Comunicacion entre procesos SSDD

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Comunicacion entre procesos

Lic. Jorge Guerra Guerra
Mayo 2012


Comunicación entre procesos

•Es la cooperación entre procesos para
lograr un objetivo global. (Cada proceso
hace su labor).
•Dos Formas
–Procesos locales
–Procesos Remotos

Lic. Jorge Guerra Guerra 2


Modalidades de interacción entre procesos

Comunicación Unicast

Comunicación multicast



Comunicación en Sistemas Distribuidos
Red de comunicación es elemento
fundamental para comunicación entre
procesos.
Dos modelos de comunicación entre
procesos:
Memoria compartida.
zona común en que los mensajes podrán ser
compartidos entre cliente y servidor , la base
de datos distribuida es un ejemplo de uso.



2
Memoria compartida
Declaración independiente de variables
Proceso A Proceso B

Texto Texto
Datos
var2
Datos
var1

2

Pila Segmento Pila
de memoria
compartida



Modelos de comunicación (cont)
Paso de mensajes
En este modelo el proceso cliente y el
proceso servidor se encuentran en máquinas
distintas y no tienen ningún elemento común
entre ellos, por lo que solo se servirán del
medio de comunicación para intercambiarse
mensajes.



Paso de mensajes
Permite resolver:
 Exclusión mutua
 Sincronizar un proceso que recibe un mensaje y otro que lo
envía
 Comunicación de datos entre espacios de memoria diferentes
(mismo computador, diferentes computadores)

Primitivas básicas:
 send(destino, mensaje) envía un mensaje al proceso destino
 receive(destino, mensaje) recibe un mensaje del proceso
destino



Paso de mensajes
Múltiples soluciones

Aspectos de diseño
 Tamaño del mensaje
 Flujo de datos (unidireccional, bidireccional)
 Nombrado  Directo
 Indirecto (puertos, colas)
 Sincronización (síncrono, asíncrono)
 Almacenamiento



Uso de colas y puertos

Proceso cliente Proceso cliente
send
Proceso cliente Proceso cliente
receive
send
Puerto

mensaje
mensaje

Cola de mensajes

Comunicación con Comunicación con puertos
colas de mensajes



Tipos de paso de mensajes
Paso de mensajes puro

Llamada a procedimientos remotos

Invocación a métodos remotos



Arquitectura de comunicaciones:
Modelo Cliente/Servidor



Modelo con proxy o cache



Modelo multicapa



Código móvil



Modelo peer-to-peer



Factores de Comunicación
Los diferentes mecanismos de comunicación
se caracterizan por los siguientes factores:
Rendimiento: Latencia, ratio de transferencia,
ancho de banda, ...
Escalabilidad: Número de elementos activos.
Fiabilidad: Pérdida de mensajes.
Seguridad:Cifrado, certificación, ...
Movilidad: Equipos móviles.
Calidad de Servicio (QoS): Reserva y garantía
de anchos de banda.
Comunicación en grupo: Multicast.



Fundamentos de la comunicación entre procesos

Procesos en diferentes maquinas. Se
requiere:
Una red de comunicaciones
Lenguaje común de comunicaciones
Protocolo de transporte



Niveles de Comunicación



Tipos de comunicacion
Comunicación asíncrona - el remitente
continúa inmediatamente después de enviar
el mensaje, el mensaje se almacena en un
búfer local.
Comunicación Síncrona - el remitente está
bloqueado hasta que el mensaje sea
almacenado en un búfer del host receptor,
o efectivamente sea entregado al receptor



Comunicación Síncrona VS Asíncrona

• Una cola está asociado con cada destino del mensaje.
 • Los procesos de envío causaran que los mensajes se
añadan a colas remotas.
 • Los procesos de recepción eliminaran los mensajes de
las colas locales.
La comunicación entre los procesos
de envío y recepción puede
ser sincrónica o asincrónica.



Comunicación Sincrona
Los procesos de envio y recepcion se
sincronizan en cada mensaje.
En este caso, El send y receive son
operaciones bloqueantes:
cuando un send() es ejecutado, el proceso de
envío está bloqueado hasta que la
recepción correspondiente se emita;
cada vez que una receive() es ejecutado,se
bloquea el proceso de recepción hasta que llegue
un mensaje.



Comunicación Asincrona
• La operacion send() es no-bloqueante:
‣ el proceso de envío termina tan pronto como el
mensaje ha sido copiado en un buffer local;
‣ la transmisión del mensaje se realiza
en paralelo con el proceso de envío.
• La operacion receive() puede ser bloqueante
o no bloqueante:
‣ [no-bloqueante] El proceso de recepcion se
realiza normalmente aun se haya ejecutado la
operacion receive();
‣ [bloqueante] procesos de recepcion se bloquean
hasta que un mensaje llegue.


Primitivas de funcion para comunicación entre procesos



Algoritmo: Paso de Mensajes
Los modelos de comunicación basados en cliente-
servidor con paso de mensajes responden al
esqueleto:
msg CLIENTE SERVIDOR msg

Send(msg) Receive(msg)
msg

Mensaje msg,reply;
Mensaje op,ack;
msg=<dato a trasmitir>
receive(op);
send(msg);
if(validOp(op))
receive(reply);
ack=<operación OK>
if(isOK(reply))
else
<operación correcto>
ack=<operación ERROR>
else
send(ack);
<error en operación>
...
...



