中间件基本概念

开放系统构造
• 用轮廓勾划； • 轮廓由ＡＵＳＰＩＣＥ七个成分组成； • 对轮廓的各成分标准化，即成开放系统。
7
1.1续
开放系统开放程度表
8
1.1续 互操作性
• 本质： • 从异质环境（异种体系结构、异种操作系统、异 种网络等）中获得资源的透明动用能力。
•
•
⑴面向计算资源的互操作性
⑵面向信息资源的互操作性（如数据库）
• ③同步性
• 当客户机发出请求时，服务器进程处于运行状态。 • ④复杂性
• 远程调用的实现环境可能要用系统级的任务来创建，但 一旦完成，对程序员就是透明的了。
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2.1 续 远程过程调用的特点
• 缺点：⑴需要进行系统级的配臵；
• ⑵RPC 并不支持对象。
•
开放系统
•
•
互操作性
中间件
3
1.1开放系统与互操作性概述
计算模式的发展过程
• 基于主机的系统（分时共享、资源共享）
• 两层Client/Server系统
• 三层（n层）体系架构


表示层—— 用户层
业务逻辑层——应用层
数据层——数据库服务器
• 基于Web的三层（N层）体系结构
4
1.1续
开放系统基本组成
中间件的层次结构
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中间件基本框架
应用接口（API）层 中间件服务层 （通信，控制，计算，管理，输出，信息等） 应用平台层 （Unix、NetWare、NT、VAX、OPENVMS等） 传输协议层 （TCP/IP、IPX/SPX、NetBIOS、OSI等）
中间件的基本功能框架结构
1.2续
第四层
第三层
15
1.2续
两者内含有进 行协同工作的 应用成分
应用软件 中间件 网络协议 操作系统 硬件平台
应用软件
DBMS
中间件 网络协议 操作系统 硬件平台
中间件定义
16
*中间件组成
1．执行环境（Execution Environment ）软件
1.2续
• 如果一个网络的各个节点上安装了EE软件，各节点 上的应用软件之间就可以实现相互合作。EE软件使 各节点的下层设备对应用软件透明化了，EE软件是 中间件中的主体部分。
2
RPC Routine wait receive transmit 3 8
RPC Routine
7
receive
transmit
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2.1 续
通信协议
支持两种传输协议：TCP、UDP • TCP：连接、可靠、低效。保证要么把调用传递到 远程过程且接受应答，要么报告通信无法进行。 • UDP：无连接、不可靠、高效。使用UDP的远程过 程调用也许会丢失或重复。
•
•
30
2.1 续
RPC调用模型
主程序 main(…) . . . 调用A . . . 退出
机器1 主程序
过程A代码 A(…) . . . 调用B . . . 退出
机器 2 子程序
过程B代码 B(…) . . . . . . . 退出
机器3 子程序
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2.1 续 远程过程调用RPC概念
• RPC是从一台机器或一个进程调用另一台机器或另 一个进程的服务或方法。
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2.1 续 RPC工作流程
客户运行 RPC调用
Network 服务调用 过程调用 服务过 程执行 过程返回 请求返回
百度文库
客户继续执行
RPC返回
图2-5 RPC工作流程
RPC一般采用调用/返回模式，多用于应用程序之间的通信，采用同步方式。 RPC程序之间的同步通信一般采用Request-Wait-Reply方式，因此RPC更适应小 型简单而不需要采用异步通信方式的应用。
• 动态协作
• 参与协作的应用允许位臵透明性、迁移透明性、负载平衡 性等需求。
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1.2续 应用1 服务器1
应用2
服务器2
应用3
服务器3
12
1.2续 应用1 服务器1
应用2
中间件
服务器2
应用3
服务器3
13
1.2续
应用软件 中间件 网络软件 操作系统
可协同工作
应用软件 中间件 网络软件 操作系统
Send(ans) 发送回复信息
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2.1 续
RPC执行过程
Client Process Local return Local call 10 1 Server Process call work return 5 6
OP4 Client-stub OP1 9
OP2 Server-stub OP3 4
• ⑷模块化的：灵活性的基础； • ⑸可联合的 • ⑹可管理的 • ⑺安全的 • ⑻透明的：支撑软件和硬件的异质性； • ⑼满足服务质量需求
6
1.1续 开放系统必具特性
• • • • 可移植性（Portability） 可互操作性（Interoperability） 可伸缩性（Scalability） 易获得性（Availability）
• 远程过程调用是创建分布式应用的一种方法，来源 于Unix操作系统的处理思想，被普遍认为是创建 分布式应用的有效方法。 • 从程序员的角度，RPC采用常规的编程模式：程序 代码调用远端过程并将结果返回。当使用RPC时， 只需编写很少的网络程序代码，绝大部分代码由 IDL（Interface Define Language）生成。
•
•
⑵只提供了一部分平台的实现
⑶应用开发者要面临设计选择
• • •
①过分追求中间件功能的全面性 ②过分强调选择国外产品 ③不能准确认识中间件的作用
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1.2续
