Sistemas Operacionais de Rede
APIs de Programação
APIs para Acesso à Rede
• I/O API
– abrir, fechar, ler e escrever em arquivos remotos
• Network API
– conectar e navegar através de sistemas de arquivos remotos
• Named Pipe e MailSlot API (Microsoft Win32)
– troca de dados entre processos locais ou remotos
• NetBIOS API
– API compatível com soluções Novell, DOS, Windows e OS/2 antigas.
• Sockets API
– API compatível com o padrão Internet TCP/IP
• Remote Procedure Call
– API que permite construir aplicações distribuídas
de forma transparente.
APIs para Acesso a Rede
•
•
•
•
Sockets
NetBIOS API
Named Pipes
Remote Procedure Call
Sockets
Aplicações
Protocolo de Aplicação
FTP, SMTP, HTTP, Telnet, SNMP,
etc.
sockets
TCP, UDP
IP
Data Link
Ethernet, Token Ring, FDDI, etc
Física
• Conjunto de
APIs mais
difundido
para
programação
sobre a
arquitetura
TCP/IP.
Sockets
• Desenvolvido para o UNIX versão Berkeley
– Método padrão para conectar duas máquinas numa
rede.
– Oferece mecanismos para manipular o fluxo de dados
bidirecional em uma conexão de rede virtual.
– Padrão atual da Internet
• Suporta serviços para:
– protocolos orientados a conexão (TCP)
– protocolos não-orientados a conexão (UDP)
• Os seguintes protocolos usam Sockets:
• NWLink, TCP/IP e AppleTalk
Princípio
• Sockets podem ser utilizados para efetuar
comunicação sobre os protocolos TCP ou
UDP.
Servidor
Comunicação
bidirecional
Porta
Porta
Cliente
Fluxo de Funcionamento
O servidor cria um socket
O servidor passa a escutar
uma porta
N
S
Chegou
requisição?
Uma conexão bidirecional
é criada com o cliente
Mais de um cliente
• O servidor pode utilizar a mesma porta para
estabelecer várias conexões.
• Cada cliente deve ser atendido por um thread
separadamente.
Thread
Principal
Servidor
Thread
Cliente 1
porta 1
porta 10
Thread
Cliente 2
porta 1
porta 21 Cliente 2
Thread
Cliente N
porta 1
Cliente 1
porta 10 Cliente N
Convenções de portas
• Portas de servidor têm números < 1024
• Portas de cliente tem número >= 1024
• Até 64K portas são possíveis em um servidor
• Portas servidoras são padronizadas por RFCs:
–
–
–
–
–
22/TCP: SSH
25/TCP: SMTP
80/TCP: HTTP
161/UDP: SNMP
...
API´s para Acesso a Rede
•
•
•
•
Sockets
NetBIOS API
Named Pipes
Remote Procedure Call
Facility
NetBIOS
• NetBIOS (1983, IBM) define as seguintes entidades:
– Uma interface de programação:
• Um conjunto de APIs que permite que as aplicações se
comuniquem através da rede.
• NetBIOS é considerado uma facilidade IPC (Inter-Process
Communication)
• Corresponde a camada sessão do modelo OSI, podendo
servir de interface homogênea para vários protocolos de
transporte: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI.
– Um serviço de nomes para identificar os recursos na rede
– Um serviço de transmissão por datagrama não confiável
Inteface NetBIOS
• O comandos NetBIOS se dividem em 4 tipos:
– comandos de suporte a nomes
• ADD GROUP NAME, ADD NAME
• DELETE NAME
• FIND NAME
– comandos de suporte ao serviço de datagrama
•
•
•
•
RECEIVE BROADCAST DATAGRAM: todas as estações
RECEIVE DATAGRAM: estação específica
SEND BROADCAST DATAGRAM : todas as estações
SEND DATAGRAM : estação específica
Interface NetBIOS (cont.)
– comandos de suporte ao serviço orientado a conexão
•
•
•
•
•
CALL, HANG UP: início e fim da conexão lógica
LISTEN: espera pedidos de conexões lógicas
SEND, RECEIVE: troca de dados através de uma conexão
RECEIVE ANY: recebe dados de qualquer conexão lógica
SESSION STATUS: recebe informações das conexões lógicas
ativas
– comandos de serviço genérico
• ADAPTER STATUS: obtém informações sobre o adaptador de
rede.
• CANCEL: cancela os comandos pendentes.
• RESET: limpa as tabelas de nomes e sessões.
Nomes NetBIOS
• Utiliza nomes lógicos para identificar as
estações num ambiente de rede.
– Os nomes lógicos tem entre 1 e 15 caracteres de
comprimento, e devem ser únicos
– O comprimento máximo dos nomes é 16 caracteres.
O 16o caracter é utilizado para identifica o tipo de
recursos
• nome de uma máquina, nome de um serviço, nome de um
usuário, nome de um grupo, etc.
• Os nomes permitem identificar as estações da
rede de uma maneira mais amigável que os
endereços de rede.
