CORBA – Архитектура распределенных объектов

Сервер компании Epsylon Technologies

Обзор архитектуры CORBA.

Обобщенная Архитектура построения Брокеров Объектных Запросов разработана для поддержки интеграции самых разнообразных объектных систем. Спецификация CORBA устанавливает принципы создания Брокеров Объектных Запросов, которые и допускают такую интеграцию.

Запрос посылается от клиента к серверу. Клиент это приложение, или нечто другое, выполняющее операцию над объектом, а реализация объекта - это код и данные, которые на самом деле выполняют эту операцию. ORB способен выполнить все действия, необходимые для нахождения реализация указанного объекта, подготовке этой реализации к обработке запроса и передаче данных, относящихся к запросу. Интерфейс, предоставляемый клиенту абсолютно не зависит от местоположения реализации объекта, языка программирования, на котором он написан или каких-либо других аспектов, не влияющих на определение интерфейса для данного объекта. Брокер Объектных Запросов.

При определении конкретной архитектуры Брокер Объектных Запросов вовсе необязательно должен быть реализован как один компонент, но каждая реализация должна реализовывать три категории операций:

Различные реализации ORB-а могут поддерживать различные виды реализаций, а различные адаптеры объектов могут обеспечивать различные наборы сервисов для клиента и реализаций.

Ядро Брокера Объектных Запросов обеспечивает основные механизмы для манипуляций объектами и выполнения запросов. Спецификация CORBA предназначается для поддержки различных механизмов реализации объектов, поэтому структура ядра не определяется. Вместо этого задается набор интерфейсных функций, которые должны присутствовать в каждой реализации ORB-а и тем самым маскируют отличия между различными реализациями Брокеров Объектных Запросов. Объекты.

Система объектов обеспечивает клиента набором сервисов. Клиент способен запросить некоторый сервис. Объект - это нечто, что обеспечивает один или более сервисов, которые клиент может запросить. Пример Брокеров Объектных Запросов.

Доступно широкое множество способов реализации конкретных ORB-ов. Далее будут приведены примеры таких реализаций. Следует иметь ввиду, что конкретный ORB может быть реализован сразу несколькими способами. ORB, включаемый в клиентское и серверное приложение.

Если имеется подходящий механизм коммуникаций, то возможна реализация ORB-а в виде набора подпрограмм как со стороны клиента, так и со стороны реализации объекта. Вызовы методов могут транслироваться в работу со средствами взаимодействия процессов (Inter Process Communication - IPC). ORB, выполненный в виде сервера.

С целью обеспечения централизованного сбора и управления всевозможной информацией, ORB может быть реализован в виде отдельного приложения. Взаимодействующие приложения устанавливают контакт с ORB-ом посредством нормальных механизмов IPC. ORB как часть системы.

Для повышения надежности, защиты данных и достижения лучшей производительности ORB может быть реализован как часть операционной системы. При этом ссылки на объект могут быть сделаны постоянными, таким образом, уменьшая время, необходимое для обработки каждого запроса. При реализации ORB-а как части операционной системы возможны всевозможные виды оптимизации, такие как избежание кодирования и декодирования данных, если клиент и сервер находятся на одной и той же машине. ORB, основанный на библиотеках.

Если код объекта занимает небольшой объем и не требует никаких дополнительных средств, то он может быть выполнен в виде библиотеки. При этом все заглушки на самом деле будут являться настоящими методами. При этом предполагается, что имея доступ к данным реализации, клиент не разрушит эти данные. Реализации объектов.

Реализация объекта обеспечивает само понятие объекта, обычно задавая данные для конкретного экземпляра объекта и код для выполнения методов объекта. Часто реализация будет использовать другие объекты или вспомогательные программы для обеспечения функционирования объектов. В некоторых случаях выполнение операции над объектом влечет некие побочные действия не над объектами.

Конкретный ORB может поддерживать широкий набор объектных реализаций: отдельные серверы, библиотеки, объектно-ориентированные системы управления базами данных и др. С помощью использования дополнительных Адаптеров Объектов теоретически можно поддерживать любую реализацию объекта. Адаптеры объектов.