*中间件技术发展趋势
•
⑴中间件的发展需要规范化
•
• • • • •
⑵应用需求导致技术格局多样化
⑶构件化和松散耦合 ⑷底层的中间件持续走稳 ⑸高层的中间件成为市场新宠 ⑹新技术与产品的推出速度放缓 ⑺实用化是重要的发展趋势
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2.1 续
RPC的语义
•
Last-of-many:被调用的过程可能执行若干次，但 规定其最后一次执行的结果作为返回结果。 At-most-once:若调用者收到了回复消息，则称被 调用的过程正确地完成了它的一次（仅仅一次） 执行。 At-least-once:远程调用过程至少执行一次，回 复消息可能返回一次或多次。
• 定义： • 在一个由异质实体构成的网络环境中，当应用在 网络的结点上运行时，它可以透明地动用网中其 他结点上的资源，并借助这些资源与本结点上的 资源共同来完成某个或某组任务。
9
1.1续 互操作性
• 定义： • 在一个由异质实体构成的网络环境中，当应用在 网络的结点上运行时，它可以透明地动用网中其 他结点上的资源，并借助这些资源与本结点上的 资源共同来完成某个或某组任务。 • 本质： • 从异质环境（异种体系结构、异种操作系统、异 种网络等）中获得资源的透明动用能力。
• •
⑴面向计算资源的互操作性 ⑵面向信息资源的互操作性（如数据库）
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现代应用系统的基本特征
• 分布
1.2中间件概述
• 任务已不只是在单机上运行，而是由网络中多台计算机上 的相关应用共同协作完成，需考虑网络传输、数据安全、 数据一致性、同步等诸多问题；
• 异构
• 计算机硬件、操作系统、网络协议、数据库系统以及开发 工具种类繁多，需考虑数据表示、调用接口、处理方式等 诸多问题；
第二层
第一层
19
1.2续
基于中间件的软件系统基本模型
20
中间件工作原理
服务器1 服务器2
……
1.2续
服务器n
服务器端
中间件
同/异构环境
客户机1
客户机2
……
客户机n
客户端
21
1.2续 *中间件的基本分类
•
⑴数据访问中间件（DAM）
•
• • •
⑵远程过程调用中间件（RPC）
⑶消息中间件（MOM）
⑷对象请求代理中间件（ORB）
利用中间件进行协同工作的系统
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1.2续 *中间件定义
• 中间件(Middleware)是一种软件，处于系统 软件（操作系统和网络软件）与应用软件之 间，它能使处于应用层中的各应用成分之间 实现跨网络的协同工作（也就是互操作）， 这时允许各应用软件之下所涉及的“系统结 构、操作系统、通信协议、数据库和其它应 用服务”各不相同。
28
第2章 五大类中间件的工作机理
主要内容
•
•
2.1 远程过程调用中间件（RPCM） 2.2 面向对象中间件（OOM) 2.3 消息中间件（MOM） 2.4 数据库访问中间件（DAM） 2.5 交易中间件 （DTPM）
•
• •
29
2.1远程过程调用中间件 RPC背景
•
在传统的编程概念中，过程是只能局限在本地运行 的一段代码，主程序和过程之间的运行关系是本地 调用关系——本地过程调用LPC。 LPC模式无法充分利用网络上其他主机的资源，也无 法提高代码在实体间的共享程度，使得主机资源大 量浪费。 RPC是对LPC的扩展。通过这种调用机制，程序员编 写客户方应用时，可根据需要透明地调用位于远端 服务器上的过程。
中间件技术
1
教材与参考书目 • 教材：
《中间件技术原理与应用》 张云勇 清华大学出版社
• 参考书：
《COM原理与应用》 潘爱民 《CORBA原理及应用》 朱其亮 《精通EJB》 [美]Ed Roman 清华大学出版社 北京邮电大学出版社 电子工业出版社
2
第1章 中间件产生背景及分布式计算环境 主要内容
25
1.2续
*中间件的优越性：
1.企业应用方面
•
• •
2.应用程序方面
•
缩短应用开发周期
减少项目开发风险
透明地同其他应用程 序交互
应用程序质量可维 护性
增加产品吸引力
•
与运行平台提供的网 络通信服务无关
具有良好的可靠性和 可用性 具有良好的可扩展性
26
•
•
•
1.2续
中间件发展面临的问题
•
⑴不同厂商的实现很难互操作
2．应用开发(Application Development) 工具
• AD工具用来帮助开发内含“透明动用对方”成分的 应用软件，或改造原有的无透明动用能力的应用软 件。AD工具是中间件中的必备部分。
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1.2续
合作方 A 合作方 B 合作对象透明设施 T1 下层设备透明设施 T2 平台 网络 平台 网络 平台 合作方 C
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2.1 续
RPC的通信模型
Client
server 等待 接收调用信息； 抽取参数并分析； 调用所指的过程； 调 用 执行远程过程
Send(remote call pi(…)) (发送“请求服务”信息）
请求服务
等 待 回 复 Receive(ans) 接收回复信息 继续
返回执行结果 返回调用结果
•
•
•
Exactly-once:若服务器正常，则远程过程恰好执 行一次，并返回一个调用结果。
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2.1 续 远程过程调用的特点
• ①客户/服务器模式
• 客户端的应用调用一个位于远端服务器平台的进程或服 务，RPC实际上是通过C/S方式实现的。
• ②数据封装性
• 远端过程调用负责捆绑参数，实现不同平台之间参数的 传递，发送参数到远端过程。
⑸事务处理中间件（交易中间件，TPM）
22
1.2续
中间件的发展情况
23
1.2续
中间件的主要厂商

