Systèmes distribués avec Java RMI

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1 Systèmes distribués avec Java RMI Vania Marangozova-Martin ibd.forge.imag.fr

2 Pourquoi Java RMI? u A plus bas niveau nous avons le mécanisme de sockets A socket is one end-point of a two-way communication link between two programs running on the network 2

3 Les sockets + Simple - Visent uniquement la transmission de données - Ne considèrenet pas la sémantique des données - Les protocoles qui prennent en compte la sémantique des données sont à implémenter au niveau de l application - L implémentation est souvent complexe, longue et source d erreurs 3

4 L idée de Java RMI u Dans OO, les objets reflètent la sémantique des traitements et des données Dans les applications, les objets comuniquent à l aide de méthodesin local applications, objects communicate via methods u Java RMI Permet l utilisaton du paradigme OO dans le contexte distribué Définit les mécanismes pour l accès aux objets et l appel des méthodes à distance u RMI = Remote Method Invocation mechanism 4

5 RMI versus RPC u RPC = Remote Procedure Call u La technologie RPC a été développée dans les années 80 Appel de procédure à distance En dehos du paradigme OO u RPC gère les problèmes d appels de procédures connues dans des espaces d adressage différents Même machine Machine différente u Les problèmes gérés par le RPC Accès à des espaces d adressage différents Gestion de l hétérogénéité 5

6 RPC Machine 1 Machine 2 Execution 0xAB04 Appel de fonction avec des arguments (x) 0xAB12 f(?)? f(x) Système de communication 6

7 RPC (2) Machine 1 Machine 2 Execution (x) 0xAB04 0xAB12 0xAB12 f(?)? f(x) u Lors d une distribution Le paramètre doit être passé par valeur i.e envoyer une copie 7

8 RPC (3) u Problème de hétérogénéité La représentation des données n est pas la même entre différentes machines La copie de la valeur x peut ne pas être bien interprêtée Machine 1 Machine 2 Execution f( ) 0xAB12? f(x) 8

9 RPC (4) u u Pour un appel à distance, les données doivent être converties dans un format qui ne dépend pas de la plate-forme e.g. XDR extensible Data Representation) Les données reçues lors d un appel à distance doivent être converties dans le représentation interne du destinataire 9

10 Planning 1. Motivations 2. Présentation générale des applications RMI 3. L exemple du Hello World 4. Comment développer les applications RMI 5. Architecture de RMI 6. L exemple étape par étape 10

11 Présentation générale u Les applications RMI sont basées sur l architecture client-serveur Un programme Java client Un programme Java serveur JVM Client Serveur JVM O3 O1 Appels de méthodes à distance O2 Objets accessibles à distance 11

12 Présentation générale (2) u RMI fournit les mécanismes pour que le client et le serveur communiquent JVM Client Serveur JVM O3 O1 Appels de méthodes à distance O2 Objets accessibles à distance 12

13 Enchainement dans les applications RMI u Le client localise les objets distants sur un serveur Différents mécanismes pour récupérer les références Utiliser un service de nomage comme RMI registry ( Retourner une référence comme un résultat d un appel à distance u Le client communique avec les objets distants Les appels de méthodes distantes sont identiques aux appels locaux Les détails de la communication à distance sont gérés par RMI et sont transparents u Chargement des classes des objets Comme les objets se baladent, RMI fournit les mécanismes pour le chargement dynamique des classes correspondantes 13

14 Vue schématique 2 rmiregistry 1 RMI client 3 RMI server 14

15 Les objets distants u Ce sont des objets qui ont des méthodes qui peuvent être invoquées à u An objet devient distant en implémentant une interface distante Une interface distante étend java.rmi.remote Chaque méthode d une telle interface doit ajouter à sa déclaration java.rmi.remoteexception comme exception possible 15

16 Planning 1. Motivations 2. Présentation générale des applications RMI 3. L exemple du Hello World 4. Comment développer les applications RMI 5. Architecture de RMI 6. L exemple étape par étape 16

