

Поэтому вы не заметите, не должны заметить, никакой разницы между вызовом локальной функции и вызовом удаленной функции.
Сейчас наблюдается своеобразный ренесанс RPC, наиболее яркие представители которого: Google ProtoBuf, Thrift, Avro.

Messaging

С течением времени выяснилось, что попытка оградить программиста от того, что вызываемая функция все же отличается от локальной, не привела к желаемому результату. Детали реализации и принципиальные отличия распределенных систем были слишком велики, чтобы решаться с помощью автоматически генерируемого кода Proxy. Постепенно пришло понимание, что факт того, что системы связывает ненадежная, медленная, низкоскоростная среда, должен быть явно отражен в коде программы.

Появились технологии веб-сервисов. Мы стали говорить ABC: Address, Binding, Contract. Не совсем понятно, почему появились контракты, которые по сути являются Envelope (конвертами) для входных аргументов. Контракты чаще усложняют всю модель, чем упрощают ее. Но… неважно.

Теперь программист явным образом создавал сервис (Service) или клиента (Client), вызывающего сервис. Сервис представлял из себя набор операций (Operation), каждая из которых на входе принимала запрос (Request) и выдавала ответ (Response). Клиент явным образом посылал (Sent) запрос, сервис явным образом получал (Receive) его и отвечал (Sent), высылая ответ. Клиент получал (Receive) ответ и на этом вызов завершался.

Так же, как и в RPC, где-то здесь работали Proxy и Dispatcher. И как прежде их код генерировался автоматически и программисту не надо было в нем разбираться. Разве только что, клиент явным образом использовал классы из Proxy.

Запросы и ответы явным образом преобразуются к формату, предназначенному для передачи по проводам. Чаще всего это массив байт. Преобразование называется Serialization и Deserialization и иногда прячется в коде Proxy.
Кульминация messaging проявилась в появлении парадигмы ESB (Enterprise Service Bus). Никто толком не может сформулировать, что это такое, но все сходятся на том, что данные по ESB движутся в виде сообщений.

В постоянной борьбе со сложностью кода, программисты сделали очередной шаг и создали REST.

Основной принцип REST в том, что операции-функции резко ограничили и оставили только набор операций CRUD: Create — Read — Update — Delete. В этой модели все операции всегда применяются к некоторым данным. Имеющихся в CRUD операций достаточно для большей части приложений. Так как REST технологии в большинстве случаев подразумевают использование протокола HTTP, то команды CRUD отразились на команды HTTP (Post — Get — Put — Delete). Постоянно утверждается, что REST не обязательно привязан к HTTP. Но на практике повсеместно используется отражение сигнатур операций на синтаксис HTTP команд. К примеру, вызов функции

EntityAddress ReadEntityAddress(string param1, string param2)

выразится в таком виде:

Заключение

Прежде, чем начинать дискуссию по распределенным системам или по интеграции, определитесь с терминологией. Если Proxy всегда будет означать одно и то же в разных контекстах, то, к примеру, request мало что будет значить в терминах RPC, а marshalling вызовет недоумение при обсуждении REST технологий.

Источник

Как работает RPC

Средства удаленного вызова процедур делают его пользователям, как будто клиент напрямую вызывает процедуру, расположенную в удаленной серверной программе. У каждого клиента и сервера есть свои адресные пространства; то есть каждый из них имеет свой собственный ресурс памяти, выделенный для данных, используемых процедурой. На следующем рисунке показана архитектура RPC.

Как показано на рисунке, клиентское приложение вызывает локальную процедуру-заглушку вместо фактического кода, реализующего процедуру. Заглушки компилируются и связываются с клиентским приложением. Вместо того, чтобы содержать фактический код, реализующий удаленную процедуру, код заглушки клиента:

Для вызова удаленной процедуры сервер выполняет следующие действия.

Затем выполняется удаленная процедура, которая, возможно, создает выходные параметры и возвращаемое значение. После завершения удаленной процедуры аналогичная последовательность действий возвращает клиенту данные.

Клиент завершает процесс, принимая данные по сети и возвращая их вызывающей функции.

