中间件技术原理与应用初学者必看

⑵面向信息资源的互操作性（如数据库）
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1.2 中间件概述
现代应用系统的基本特征
分布
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；
平台 网络 平台 网络 平台
中间件的层次结构
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1.2续
中间件基本框架
应用接口（API）层
第四层
中间件服务层 （通信，控制，计算，管理，输出，信息等）
第三层
应用平台层 （Unix、NetWare、NT、VAX、OPENVMS等）
传输协议层 （TCP/IP、IPX/SPX、NetBIOS、OSI等）
利用中间件进行协同工作的系统
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中间件定义
1.2 续
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。
• 1、操作系统 • 2、计算机网络 • 3、数据库原理 • 4、软件工程 • 5、Java/C
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第1章 中间件产生背景及分布式计算环境
1 开放系统 2 互操作性
3 中间件
4 远地过程调用及其增强 5 分布式计算环境
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什么是分布式软件
• 软件面临的问题
–软件正变得无处不在，同时软件 所面临的挑战也正在日益加剧
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应用软件 中间件 网络协议 操作系统 硬件平台
1.2 续
两者内含有进 行协同工作的 应用成分
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
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中间件组成
1.2 续
1．执行环境（Execution Environment）软件
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。
小型简单而不需要采用异步通信方式的应用。
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1.3 续
RPC的通信模型
server
Client
等待
请求服务 Send(remote call pi(…))
(发送“请求服务”信息）
接收调用信息； 抽取参数并分析； 调用所指的过程；
调用
等 待 回 复
Receive(ans)
接收回复信息
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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
客户端负担仍然比较重
仍然需要客户端进行较复杂的数据处理
客户端的可移植性不好
处理复杂必然牵涉更多的移植性问题 每个客户端上都要安装数据库驱动程序
⑴不同厂商的实现很难互操作 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
系统的可维护性不好
客户端包含过多的商业逻辑 商业逻辑与人机交互界面交织在一起
数据的安全性不好
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1.1开放系统与互操作性概述
计算模式的发展过程
• 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
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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
合作方 C
合作对象透明设施 T1 下层设备透明设施 T2
1.1续
开放系统基本组成
硬件 包括PC，工作站，大中型机，各式各样的 嵌入式设备，移动设备；
软件 各类操作系统、应用软件；
网络 各类网络结构、网络协议。
开放系统面临的问题
⑴远程性 ⑵并发行 ⑶无全局状态 ⑸异步性 ⑹异质性 ⑺自主性 ⑼伸缩性 ⑽发展性 ⑾移动性
⑷部分失败 ⑻联合型
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动态协作
参与协作的应用允许位置透明性、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
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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
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应用软件 中间件 网络软件 操作系统
1.2续
可协同工作
应用软件 中间件 网络软件 操作系统
原子性 A 一致性 C 隔离性 I 耐久性 D
⑵消息中间件（MOM）
消息队列 发布-预定
⑶分布式中间件
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1.2续
中间件的发展情况
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中间件的主要厂商
1.2 续
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；
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；
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
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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）
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什么是分布式软件
• 分布式软件
– 网络环境：一群通过网络互相连接的处理 系统，每个处理节点由处理机硬件、操作 系统及基本通信软件等组成。
– 分布式软件：运行在网络环境中的软件系 统。
– 两种典型的应用途径
• 将分布式软件系统看做直接反映了现实世界 中的分布性
• 用于改进某些应用的运行性能
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）
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 RPC Routine 2
wait
中间件技术 原理与应用
刘冰 长春工业大学
liubingnet@gmail.com
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课程目标
• 构造大型的分布式软件系统时将遇 到 什么样的问题
• 解决这些问题的原理与技术：构件 技术与中间件技术
• 相关的工业标准
– 如 COM、CORBA、J2EE等
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相关课程
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互操作性
1.1续
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
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RPC背景
1.3远程过程调用及其增强
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 码在实体间的共享百度文库度，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。
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中间件的优越性：
1.2 续
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 应用程序质量可维护性 增加产品吸引力
透明地同其他应用程序交互 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
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1.2续
中间件发展面临的问题
• 复杂度高
• 开发周期长
•
可靠性保证难
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什么是分布式软件
• 本课程关注分布式软件系统的开发 支撑
–随着网络与通信技术的发展，分布式 软件的应用越来越广泛，分布式软件
在计算机软件应用领域扮演者非常重 要的角色。
–分布式软件一般比集中式软件规模大
、复杂，是软件开发复杂性的集中体
现。
RPC工作流程
客户运行
1.3 续
RPC调用 Network
服务调用
过程调用 服务过 程执行
客户继续执行
RPC返回
过程返回 请求返回
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
执行远程过程
返回执行结果 返回调用结果
Send(ans)
发送回复信息
继续
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RPC执行过 程
1.3 续
Client Process Local return Local call
Server Process call work return
10
1
OP4 Client-stub OP1
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1.1续
开放系统构造
用轮廓勾划； 轮廓由
系统管理 Ａ 用户界面 Ｕ 安全性 Ｓ 编程服务 Ｐ 互操作服务 Ｉ 通信服务 Ｃ 信息实体 Ｅ 七个成分组成；
对轮廓的各成分标准化，即成开放系统长。春工业大学软件学院
1.1续
开放系统开放程度表
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互操作性
1.1续
本质：
第二层 第一层
中间件的基本功能框架结构 长春工业大学软件学院
1.2续
基于中间件的软件系统基本模型
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中间件工作原理
1.2 续
服务器1
服务器2 …… 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
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1.2续
中间件的基本分类
⑴事务处理中间件（交易中间件，TPM）
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RPC调用模型
主程序
main(…) . . .
调用A . . .
退出
主机程器序1
1.3 续
过程A代码 A(…) . . . 调用B . . . 退出
机子器程序2
过程B代码 B(…) . . . . . . . 退出
长春工子业机程大器学序3软件学院
1.3 续
远程过程调用RPC概念
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IDL编译器结构
1.3 续
IDL规范 IDL编译器
头文件
客户 存根
头文件
框架
对象 实现
图2-4 IDL编译器结构
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1.3 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，并被置入服 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。
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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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中间件的作用
1.2 续
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。
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。
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。