17 Hello World Remote object Interface definition import java.rmi.*; public interface Hello extends Remote { } // A method provided by the // remote object public String sayhello() throws RemoteException; 17

18 Exemple (2) Remote object Interface definition import java.rmi.*; public interface Hello extends Remote { Remote object Class implementation import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; public class HelloImp implements Hello { } // A method provided by the // remore object public String sayhello() throws RemoteException; private String message; public Hello(String s) { message = s ; } public String sayhello () throws RemoteException { return message ; } } 18

19 Exemple (3) Server import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class HelloServer { public static void main(string [] args){ try { // Create a Hello remote object HelloImp h = new HelloImp ("Hello world!"); Hello h_stub = (Hello) UnicastRemoteObject.exportObject(h, 0); // Register the remote object in RMI // registry with a given identifier Registry registry= LocateRegistry.getRegistry(); registry.bind("hello1, h_stub); System.out.println ("Server ready"); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on server :" + e) ; e.printstacktrace(); return; } 19

20 Exemple (4) Server import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class HelloServer { public static void main(string [] args){ try { // Create a Hello remote object HelloImp h = new HelloImp ("Hello world!"); Hello h_stub = (Hello) UnicastRemoteObject.exportObject(h, 0); // Register the remote object in RMI // registry with a given identifier Registry registry= LocateRegistry.getRegistry(); registry.bind("hello1, h_stub); System.out.println ("Server ready"); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on server :" + e) ; e.printstacktrace(); return; } Client import java.rmi.*; import java.rmi.registry.*; public class HelloClient { public static void main(string [] args) { try { if (args.lenght < 1) { System.out.println("Usage: java HelloClient <server host>"); return; } String host = arg[0]; // Get remote object reference Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(host); Hello h = (Hello) registry.lookup("hello1"); // Remote method invocation String res = h.sayhello(); System.out.println(res); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on client: " + e) ; } 20

21 Planning 1. Motivations 2. Présentation générale des applications RMI 3. L exemple du Hello World 4. Comment développer les applications RMI 5. Architecture de RMI 6. L exemple étape par étape 21

22 Etapes lors du développement d une application RMI 1. Concevoir et implémenter les composants (code sources) de l application 2. Compiler les sources. 3. Rendre les classes accessibles à travers le réseau 4. Démarrer l application 22

23 1/ Conception et implémentation u u Définir l architecture de l application = décider Quels objets sont locaux Lesquels sont distants Qui est serveur (createur d objets distants) et qui est client (utilisation d objets distants) Définir les interfaces distantes Quelles méthodes devraient être appelables à distance Quels sont les paramètres et les résultats Quels types Quelles classes Définir de nouvelles classes/interfaces sinécessaire Principe de base Se détacher des implémentations mais utiliser des interfaces Les clients accèdent à des interfaces, non à des implémentations 23

24 1/ Conception et implémentation (2) u u u Implémenter les objets distants Les objets distants implémentent une ou plusieurs interfaces distantes Les objets distants peuvent aussi implémenter des interfaces/ méthodes locales Toutes les classes locales qui sont utilisées dans les paramètres/ résultats des appels distants doivent être implémentées aussi Implémenter les serveurs Les serveurs sont ceux qui créent et qui rendent disponibles des objets distants Ils sont impplémentées après les objets distants Implémenter les clients Les clients peuvent être implémentées une fois que les interfaces distantes sont définies 24

25 Etapes lors du développement d une application RMI 1. Concevoir et implémenter les composants (code sources) de l application 2. Compiler les sources. 3. Rendre les classes accessibles à travers le réseau 4. Démarrer l application 25

26 Etape 2/ Compilation des sources u Utilisation du compilateur standard javac u Les sources incluent la déclaration des interfaces distantes leurs implémentations les classes serveur les classes client u Avant Java Platform, Standard Edition 5.0 il était nécessaire d effectuer une étape supplémentaire avec le compilateur rmic pour créer les stubs/squelettes pour la communication distante ce n est plus nécessaire 26