Библиотеки времени выполнения предоставляются в двух частях: библиотеку импорта, которая связана с приложением и библиотекой времени выполнения RPC, которая реализована как библиотека динамической компоновки (DLL).

Серверное приложение содержит вызовы функций библиотеки времени выполнения сервера, которые регистрируют интерфейс сервера и позволяют серверу принимать удаленные вызовы процедур. Серверное приложение также содержит удаленные процедуры, связанные с конкретным приложением, которые вызываются клиентскими приложениями.

Источник

Remote procedure call rpc что это

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

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.

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.

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

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.

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.

Рис. 3.2. Remote Procedure Call

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.

Рис. 3.3. Этапы выполнения процедуры RPC

Рис. 3.4. Распределение времени между 14 этапами выполнения RPC

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

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

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.

Источник

13) Удаленный вызов процедур (RPC)

Что такое RPC?

Удаленный вызов процедур (RPC) — это метод межпроцессного взаимодействия. Используется для клиент-серверных приложений. Механизмы RPC используются, когда компьютерная программа вызывает выполнение процедуры или подпрограммы в другом адресном пространстве, которое закодировано как обычный вызов процедуры, при этом программист специально не кодирует детали для удаленного взаимодействия. Этот вызов процедуры также управляет транспортным протоколом низкого уровня, таким как протокол пользовательских дейтаграмм, протокол управления передачей / Интернет-протокол и т. Д. Он используется для передачи данных сообщения между программами. Полная форма RPC — Удаленный вызов процедур.

Из этого руководства по операционной системе вы узнаете:

Типы RPC

Обратный вызов RPC

Этот тип RPC обеспечивает парадигму P2P между участвующими процессами. Это помогает процессу быть как клиентом, так и сервером.

Функции Callback RPC:

Трансляция RPC

Широковещательный RPC — это запрос клиента, который транслируется в сети и обрабатывается всеми серверами, у которых есть метод обработки этого запроса.

Функции Broadcast RPC:

RPC в пакетном режиме

RPC в пакетном режиме помогает ставить в очередь отдельные запросы RPC в буфере передачи на стороне клиента, а затем отправлять их по сети одним пакетом на сервер.

Функции RPC в пакетном режиме:

Как работает RPC?

Архитектура RPC имеет в основном пять компонентов программы:

В процессе RPC выполняются следующие шаги:

Шаг 1) Клиент, заглушка клиента и один экземпляр времени выполнения RPC выполняются на клиентском компьютере.

Шаг 2) Клиент запускает процесс-заглушку клиента, передавая параметры обычным способом. Клиентская заглушка хранится в собственном адресном пространстве клиента. Он также просит локальную среду выполнения RPC отправить обратно на заглушку сервера.

Шаг 3) На этом этапе RPC доступен для пользователя путем выполнения обычной локальной процедурной калибровки. RPC Runtime управляет передачей сообщений между сетью через клиент и сервер. Он также выполняет работу по повторной передаче, подтверждению, маршрутизации и шифрованию.

Шаг 4) После завершения серверной процедуры он возвращается к заглушке сервера, которая упаковывает (маршаллы) возвращаемые значения в сообщение. Затем заглушка сервера отправляет сообщение обратно на транспортный уровень.

Шаг 5) На этом этапе транспортный уровень отправляет сообщение с результатом клиентскому транспортному уровню, который возвращает сообщение клиентской заглушке.

Шаг 6) На этом этапе клиентская заглушка демаршаллизирует (распаковывает) возвращаемые параметры в результирующем пакете, и процесс выполнения возвращается вызывающей стороне.

Характеристики RPC

Вот основные характеристики RPC:

Особенности RPC

Вот некоторые важные особенности RPC

Преимущества RPC

Вот плюсы / преимущества RPC

Недостатки RPC

Вот минусы / недостатки использования RPC:

Источник

Remote procedure call rpc что это

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

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.

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.

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

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.

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.

Рис. 3.2. Remote Procedure Call

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.

Рис. 3.3. Этапы выполнения процедуры RPC

Рис. 3.4. Распределение времени между 14 этапами выполнения RPC

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

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

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.

Источник