• Direcciones IP
Las direcciones IP son una serie de cuatro
cifras 0..255 (4 bytes, 32 bits) separadas por puntos.
Existe una dirección IP especial: 127.0.0.1 que referencia siempre
nuestra máquina local. Por ello, tiene asociado el nombre "localhost".
Rangos reservados:
192.168.0.0 .. 192.168.0.255
192.168.1.0 .. 192.168.1.255



Puerto

Código de identificación que generalmente está
asignado de antemano por el fabricante de la
aplicación que genera el proceso

FTP (21) WWW(80) IMAP(143) POP3(110)
SMTP(25) SSH(22) TeInet(23) MysqI(3306)
Observación: Los puertos del 1 al 1024 están reservados para el Sistema Operativo, por lo que
los demás se pueden usar para cualquier aplicación.



Las capas TCP/IP

mail, file transfer, web
Application Application

tcp, udp
Transport Transport
ip
Internet Internet Internet Internet

Media access Media access Media access Media access



Capas, Protocolos y Mensajes

Application M M

Transport Ht M Ht M

Internet Hi Ht M Hi Ht M

Media access Hm Hi Ht M Hm Hi Ht M



Representacion del modelo TCP/IP



Protocolos en TCP/IP



Capa de transporte
La capa de transporte tiene la misión de
establecer la forma de enviar el mensaje
producido en la capa de aplicación, para ello
establece las siguientes operaciones:
 La división del mensaje a enviar en unidades
más pequeñas denominadas paquetes.
En el proceso emisor estos paquetes serán
enviados mediante un criterio de transmisión
determinado con destino al proceso receptor.
En el proceso receptor la operación consiste en
recuperar los paquetes recibidos y mediante un
algoritmo de reconstrucción regenerar el
mensaje original.


Tipos de servicios en Capa de transporte
Servicios orientados a conexión
envío de paquetes en forma secuencial
camino o ruta de envío predefinida entre
cliente/servidor (stream)
capacidad de retransmisión
es confiable y es poco probable la perdida de
paquetes
el algoritmo de recuperación del mensaje
recibido es sencillo



Tipos de servicios en Capa de transporte

Servicios orientados a no conexión
No hay camino predeterminado entre cliente y
servidor
La transmisión de los mensajes es de tipo
paralela o simultánea
Cada paquete toma su propio camino para llegar
a su destino
Es poco confiable
El algoritmo de recuperación del mensajes es
más complejo utilizando para ello un algoritmo
de ordenamiento



Datagramas
En Internet, la información se transmite
mediante datagramas. La información se
divide en paquetes, denominados
datagramas IP.
Cada paquete puede seguir un camino
diferente desde el origen hasta el
destino, pueden llegar en distinto orden
de cuando se enviaron, o no llegar.



TCP y UDP para Cliente / Servidor

request

response

UDP

TCP T/TCP



Socket
Se considera como un extremo de una
conexión de comunicación entre dos
computadoras. Por otro lado, si lo vemos
del punto de vista de la programación un
socket representa el mecanismo para
transferir datos de una computadora a otra



Como funciona el socket



Socket dentro del modelo TCP/IP



Atributos de un socket
Dominio: Especifica el medio de
comunicación de la red que el socket va a
utilizar
Tipo: Define las características de la
comunicación entre procesos en la que es
usado un socket, es decir el tipo de
comunicación que se realizara entre cliente
y servidor.
Protocolo: La capa de transporte
proporciona el protocolo necesario para el
uso del socket.


Tipos de Socket
Socket UDP
Socket TCP
Socket Raw
Socket SeqSocket



Flujograma de sockets UDP



Flujograma de sockets TCP



Sockets en Java
 Engloba en objetos cada una de las estructuras de
la comunicación. Las funciones se tratan como
métodos de dichos objetos:
 InetAddress
 Socket DatagramSocket ServerSocket
 Connection
 DatagramPacket

 Define un nivel de abstracción mayor,
proporcionando constructores que realizan parte
del proceso de inicialización de los elementos.



Clases de comunicaciones-paquete java.net



Sockets en Java(Direccionamiento)
Las direcciones de Internet se asocian a
objetos de la clase InetAddress. Estos
objetos se construyen en base a métodos
estáticos de la clase:

static InetAddress getByName(String
host)
Obtiene una dirección IP en base al nombre (dominios o
números).
static InetAddress getLocalHost()
Obtiene la dirección IP local.



Sockets en Java (UDP)
La información a trasmitir se asocia a un
objetos de la clase DatagramPacket. Estos
objetos se construyen con un array de bytes
a transmitir:



Sockets en Java (UDP)
La comunicación vía UDP se realiza por medio de
objetos de la clase DatagramSocket.
 DatagramSocket(int puerto,InetAddress dir)
Crea un socket UDP con un bind a la dirección y puerto
indicados. Dirección y puerto son opcionales (se elige uno
libre).
 void send(DatagramPacket paquete)
Envía el datagrama a la dirección del paquete.
 void receive(DatagramPacket paquete)
Se bloquea hasta la recepción del datagrama.