27 RMI Stubs and Skeletons u «RMI uses a standard mechanism (employed in RPC systems) for communicating with remote objects: stubs and skeletons.» Client O3 Serveur O1 O2 27

28 Etapes lors du développement d une application RMI 1. Concevoir et implémenter les composants (code sources) de l application 2. Compiler les sources. 3. Rendre les classes accessibles à travers le réseau 4. Démarrer l application 28

29 Etape 3/ Rendre les classes accessibles u Classes? Accessibles? u Classes «Compiled code to be executed by the Java Virtual Machine is represented using a hardware- and operating systemindependent binary format, known as the class file format.» The class file format precisely defines the representation of a class or interface, including details such as byte ordering that might be taken for granted in a platform-specific object file format. Bytecode i=5; 0: bipush 5 2: istore_0 29

30 Existence des classes au sein de la JVM Source: u The Java Virtual Machine dynamically loads, links and initializes classes and interfaces. Loading is the process of finding the binary representation of a class or interface type with a particular name and creating a class or interface from that binary representation. Linking is the process of taking a class or interface and combining it into the run-time state of the Java Virtual Machine so that it can be executed. Initialization of a class or interface consists of executing the class or interface initialization method <clinit> u Dans la JVM, les classes sont représentées par des objets 30

31 Chargement de classes: ClassLoader C est où? Credit: 31

32 Codebase u Codebase = un emplacement où on peut trouver des définitions de classes CLASSPATH = emplacement local Possibilité d avoir des emplacements distants accessibles par le réseau HTTP ou FTP 32

33 Etapes lors du développement d une application RMI 1. Concevoir et implémenter les composants (code sources) de l application 2. Compiler les sources. 3. Rendre les classes accessibles à travers le réseau 4. Démarrer l application 33

34 Etape 4/ Démarrer l application u Démarrer le service de gestion (nommage, enregistrement) d objets RMI Outil rmiregistry u Démarrer le serveur 1. rmiregistry Outil java u Démarrer le client Outil java 3. RMI client 2. RMI server 34

35 Planning 1. Motivations 2. Présentation générale des applications RMI 3. L exemple du Hello World 4. Comment développer les applications RMI 5. Architecture de RMI 6. L exemple étape par étape 35

36 Premier objectif de RMI u Cacher la distribution Après l initialisation/récupération de références des objets distants Les appels aux objets distants sont identiques aux appels locaux 36

37 Transparence RMI (2) import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class HelloServer { } public static void main(string [] args){... } Server try { // Create a Hello remote object HelloImp h = new HelloImp ("Hello world!"); Hello h_stub = (Hello) UnicastRemoteObject.exportObject(h, 0); // Register the remote object in RMI // registry with a given identifier Registry registry= LocateRegistry.getRegistry(); registry.bind("hello1, h_stub); System.out.println ("Server ready"); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on server :" + e) ; e.printstacktrace(); return; } import java.rmi.*; import java.rmi.registry.*; public class HelloClient { public static void main(string [] args) { } } Client try { if (args.lenght < 1) { System.out.println("Usage: java HelloClient <server host>"); return; } String host = arg[0]; // Get remote object reference Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(host); Hello h = (Hello) registry.lookup("hello1"); // Remote method invocation String res = h.sayhello(); System.out.println(res); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on client: " + e) ; } 37

38 Transparence RMI (3) u Le serveur et le client RMI Sont des objets Java normaux Le serveur fournit une spécification de l interface distante A partir de cette spécification, sont générées des classes additionnelles Ce sont ces classes qui s occupent de la communication à distance entre le client et le serveur Ces classes représentent le Stub (client) and le Skeleton (serveur) 38