Адаптер объектов - это первичный путь для обеспечения сервиса конкретной реализацией объекта. Предполагается, что имеется несколько адаптеров объектов, каждый из которых обеспечивает доступ к объектам определенного вида.

Сервисы, которые обеспечиваются ORB-ом посредством адаптеров объектов часто включают: генерацию и интерпретацию ссылок на объекты, вызов методов, активацию и деактивацию реализаций объектов, а также регистрацию конкретных реализаций и отображение объектных ссылок и реализаций.

Информация, которая находится в каждом из хранилищ может быть произвольно изменена в любой момент времени с помощью методов, обеспечиваемых реализацией ORB-а. Однако, неосторожное изменение, сделанное во время работы может привести нарушить целостность информации, находящейся в каждом из хранилищ и сделать невозможным дальнейшее функционирование ORB-а. Скелет реализации.

Для конкретного отображения и, возможно, используемого адаптера объектов определяется свой порядок вызова методов каждого объекта. Этот интерфейс в общем случае является интерфейсов обратных вызовов. При необходимости ORB вызывает требуемые процедуры. Динамическая обработка запросов.

Также доступен интерфейс для динамической обработки поступающих запросов. В этом случае реализация объекта взаимодействует с заданным интерфейсом по аналогии с интерфейсом динамических вызовов.

Подпрограммы динамической отработки запросов могут вызываться как с помощью интерфейса динамических вызовов, так и с помощью процедур-заглушек, каждый метод дает одинаковый результат. Запросы.

Клиент запрашивает сервисы инициированием запросов. Запрос - это событие, то есть действие, происходящее в конкретный момент. С запросом связана информация, состоящая из операции, объекта, у которого запрашивается сервис, нуля или более действительных параметров вызова и необязательный контекст запроса. Форма запроса - это описание или шаблон, который может быть выполнен произвольное количество раз. Форма запроса определяется отображением для конкретного языка программирования. Альтернативной формой запроса является использования Интерфейса Динамических Вызовов, который позволяет создать запрос, добавить аргументы и выполнить запрос. Под значением понимается допустимый параметр запроса. Значение которое определяет объект, называется ссылкой на объект, связанной с конкретным экземпляром объекта. Выполнение запроса вызывает выполнение соответствующего сервиса. После завершения запроса клиенту возвращается результат запроса (если он есть). В случае ненормального завершения запроса клиенту возвращается исключение. Исключение может содержать специфические параметры, специфические для данного типа исключений. Параметры.Параметр характеризуется режимом передачи и своим типом. Режим определяет, должно ли передаваться значение параметра от клиента к серверу (in), от сервера к клиенту (out) или в обоих направлениях (inout).

Параметры запросов определяются их позицией. Параметры могут быть входные, выходные и входные и выходные одновременно. Как результат запрос может возвратить одно значение, как, впрочем, и любые выходные параметры. В случае возникновения исключения значение всех выходных параметров не определено. Интерфейсы.

Интерфейс - это описание множества возможных операций, которые клиент может выполнять над объектом. Объект удовлетворяет интерфейсу, если он может быть указан как конечным объектом для каждого потенциального запроса, описанного в интерфейсе.

Типу интерфейса удовлетворяют только объектные типы. Интерфейс ORB-а.

Интерфейс ORB-а является функциям, вызываемым непосредственно у Брокера Объектных Запросов и идентичным для всех ORB-ов, не зависящим от конкретного объекта либо адаптера объектов. Но так как большинство действий с объектами выполняется посредством адаптеров объектов, существует всего несколько общих операций, которые могут быть выполнены над каждым объектом. Эти операции могут вызываться как клиентом, так и реализацией объекта. Интерфейс динамического выполнения вызовов.

Этот интерфейс допускает динамическое создание запросов к объекту вместо вызова процедуры, декорирующей такое создание. При динамическом создании запроса клиент должен указать всю информацию. Необходимую выполнения операции. Например, информация о типах параметров может быть получена с помощью хранилища описаний объектов. Клиентская часть - заглушки.

