PDF de programación - Programación Concurrente distribuida. Sockets y Cliente/Servidor.

Asignatura 780014

Programación Avanzada

TEMA 7 –

Programación Concurrente distribuida.

Sockets y Cliente/Servidor.

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Computación distribuida

 Comunicación y
sincronización

 Entre procesos

concurrentes

 Que se ejecutan

en distintas
máquinas

 Se rompe la
limitación de la
memoria única

Sistema Distribuido

Definición:

– Solución software
– Funcionalidad repartida entre distintas máquinas
– Máquinas interconectadas por una red
– Cada máquina con

• Su propio procesador (pueden ser varios)
• Su propia memoria
• Su propio sistema operativo

Conceptos

• Ya no hay una memoria común para comunicar
– Los procesos utilizan líneas de comunicación físicas
– Concurrencia real, hay varios de cada HW

• Los sistemas deben ser muy desacoplados

– Intercambiar la menor cantidad de información

• Las líneas trabajan velocidades inferiores

•

Hay varios modelos para la creación de los programas
– Para describirlos usaremos en el concepto de canal:

• Línea de comunicación ideal, 100% fiable

Ventajas y desventajas

• Ventajas:

• Hardware más económico
• Mayor potencia de cálculo global
• Uso de la distribución de cálculo y datos
•
• Mayor fiabilidad global del sistema ante caídas y percances
•

Compartición recursos entre varios equipos

Posibilidad de escalabilidad del sistema (añadir HW)
Posibilidad de sistemas abiertos (especificaciones públicas, independencia de HW)
Facilidad en el despliegue de nuevas aplicaciones o versiones

•

•

• Desventajas:

Complejidad adicional en la coordinación de HW, SO, etc. distintos.

•
• Necesidad de red con una buena fiabilidad y rapidez (hoy todo está en red)
•

Seguridad menor que en un ordenador único, aislado y bien protegido
• Una conexión de red es una puerta a ataques, virus, troyanos, etc.
– Hay nuevas herramientas para la protección (firewalls, etc)

Motivación

• Motivos para el uso programación distribuida:

• Posibilidades:

• Compartir recursos en tiempo real
• Compartir sin necesidad de medios removibles

• Necesidades:

• Compartir un recurso único
• Aumentar la seguridad en recursos

– Mediante SW distribuido y niveles de acceso

• Aumentar potencia de cálculo

– Distribuyendo el trabajo.

Tipos de línea física

• Directa. Cable serie o infrarrojos.

•

Lenta, poco fiable y sólo permite crear sistemas específicos que se basen en la
existencia de la conexión.

• Directa tipo red, con cable o inalámbricas, entre dos

• Más eficientes y seguras, pero el sistema seguirá estando limitado a trabajar con dos
ordenadores y las ventajas de la programación distribuida no se alcanzan realmente.

• Red, interna (intranet) o Internet

• HW y SW nos aíslan del componente físico de la red

• Requiere un sistema de nombrado lógico

• Escenario ideal

• Podremos obtener todas la ventajas

Canales y protocolos

• Los canales y las aplicaciones que hacemos con ellos

– Se basan en todos los niveles de red inferiores

Repaso de protocolos

IP,Internet Protocol – Nivel de Red
Usado para comunicación entre aplicaciones

– Es el protocolo base de Internet
– Encargado de mover datos en forma de paquetes entre

un origen y un destino

Todo dispositivo conectado posee un identificador

– Dirección IP de 4 bytes=32 bits (ahora más con IP v6)
– Lo identifica unívocamente

La comunicación se basa en la utilización de direcciones IP

Repaso de protocolos

La dirección IP

– 4 byte, 4 cifras del 0 al 255
– Difícil de recordar, poco natural
– Se crea el concepto de nombre de dominio que es:

• Una cadena de caracteres
• Asociada a una dirección IP

El Sistema de Nombres de Dominio (DNS)

– Creado para la conversión entre los dominios e IP
– De forma automática

Repaso de protocolos

TCP, Transfer Control Protocol – Nivel de Transporte
Incorporado a protocolo IP

– Seguridad a la comunicación
– Valida que los paquetes de un mensaje llegan a destino y

en orden para la recomposición del mensaje original

– Puede pedir retransmisión de paquetes en mal estado o

perdidos

Repaso de protocolos

UDP, User Datagram Protocol – Nivel de Transporte

Se utiliza con IP, en comunicaciones:

– Donde no es tan importante que lleguen todos los mensajes a

un destinatario

– Donde el orden no es relevante
– Es preferible la velocidad a la fiabilidad en la entrega

Desventajas respecto TCP:

– Menos fiable.
– Necesidad de implementar verificación de envío y sincronización

El funcionamiento similar al del envío de una carta

Tipos de programación distribuida

• Vamos a ver 3 formas de crear los programas distribuidos

• Paso de mensajes

• RPC

• Cliente – Servidor

Paso de mensajes

Diseñar una aplicación que usa el paso de mensajes consiste en:
• Crear los programas necesarios en cada uno de los ordenadores
• Establecer los canales de comunicación entre ellos
• Definir el protocolo de envío/recepción de datos que requiera la
aplicación.