API´s para Acesso a Rede
•
•
•
•
Sockets
NetBIOS API
Named Pipes
Remote Procedure Call
Protocolo Orientado a Conexão
• Protocolo Named Pipes
– Implementa comunicação ponto a ponto com
garantia de entrega.
– Não permite enviar mensagens em broadcast.
Processo
Cliente
Kernel
REDE
Processo
Servidor
PIPE
Kernel
O cliente
endereça um
mailbox
criado pelo
servidor
– Mensagem solicitada: receive deve ser
chamado antes.
Protocolo MailSlot
• Formato do Endereço (nome de arquivo)
1) \\.\pipe\[path]name
• “.” indica a máquina local
• [path]name indica o nome do mailslot
2) \\machine\pipe\[path]name
• “machine” indica o nome (NEBIOS) da máquina
API´s para Acesso a Rede
•
•
•
•
Sockets
NetBIOS API
Named Pipes
Remote Procedure Call
Remote Procedure Call - RPC
• API para implementar comunicação cliente-servidor entre
processos.
• Encapsula os mecanismos de IPC (Inter-Process
Communication) convencionais na forma de chamada de
procedimentos.
• Simplifica o desenvolvimento e torna as aplicações
independentes dos protocolos de comunicação utilizados.
• É o método IPC mais flexível entre os existentes
atualmente.
• Utiliza os outros métodos IPC para manipular
comunicações cliente/servidor:
– NetBIOS, Named Pipes, Sockets
Protocolo Cliente-Servidor
• RPC (Remote Procedure Call)
– Implementa comunicação ponto a ponto com garantia de
entrega.
– Não permite enviar mensagens em broadcast.
– Independe do protocolo de transporte utilizado.
requisição
Processo
Cliente
Kernel
REDE
Processo
Servidor
resposta
Kernel
Remote Procedure Call
• A) Princípio
– Cliente RPC : computador que chama a função.
– Servidor RPC : computador que executa a função.
servidor RPC
cliente RPC
long Fatorial(short x)
{
...
}
y= Fatorial(x)
Rede
x
y
resultado
Processo Cliente e Servidor
PROCESSO
CLIENTE
PROCESSO
SERVIDOR
Kdfh fg kghdh g k
Dfh gkhdf gfh gf gf kg
fdgh kdfh hgfghfgg
Período que
o processo
permanece
bloqueado.
Chamada RPC
fdkjgfd hf fg hkgd
SUB-ROTINA
EVOCADA
DINAMICAMENTE
dfgkd gfhfg fjg
fdgd fgh
fdgd ghfgfgdf
fdgdfggfhfgd
retorno
Importante: o processo que efetua a chamada RPC
permanece bloqueado durante a execução remota.
Portabilidade
UNIX
SOLARIS
UNIX
LINUX
• Observação:
UNIX
HPUX
Windows
NT
Windows
95
Nao suporta named pipes nem
binding automático
– RPC são suportadas pela maioria dos sistemas
operacionais.
– Os mecanismos de RPC não são necessariamente
compatíveis entre si.
Padrão OSF-DCE
• O padrão de RPCs mais difundido foi proposto pela OSF
(Open Software Foundation) para redes heterogêneas
• Os objetivos do padrão RPC OSF são:
– permitir que máquinas com arquiteturas diferentes se comuniquem
sem os problemas usuais como diferentes tamanhos de palavras.
– permitir o uso da maioria dos tipos C (int, float, pointers, etc.).
– suportar múltiplos protocolos de rede
– esconder (encapsular) ao máximo as particularidades dos
protocolos de rede.
– oferecer ao programador a flexibilidade para determinar a
quantidade de controle que será exercido sobre a conexão de rede
(compromisso entre conveniência e eficiência).
Chamada de Procedimento Local
retorno = sub-rotina(parâmetro 1, parâmetro 2, etc.)
Programa Principal
2) parâmetros
1) parâmetros
SUB-ROTINA
Call subrotina
(parâmetros,...)
4) resultado
3) resultado
PILHA
Parameter
marshalling
Stubs
Stub do cliente
chamada
Empacotamento
de parâmetros
Parameter
unmarshalling
Stub do servidor
chamada
Desempacotamento
de parâmetros
CLIENTE
retorno
SERVIDOR
Desempacotamento
de parâmetros
Kernel
REDE
Empacotamento
de parâmetros
Kernel
Transporte de mensagens pela rede
retorno
Arquitetura em Camadas
CLIENTE
SERVIDOR
APLICAÇÃO
APLICAÇÃO
1
14
8
7
SERVER STUB
CLIENT STUB
2
13
CLIENT RUN-TIME LIBRARY
3
12
9
6
SERVER RUN-TIME LIBRARY
10
TRANSPORTE
TRANSPORTE
11
4
5
Sequência de Eventos
• 1) A aplicação cliente chama um procedimento
local do stub ao invés do código que implementa
realmente a função.
• 2) O stub empacota os dados e chama a função
da RPC run-time library para enviar a requisição
e os parâmetros pela rede (3) e (4).