Для объектно-неориентированных языков программирования задается программный интерфейс для доступа к методам объекта-заглушки, имеющегося у клиента. Эта заглушка осуществляет передачу запроса и обычно оптимизирована для выполнения под управлением конкретного ORB-а. Если доступно более одного ORB-а, то у них может быть различное внутреннее представление заглушек.

Объектно-ориентированные языки программирования, такие как C++ и Smalltalk такого интерфейса не требуют. Обзор протокола GIOP.

Спецификация протокола GIOP состоит из следующих элементов:

Спецификация IIOP добавляет к спецификации протокола GIOP следующий пункт:

Спецификация IIOP описывает, каким образом агенты могут установить соединение по протоколу TCP/IP и использовать его для передачи сообщений протокола GIOP.

Протокол IIOP не является самостоятельной спецификацией - это специализированное отображение протокола GIOP поверх транспортного слоя TCP/IP. Спецификация GIOP (без элементов, специфичных для IIOP) может рассматриваться как самостоятельный документ, являющийся базовым для обеспечения в будущем отображения на новые транспортные протоколы. Протокол обмена GIOP.

За исключением редкого случая прямых вызовов методов между классами одного и того же языка программирования необходим механизм кодирования вызова метода в некоторую последовательность байт (byte stream) у клиента и декодирования этой последовательности у сервера. Для этой цели спецификация CORBA определяет Общий Протокол обмена между Брокерами Объектных Запросов (General Inter-Orb Protocol - GIOP). Кроме того, определен протокол передачи сообщений протокола GIOP поверх транспортного протокола TCP/IP, являющегося основным видом взаимодействия в Internet, ввиду чего этот протокол получил название Протокола обмена между Брокерами Объектных в Internet (Internet Inter-Orb Protocol - IIOP). Протокол IIOP должен поддерживаться всеми Брокерами Объектных Запросов независимо от особенностей их реализации, что является главным требованием для обеспечения взаимодействия между произвольными ORB-ами двух разных и совершенно независимых производителей. Особенности и цели протокола.

Протоколы GIOP и IIOP допускают взаимодействие между различными ORB-ами независимо от платформ, на которых они выполняются, операционных систем, под управлением которых происходит взаимодействие и прочих аппаратно- и программно-зависимых аспектов. При разработке этих протоколов преследовались следующие цели: Распространенность.

Протоколы GIOP и IIOP разрабатывались с учетом доступного широко распространенного и гибкого транспортного механизма (TCP/IP) и задает минимум дополнительных протоколов, необходимых для передачи запросов между отдельными ORB-ами. Простота.

Помимо прочих требований, протокол GIOP сделан максимально простым. Его простота допускает возможность реализации взаимодействия по этому протоколу практически в любой системе. Масштабируемость.

Протокол GIOP/IIOP должен поддерживаться как отдельными ORB-ами, так и ORB-ами, объединенными в сеть на уровне Internet и, возможно, шире. Небольшие затраты на реализацию.

Реализация поддержки протоколов GIOP/IIOP должна потребовать минимальных затрат как в плане инженерного проектирования, так в плане распространения готовых ORB-ов. Общность.

В то время как IIOP изначально определен поверх протокола TCP/IP, сообщения, которыми происходит обмен в рамках протокола GIOP специально разработаны для реализации поверх любого протокола, который базируется на установленном между сервером и клиентом соединении. Архитектурная независимость.

Спецификация GIOP делает минимальные предположения об архитектуре агентов, которые поддерживают обмен данными по этому протоколу. Спецификация GIOP считает ORB некой системой с неизвестной архитектурой.