39 RMI Stub et Skeleton (rappel) Client O3 Serveur O1 O2 39

40 Couches RMI Client Server Stub Skeleton RMI reference layer RMI transport layer TCP/IP 40

41 Architecture RMI (4) u Couche stub and skeleton Client Server Stub Objet de référence qui a la même interface que l objet distant Intercepte l appel Prépare les arguments Stub Skeleton RMI reference layer RMI transport layer TCP/IP Skeleton Reçoit l appel Récupère les infos d objet/méthode/arguments Redirige vers l objet serveur Attend le résultat (modèle client-serveur) Envoie le résultat au stub 41

42 Architecture RMI (5) u Couche référence RMI S occupe de la sémantique de l invocation de la méthode Une invocation ou plusieurs objet unique ou plusieurs objets dupliqués Sémantique de la référence serveur Activation du serveur Client Server Stub Skeleton RMI reference layer RMI transport layer TCP/IP 42

43 Architecture RMI (6) u La couche transport RMI Client Server Connexions aux sites distants Gestion connexions. Monitoring de l état des connexions Ecoute d appels rentrants Stub Skeleton RMI reference layer RMI transport layer TCP/IP Table des objets accessible à distance géré localement Connexions avec les sites qui appellent les objets serveur locaux 43

44 Outline 1. Motivations 2. Overview of RMI-based distributed applications 3. A simple example 4. Methodology to build distributed applications using RMI 5. The architecture of RMI 6. A detailed example step by step 44

45 Planning 1. Motivations 2. Présentation générale des applications RMI 3. L exemple du Hello World 4. Comment développer les applications RMI 5. Architecture de RMI 6. L exemple étape par étape 45

46 Les étapes de l exemple Server side Client side Define the remote interface provided by the remote object Implement the remote object Implement the server program Compile the source files Implement the client program Compile the source files Start the RMI regsitry Start the server Start the client 46

47 L exemple en détail (2) u Define the remote interface provided by the remote object: Extends java.rmi.remote Defines the set of methods that can be called remotely Each method must declare java.rmi.remoteexception import java.rmi.remote; Import java.rmi.remoteexception; public interface Hello extends Remote { } // A method provided by the remore object public String sayhello() throws RemoteException; 47

48 L exemple en détail (3) u Implement the remote object in a class: Declare the remote interface being implemented Implement the set of methods that can be called remotely Implement any other local method that can not be invoked remotely Import java.rmi.remoteexception; public class HelloImp implements Hello { private String message; public Hello(String s) { } message = s ; } public String sayhello () RemoteException { } return message ; 48

49 L exemple en détail (4) u Implement the remote object in a class Passing objects in RMI Arguments to remote methods or return values from remote methods can be of any type Primitive data types (e.g. int, float, etc.) Remote objects Local objects Non remote objects passed to or returned from r emote methods must be serializable They must implement the java.io.serializable interface Some object types do not meet any of these criteria; they cannot be passed to or returned from remote methods Most of these objects, such as threads or file descriptors, encapsulate information that makes sense only within a single address space Many of the core classes (e.g. classes in the packages java.lang and java.util) implement the Serializable interface 49

50 Invocation de méthode distante JVM Client local object primitive => type should be remote object = Serializable Serializable refo3.meth(10, localo, refo2) O3 Serveur O1 Appels de méthodes à distance localo O2 Objets accessibles à distance 50

51 L exemple en détail (5) u Passage d arguments et de résultats Objets distants : par référence La référence est le stub Le stub est un proxy/intercepteur Cela veut dire que tout changement sur objet distant sont réperutés sur le serveur initial Objets locaux : par valeur (copies) Avec la sérialization Tout est copié sauf les attributs static ou transient La manière dont un objet est sérialisé peut etre modifiée Le destinataire reçoit une copie et tous les changements restent locaux, sur cette copie 51

52 L exemple en détail (6) u Implement the server program: Create and install a security manager Create and export remote objects Register remote objects with the RMI registry import java.rmi.server.unicastremoteobject; import java.rmi.registry.locateregistry; import java.rmi.registry.registry; public class HelloServer { } } public static void main(string [] args){ try { if (System.getSecurityManager() == null) { System.setSecurityManager(new SecurityManager());} HelloImp h = new HelloImp ("Hello world!"); Hello h_stub = (Hello) UnicastRemoteObject.exportObject(h, 0); Registry registry= LocateRegistry.getRegistry(); registry.bind("hello1, h_stub); System.out.println ("Server ready"); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on server :" + e) ; e.printstacktrace(); return; } 52