• 5) A RPC run-time library do servidor aceita a
requisição e chama o stub server (6).
• 7) O stub server desempacota os dados e chama
o procedimento real no servidor.
B) Overhead de uma chamada RPC
– A utilização de chamadas RPC introduz um
overhead devido ao processo de marshalling e
unmarshalling e ao tempo de transmissão das
informações pela rede.
chamada
marshalling
CLIENTE
retorno
chamada
unmarshalling
SERVIDOR
unmarshalling
Kernel
Tempo consumido pelo STUB
e pela Runtime Library
marshalling
retorno
Kernel
Tempo consumido para transmissão
e recepção dos dados
Considerações de Projeto
• Um custo é introduzido devido ao tempo gasto
para gerenciar a RPC (uma RPC é +/- 5000 vezes
mais lenta que uma chamada local).
– chamada local : ~ 1 microsegundo.
– Chamada RPC: ~ 5 milisegundos.
• Latência na execução da função
– tempo gasto para transportar os dados pela rede.
– custo do marshalling/unmarshalling
– aproximadamente 5 milisegundos por chamada.
Servidor RPC Multithreaded
Cliente 1
Thread p/
cliente 1
Thread p/
cliente 2
Servidor
RPC
Cliente 2
SERVIDOR
Cliente RPC multithreaded
Cliente
Thread
principal
Thread
1
Thread
2
parcela2
Call Fatorial(param1)
Call fatorial(param2)
parcela1
Calcula a
Soma das parcelas e
mostra o
resultado =
resultado1 + resultado2
Servidor
1
calcula
primeira
parcela do
numero
fatorial
Servidor
2
calcula
segunda
parcela do
numero
fatorial
C) Binding Manual e Automático
• Servidor
– O servidor deve sempre começar primeiro.
– Ele fornece à máquina onde está sendo
executado as seguintes informações:
• quais protocolos de rede serão usados para
comunicação com os clientes.
• o nome dos “end-points” para os diferentes
protocolos. Exemplos:
– uma porta TCP em TCP/IP
– um nome do tipo pipe\pipename em named pipes
Protocolos Suportados
• Dependendo do fabricante, vários
protocolos podem ser suportados:
– TCP/IP
– NetBIOS sobre NetBEUI
– NetBIOS sobre TCP
– Named Pipes
– SPX (Novell)
– Local
Interface e Servidor de Nomes
• Com os protocolos e os endpoints estabelecidos,
o servidor RPC registra uma interface para as
funções que ele suporta.
– uma interface é identificada por um UUID único do tipo:
• 12345678-1234-ABCD-1234-0123456789AB
• O servidor RPC pode registrar-se opcionalmente
como um servidor de nomes.
– O servidor de nomes RPC elimina a necessidade que
os clientes conheçam o nome da máquina em que roda
o RPC server.
Operação do cliente
– Para que um cliente possa executar uma RPC, ele
deve primeiro se associar (bind) com o servidor RPC.
– A operação de bind pode ser:
• automática
• manual.
– O processo automático é mais fácil de implementar,
mas é mais lento se o cliente tiver que efetuar várias
chamadas sucessivas.
– No caso de serem necessárias várias chamadas, o
processo manual é preferível, pois o cliente pode
conectar com o servidor uma única vez e efetuar todas
as chamadas que precisa.
Binding manual
– O cliente RPC deve conhecer os dados do RPC server
que vai utilizar:
• nome da máquina
• tipo de protocolo
• nome do endpoint
– O processo é feito em 3 fases:
• conexão com o servidor (bind)
• chamada da função
• desconexão (unbind)
– O programador dever escreve o código de binding no
programa cliente.
– Opcionalmente, o cliente RPC pode fazer uma
consulta para o servidor de nomes e obter os dados
do RPC server (assisted manual binding)
BINDING MANUAL
cliente
servidor
conexão
chamada
resposta
PORTA
desconexão
CLIENTE
PROTOCOLO, IP,
PORTA, UUID
SERVIDOR
Binding automático
– Neste modo, o programador do código do
cliente não precisa escrever o código de
binding.
– Toda vez que um programa cliente chama uma
função do RPC server, a RPC runtime library
executa os seguintes procedimentos:
•
•
•
•
•
consulta o servidor de nomes RPC da rede
determina o servidor RPC apropriado
conecta (bind) com o servidor
executa a chamada de procedimento remoto
desconecta (unbind) do servidor
BINDING AUTOMÁTICO
3
cliente
servidor
conexão
chamada
resposta
PORTA
desconexão
CLIENTE
SERVIDOR
UUID
1
2
PROTOCOLO,
IP, PORTA
UUID,
PROTOCOLO,IP,
PORTA
SERVIDOR DE NOMES
Desenvolvimento com RPC
Código
do
Cliente
Arquivo
IDL
Stub do
Cliente
Compilador
C
Compilador
MIDL
Arquivo
ACF
Stub do
Servidor
Código
do
Servidor
Compilador
C