Подход конкретного ORB-а к обеспечению поддержки протокола GIOP/IIOP не определен. Например, ORB может принять IIOP в качестве внутреннего протокола, использовать его только для внешнего обмена, используя для обмена в рамках самого ORB-а какие-то дополнительные средства коммуникации или выбрать нечто среднее между этими двумя крайностями. Все что требуется от ORB-а - это чтобы существовало нечто способное принимать и отправлять сообщения по протоколу IIOP. Формат сообщений протокола GIOP.

Перед тем, как описывать сообщения протокола GIOP, необходимо определить понятие клиента и сервера. Под клиентом далее понимается агент, который открыл соединение и инициировал запрос. Сервер - это агент, который принял соединение и этот запрос получил. Протокол GIOP определяет семь сообщений, список которых приведен далее в таблице вместе с указанием того, какая сторона какие сообщения может посылать.

Значение, соответствующее типу сообщения	Тип сообщения	Кто может посылать сообщение
		Клиент	Сервер
0	Request	Да	-
1	Reply	-	Да
2	CancelRequest	Да	-
3	LocateRequest	Да	-
4	LocateReply	-	Да
5	CloseConnection	-	Да
6	MessageError	Да	Да

Заголовок сообщения однозначно определяет его тип. Заголовок определен таким образом, чтобы не зависеть от порядка байт в представлении базовых типов данных. Элементами заголовка являются:

За общим заголовком каждого сообщения в зависимости от его типа может идти заголовок и тело конкретного сообщения. Структура каждого заголовка специфична для каждого типа сообщения и представляет особенного интереса для рассмотрения. Транспорт для протокола GIOP.

Протокол GIOP предназначается для реализации поверх большого количества транспортных протоколов. При этом делаются следующие предположения об особенности протокола:

Сервер не инициирует установление соединения, но он выполняет некоторые действия по подготовке к принятию запросов от клиентов. Клиент знает местоположение (адрес) сервера и устанавливает соединение по указанному адресу. Сервер может принять соединение, уникальное для каждого клиента (при этом продолжив ожидание новых запросов), а может и не принять, например вследствие недостатка ресурсов. Если соединение установлено, то по данному каналу может происходить двусторонний обмен информацией, причем каждая стороны имеет возможность в произвольный момент времени разорвать соединение.

Вовсе не обязательно конкретный транспорт должен прямо реализовывать все перечисленные требования, но должна иметься возможность для эмулирования описанной транспортной модели. Управление соединением.

Соединение двунаправленное в смысле потока данных, но оно не является симметричным в плане обмена сообщениями GIOP. Сообщения Request, LocateRequest и CancelRequest могут посылаться только клиентом. Сообщения Reply, LocateReply и CloseConnection - только сервером. Сообщение ErrorMessage может быть послано обеими сторонами. Через соединение для обмена в соответствии с протоколом GIOP могут посылаться только сообщения GIOP.

Каждое сообщение типа Request должно иметь уникальный номер, который идентифицирует запрос в рамках установленного соединения. Этот номер никоим образом не интерпретируется сервером, но он позволяет клиенту установить соответствие между запросом и пришедшим ответным сообщением в случае инициации сразу нескольких запросов. Генерация этих уникальных номеров возлагается на клиента.

Соединение может быть либо закрыто в рамках протокола, либо разорваться. Закрытие соединения может инициироваться со стороны сервера посредством посылки сообщения CloseConnection или клиентом посредством обычного закрытия соединения в произвольный момент времени. Если на момент закрытия соединения имеются неотработанные запросы, то сервер должен рассматривать такие запросы как отмененные. Сервер не может послать сообщение CloseConnection, если он начал обработку запроса, для которого не поступило сообщения CancelRequest, или он (сервер) не послал ответного сообщения.

При получении сообщения CloseConnection клиент должен рассматривать все сообщения, для которых не было получено ответа как необработанные. Такие сообщения клиент может без дополнительных мер предосторожности послать еще раз при установлении нового соединения.

В случае если сервер предоставляет такую возможность, то клиент может посылать в рамках одного соединения запросы к разным объектам, оптимизируя таким образом использование ресурсов. С другой стороны, клиент может предпочесть установление нового соединения для каждого нового объекта, обслуживаемого сервером, хотя рекомендуется избегать таких случаев. Язык описания интерфейсов.