53 SecurutyManager u u u u A security manager is an object that defines a security policy for an application. This policy specifies actions that are unsafe or sensitive. Any actions not allowed by the security policy cause a SecurityException to be thrown. An application can also query its security manager to discover which actions are allowed. u A security manager determines whether downloaded code has access to the local file system or can perform any other privileged operations u If an RMI program does not install a security manager, RMI will not download classes (other than from the local class path) for objects received as arguments or return values of remote method invocations u This restriction ensures that the operations performed by downloaded code are subject to a security policy 53

54 SecurutyManager (2) SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm!= null) context = sm.getsecuritycontext(); if (sm!= null) sm.checkpermission(permission, context); u u Permissions fall into these categories: File, Socket, Net, Security, Runtime, Property, AWT, Reflect, and Serializable. The classes managing these various permission categories are java.io.filepermission, java.net.socketpermission, java.net.netpermission, java.security.securitypermission, java.lang.runtimepermission, java.util.propertypermission, java.awt.awtpermission, java.lang.reflect.reflectpermission, and java.io.serializablepermission. u u 54

55 Exemples de fichiers de securité (3) u Policy files grant codebase "file:/home/ann/src/" { }; permission java.security.allpermission; grant codebase "file:/home/sysadmin/" { permission java.io.filepermission "/tmp/abc", "read"; }; grant codebase "file://f:/derby/lib/derby.jar" { permission java.lang.runtimepermission "createclassloader"; permission java.util.propertypermission "derby.*", "read"; permission.java.io.filepermission "${derby.system.home}","read"; permission java.io.filepermission "${derby.system.home}${/} -", "read,write,delete"; permission java.util.propertypermission "derby.storage.jvminstanceid", "write"; }; 55

56 A detailed example step by step (8) u Implement the client program: Create and install a security manager Get a remote object reference Perform remote method invocations on the remote object import java.rmi.registry.locateregistry; import java.rmi.registry.registry; public class HelloClient { public static void main(string [] args) { if (args.lenght < 1) { System.out.println("Usage: java HelloClient <server host>"); return; } try { if (System.getSecurityManager() == null) { System.setSecurityManager(new SecurityManager()); } String host = arg[0]; Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(host); Hello h = (Hello) registry.lookup("hello1"); } String res = h.sayhello(); System.out.println(res); } catch (Exception e) { System.err.println("Error on client: " + e); e.printstacktrace(); return; } } 56

57 L exemple en détail (9) u Compiler les sources Dans cette exemple nous séparons The remote interface The remote object implementation class The server program class The client program class Compile the remote interface and build a jar file that contains it javac d classes classpath.:classes src/hello.java jar cvf lib/hello.jar classes/hello.class Compile the remote object implementation class and build a jar file that contains it javac d classes classpath.:classes:lib/hello.jar src/helloimp.java jar cvf lib/helloimp.jar classes/helloimp.class 57

58 A detailed example step by step (10) u Compile and run server-side and client-side programs: Server-side Compile the server program javac d classes classpath.:classes:lib/hello.jar:lib/helloimp.jar src/ HelloServer.java Start RMI registry rmiregistry & Start the server java classpath.:classes:lib/hello.jar:lib/helloimp.jar HelloServer Client-side Compile the client program javac d classes classpath.:classes:lib/hello.jar src/helloclient.java Start the client java classpath.:classes:lib/hello.jar HelloClient 58

59 Références u Oracle. Trail: RMI. u M. Boger. Java in Distributed Systems: Concurrency, Distribution and Persistence. Wiley, u Lectures given by Sacha Krakowiak, u u https://www.prologin.org/docs/java/technotes/guides/rmi/ codebase.html 59

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