第一梯队

Oracle（BEA）、IBM、东方通科技，占70%以上份 额；

第二梯队

Sun、中软、中创、微软等；

第三梯队

国内若干中小软件企业和系统集成企业。
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1.2续 *中间件的作用
• ⑴它提供了通道的功能，可保证应用系统数据的可 靠传输； • ⑵它起着桥梁的作用，达成异构应用资源之间的互 联互通； • ⑶它是分布式应用的集成开发框架，促成企业分布 式应用的有机集成； • ⑷作为平台，它可有效实现分布应用的分阶段顺利 部署； • ⑸它起着过滤网的作用，可有力保护关键信息的安 全。
• 硬件 包括PC，工作站，大中型机，各式各样的
•
• 软件 • 网络
嵌入式设备，移动设备；
各类操作系统、应用软件； 各类网络结构、网络协议。 ⑵并发行 ⑹异质性 ⑽发展性 ⑶无全局状态 ⑺自主性 ⑾移动性 ⑷部分失败 ⑻联合型
开放系统面临的问题
⑴远程性 ⑸异步性 ⑼伸缩性
5
1.1续 开放系统特点
• ⑴开放的：提供可移植性和协同工作； • ⑵集成的：有助于对付异质性； • ⑶灵活的：有助于对付移动性；
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2.1 续 IDL编译器结构
IDL规范 IDL编译器
头文件
头文件 存根 框架
客户
对象 实现
图2-4 IDL编译器结构
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2.1 续 远程过程调用中间件工作机理
• ①用中间件中的IDL对调用顺序加以描述；
• ②利用IDL编译器对这种定义和描述进行编译，从 而生成支持客户机和服务器进行通信的管道； • ③在服务器端，被调用的远端过程需单独编写，并 被臵入服务器端框架，同时要在远程过程调用中间 件中进行注册，以备调用。 • ④启动本地客户端存根——〉存根捆绑远端过程名 和参数——〉利用网络传输到服务器端框架，从而 实现数据格式的转换和参数的传递 • ⑤采用调用/返回模式具体地完成远端过程调用。