Язык описания интерфейсов (IDL), используемый OMG определяет типы объектов посредством спецификации их интерфейсов. Интерфейс состоит из множества именованных операций и их параметров. Хотя и описание на IDL обеспечивает ORB всей необходимой информацией о типе объекта, для работы вовсе необязательно, чтобы ORB-у был доступен исходный текст этих описаний. Эта же информация может быть заложена также в виде заглушек со стороны клиента и скелета со стороны сервера, а также в динамически изменяемом хранилище описаний, что позволит ORB-у нормально функционировать.

Язык описания интерфейсов рассматривается как средство, с помощью которого реализация объекта сообщает своим потенциальным клиентам о том, какие операции доступны и каким образом их следует вызывать. Можно оттранслировать описание на языке IDL в исходный код на конкретном языке программирования. Отображение IDL в языки программирования.

Различные объектно-ориентированные или объектно-неориентированные языки программирования могут получать доступ к объектам различным образом. Для объектно-ориентированных языков допускается отображение объектов, доступных ORB-у в объекты в смысле этих языков программирования. Даже для объектно-неориентированных языков декорирование настоящего представления ссылок на объекты будет полезным. Конкретное отображение IDL для языка программирования должно быть идентичным для всех реализаций ORB-ов. Отображение для языка программирования включает в себя определение специфичных для языка программирования типов данных и описания процедур доступа к объектам посредством ORB-а. Оно также включает в себя интерфейс для доступа клиента к заглушке, что может не требоваться для объектно-ориентированных языков, интерфейс динамических вызовов, скелет реализации, описание адаптеров объектов и прямой интерфейс к ORB-у.

Отображение для языка также определяет порядок взаимодействия между вызовом метода и потоками (тредами - threads) как со стороны клиента, так и со стороны реализации. Обычно обеспечивается синхронный вызов, в котором подпрограмма вызова возвращает управление при завершении выполнения запроса. Допускается определение дополнительных средств, для определения порядка передачи управления и синхронизации клиентского кода с вызовом метода объекта. Типы данных.

Типом называется некий предикат (математическая функция с одним аргументом возвращающее значение логического типа истина/ложь), который определен на множестве всевозможных значений. Значения удовлетворяют этому типу, если результат предиката - истина. Такие значения называются членами типа.

Объектным типом называется тип, членами которого являются объекты, удовлетворяющие данному типу.

Определены следующие основные (базовые) типы данных:

Также могут быть определены составные типы:

Параметры, представленные в запросе должны удовлетворять одному из перечисленных типов, за исключением типа интерфейс, как показано на рисунке 2-1. Синтаксис Общего Представления Данных - CDR.

CDR - это способ представления всех типов данных, определенных в OMG IDL в виде последовательности восьмиразрядных величин, далее называемых байтами.

Поток байт представляет из себя некоторую абстракцию обычно соответствующую буферу данных, который передается между процессами или машинами с помощью средств IPC или сетевого транспорта. Далее считается, что поток байт или просто поток - это последовательность переменной (но конечной) длины величин, состоящих из 8 бит (байт) с четко определенным заголовком. Байты в потоке нумеруются от 0 до n-1, где n - это длина потока. Индекс каждого байта используется для вычисления границ выравнивания, как это описано далее.

Протокол GIOP определяет два вида потоков - сообщение и инкапсуляция. Сообщение - это основная единица обмена информацией в протоколе GIOP. Инкапсуляция - это поток, внутри которого любая структура данных, имеющаяся в OMG IDL может быть декодирована независимо от остального контекста сообщения. Инкапсуляция позволяет осуществлять предварительное кодирование сложных типов данных (таких как TypeCode) или обрабатывать части сообщений без требования полного его декодирования. Кодирование базовых типов.