Los programas se crean independientes (ni siquiera tienen que estar
escritos en el mismo lenguaje), se compilan y la relación entre ellos se
establece en tiempo de ejecución, cuando se crean los canales y se envían
los datos con las consiguientes validaciones de tipos de datos.

Paso de mensajes

• Los canales serán de 2 tipos, con y sin capacidad de

almacenamiento, lo que da lugar a 2 tipos de comunicación y a 2
tipos de programación: comunicación asíncrona y síncrona.

• Cada canal tendrá asociado un tipo de datos, que podrá ser cualquiera

(simplifica la programación, al no tener que averiguar el mismo).
• Comunicación síncrona: los dos extremos de la comunicación
tienen que estar dispuestos para que ésta se produzca. También se
llama comunicación orientada a la conexión.

• Comunicación asíncrona: se pueden enviar datos sin necesidad de
que el otro extremo los esté esperando, pudiéndolos recibir más tarde.
También se llama comunicación orientada a datagramas.
 En este caso los datagramas podrán quedar almacenados en la red o

en el propio sistema receptor (en las capas inferiores).

Canales y protocolos

Canal:
conexión de red totalmente
fiable y con un sistema de
nombrado que nos permite
crear un tubo para comunicar
2 procesos en 2 máquinas
distintas.
Los canales serán
bidireccionales.

Paso de mensajes

Los programas deberán:
•Definir el canal: incluirá identificador para el canal,
nombre del canal de destino, tipo de canal (síncrono o
asíncrono) y el tipo de datos a enviar. Este canal existirá
durante toda la ejecución del programa.
•Enviar datos: identificador del canal de envío y datos a
enviar (coherentes con el tipo del canal). El resultado de esta
operación informará si se ha llevado a cabo o ha fallado.
•Recibir datos: identificador del canal y la variable donde
guardar los datos recibidos. El resultado de esta operación
informará si se ha llevado a cabo o ha fallado.

Paso de mensajes

El comportamiento de las operaciones será distinto dependiendo del
canal y del estado de ocupación del mismo:
•Send en canales asíncronos, siempre enviará el dato y continuará
la ejecución con la siguiente instrucción.
•Send en canales síncronos, solo enviará el dato y continuará su
ejecución si receptor está preparado para recibir. Si no, esperará (espera
no activa) hasta que el destino ejecute receive.
•Receive en canales asíncronos, recibirá el dato y continuará la
ejecución con la siguiente instrucción. Si no hubiera dato pendiente en el
canal, quedará a la espera de que se produzca un envío.
•Receive en canales síncronos, sólo recibirá el dato y continuará su
ejecución si hay un envío bloqueado a la espera. En caso contrario se
bloqueará sin espera activa hasta que el envío se produzca.

Paso de mensajes

Ejemplo de productor-consumidor, donde la
comunicación se hace en un solo sentido:
•Un programa Pr1 lee un dato x y se lo pasa a otro
programa Pr2 que lo escribe. Esta acción la realiza 10
veces.

Diagrama de precedencia

Paso de mensajes

Solución síncrona:

Si el canal fuese asíncrono el productor no necesita esperar
al consumidor en caso de que el productor sea más rápido.

Paso de mensajes

El protocolo TCP/IP transporta bytes.
El protocolo de Aplicación proporciona la

semántica.

Sockets

Son una abstracción del sistema operativo (no Hw)
 Las aplicaciones los crean, los utilizan y los cierran cuando ya no

son necesarios

 Su funcionamiento está controlado por el sistema operativo

Comunicación entre procesos

 Los procesos envían/reciben mensajes a través de su socket
 Los socket se comunican entre ellos

La comunicación en Internet es de socket a socket

 El proceso que está comunicándose se identifica por medio de su

socket

 El socket tiene un identificador
 Identificador = dir. IP del computador + núm. Puerto

Sockets

Para establecer una comunicación entre dos

programas, se crea un socket en cada máquina.
Podemos imaginar un cable enchufado en cada

extremo al socket correspondiente.

La API Socket

 Servidor y Cliente intercambian mensajes a través de la red mediante la

API Socket

 Permite a las aplicaciones utilizar los protocolos de la pila TCP/IP.
 Define las operaciones permitidas y sus argumentos

La clase InetAddress

 Java proporciona la clase InetAddress para la manipulación y

conocimiento de direcciones y dominios. Representa una dirección IP.

 Métodos:

 byte[] getAddress() =>Devuelve la dirreción IP de un objeto InetAddress.
 InetAdress getByName(String host)=>Devuelve un objeto InetAddress

representando el host que se le pasa como parámetro, bien como nombre o
bien como parámetro.

 InetAdress[] getAllByName(String host)=>Devuelve un array de objetos

InetAddress que se puede utilizar para determinar todas las direcciones IP
asignadas al host.

 static InetAddressgetByAddress(byte[] addr) =>Devuelve un objeto

InetAdress, dada una dirección IP.

 static InetAddressgetByAddress(String host, byte[] addr) =>Devuelve un

objeto InetAddress a partir del host y la dirección