Все базовые типы могут быть закодированы как набор байт. При этом допускается использование как представления, в котором первым в поток помещается наиболее значимый или наименее значимый байт. Заголовок сообщения включает в себя флаг, который определяет порядок при кодировании базовых типов в сообщении. Порядок байт внутри любой инкапсуляции может отличаться от порядка байт в сообщении или другой инкапсуляции, внутри которой эта инкапсуляция находится. Изменение порядка байт в случае необходимости возлагается на получателя сообщения.

Для того, чтобы сделать возможным помещение и извлечение значений базовых типов в поток и из потока с помощью подпрограмм, предназначенных для работы именно с этими типами данных, все базовые типы данных при помещении в поток должны быть выровнены на свою естественную границу, то есть на число байт, которое нацело делится на число байт, необходимых для представления этого типа. Таким образом значение, имеющее размер n должно кодироваться с позиции m*n, где m - это целое число. В CDR n может принимать значения 1, 2, 4 или 8. Если необходимо, то выровненному значению предшествует область минимально возможного размера, необходимого для выравнивания. Значение байтов внутри этой области не определено.

Выравнивание определяется относительно начала потока. Первый байт в сообщении или инкапсуляции имеет индекс 0. Кодирование составных типов.

Выравнивание составных типов не налагает никаких дополнительных требований, кроме тех, которые применяются при кодировании их элементов.

Элементы структуры кодируются в том порядке, в котором они определены в описании на IDL. Каждый элемент кодируется образом, соответствующим его типу.

Объединение кодируется значением дискриминатора и членом объединения, соответствующим данному значению.

Массив кодируется как последовательность его элементов. Так как длина массива фиксирована, она не кодируется. Если массив имеет несколько измерений, то первый индекс изменяется наиболее медленно, а последний - наиболее быстро.

Последовательность элементов кодируется как величина типа unsigned long, за которым следуют элементы последовательности. Это значение определяет количество элементов. Каждый элемент кодируется в соответствии со своим типом.

Строка кодируется как величина типа unsigned long, содержащее длину строки, и отдельными символами - элементами строки. Длина строки и ее представление в виде списка символов включают завершающий нулевой символ, что дает возможность использования стандартных функций библиотеки языка C (например, strcpy) для декодирования сообщения.

Значение перечислимого типа кодируется в виде величины типа unsigned long, соответствующей данному значению. Первому в порядке перечисления в определении на IDL значению соответствует 0, второму - 1 и так далее. Кодирование инкапсуляции.

Первый байт инкапсуляции кодирует порядок байт внутри нее - значение типа 0 означает кодирования по принципу первым - старший байт, 1 - младший. Далее идут данные. Флаг порядка байт не включается в данные, но он включается в инкапсуляцию. Все значения внутри инкапсуляции выравниваются относительно ее начала, первый байт (с индексом 0) соответственно занимает флаг порядка байт. Если инкапсуляция кодируется как последовательность величин типа octet (байтов), то ей предшествует значение типа unsigned long, содержащее общий размер инкапсуляции. Никакого выравнивания для инкапсуляции не предполагается, но такой способ кодирования всегда гарантирует 4-байтное выравнивание для первого байта инкапсуляции. Кодирование псевдообъектов.

Спецификация CORBA определяет несколько псевдообъектов, которые не являются ни базовыми ни составными типами и кодируются специальным образом. Ввиду особой специфичности данного кодирования и оно здесь не рассматривается. Операции.

Операция представляет сервис, выполнение которого может быть запрошено. Операция определяется идентификатором операции. Операция описывается некоторой сигнатурой, которая задает параметры запроса и возвращаемое значение. В частности сигнатура состоит из:

Хранилище описаний.

Хранилище описаний представляет из себя сервис, который обеспечивается постоянным объектом, доступном из программы. Во время выполнения программы он дает доступ к информации, аналогичной той, что сохраняется в IDL описании объекта. Эта информация может быть использована для выполнения запроса - таким образом программа, которая не предусматривала использование объекта какого-либо типа, определить доступные у этого типа методы, типы его параметров и осуществить вызов.

https://delphiworld.narod.ru/

DelphiWorld 6.0