Sockets en Java (TCP)
Se utilizan dos clases de socket (una para el cliente y
otra para socket servidor).
Para el cliente:
 Socket(InetAddress dir, int puerto)
Crea un socket stream para el cliente conectado con la
dirección y puerto indicados. Existen otros constructores con
diferentes argumentos.
Para el servidor:
 ServerSocket(int puerto)
Crea un socket stream para el servidor. Existen otros
constructores con diferentes argumentos.
 Socket accept()
Prepara la conexión y se bloquea a espera de conexiones.
Equivale a listen y accept de BSD Sockets. Devuelve un
Socket.



Ejemplo de comunicación TCP



Streams TCP



Transferencias de datos TCP



Usando InputStream y OutputStream en TCP



Cliente-servidor con sockets streams de Java



Clases URL / URLConnection

Estas clases tienen la misma funcionalidad
que las clases Socket y ServerSocket, pero
son más sencillas de utilizar (más alto nivel).
Nos permiten establecer una conexión con
cualquier recurso de Internet y descargar su
contenido, así como conectar dos
ordenadores y transferir datos mediante
flujos (streams).



Sockets en .NET

Implementación en C#


Absolute Basics
All socket services in System.Net.Sockets
namespace
System.Net provides services for DNS, IP
Addresses, HTTP services etc



Sockets TCP (lado servidor)
La creación de un servidor TCP no resulta
demasiado complicada. En primer lugar,
debemos establecer el socket a través del
cual el servidor aceptará peticiones, para lo
cual nos hace falta una dirección IP (la
correspondiente a la máquina en la que se
ejecute el servidor) y un número de puerto
TCP:
// DNS: nombre del host -> dirección IP
IPHostEntry ipHostInfo = Dns.Resolve(Dns.GetHostName());
IPAddress ipAddress = ipHostInfo.AddressList[0];
// Puerto
IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 11000);


Creando un Socket
Must specify address family, socket type
and protocol type
Address Family: InterNetwork (Addr for
IP Ver 4).. InterNetworkV6 (ver 6)
Socket Type: Stream, Dgram, Raw etc
Protocol Type: Tcp, Udp
Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);



 Una vez que tenemos el puerto a través del cual aceptaremos
conexiones, creamos físicamente el socket y lo configuramos
para que pueda aceptar conexiones:
 El método Listen pone el socket en estado de escucha y su
parámetro establece la longitud máxima de la cola de
conexiones pendientes que puede tener el servidor antes de
empezar a rechazar conexiones [backlog, en inglés].

Socket listener = new Socket (
AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream,
ProtocolType.Tcp );
listener.Bind(localEndPoint);
listener.Listen(100);



 A continuación, nos quedamos esperando a que un cliente
establezca una conexión con nuestro servidor. El método
Accept extrae la primera petición de la cola asociada al
servidor y devuelve un nuevo socket que podemos utilizar
para comunicarnos con el cliente:
 Socket handler = listener.Accept();

 En este caso hemos utilizado los sockets de la forma
tradicional (la misma que originalmente se ideó en la
distribución BSD de UNIX): el servidor se queda esperando
al llamar a Accept hasta que llegue alguna petición. En
Windows, no obstante, también podríamos haber utilizado
sockets de forma asíncrona, para evitar que el servidor
quede bloqueado indefinidamente.



Next Step..Creating a data pipe
What we need… IP address and port
number 162.312.324.400:8000
What we have… a more user friendly web
address

What we need is known in C# as an
Endpoint…there is an Endpoint Class for
each family, for IP addresses the class is
known as IPEndPoint



 Cuando la llamada a Accept devuelve un nuevo socket, entonces
podemos realizar la tarea para la cual hayamos diseñado nuestro
servidor. Por ejemplo, podemos construir un servidor que haga
de eco, devolviéndole al cliente lo mismo que éste le envíe:
byte[] bytes = new byte[1024];
int count;
String data = "";
do {
count = handler.Receive(bytes);
data += System.Text.Encoding.ASCII.GetString(bytes,0,count);
} while ( data.IndexOf("<FIN>") == -1 );
// Eco
Console.WriteLine( "Texto recibido received : {0}", data);
byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(data);
handler.Send(msg);
handler.Shutdown(SocketShutdown.Both);
handler.Close();


Creating the EndPoint...
 Give user friendly address to Dns.Resolve
 Returns a list of addresses… select one
 Use the address to create the EndPoint

IPHostEntry iphost= Dns.Resolve (“http://ist.psu.edu”);
IPAddress ip=iphost.AddressList[0];
IPEndPoint EndPoint=new IPEndPoint(ip, portnumber);
s.Connect(EndPoint)

(note that port number must be Int16..use System.Convert.ToInt16)



Sending Data
The Send method can send data through a
CONNECTED socket

byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes("This is a test");
int bytesSent = s.Send(msg);



Receiving Data
We use the Receive method
(similar to Send)

byte[] bytes = new byte[1024];
s.Receive(bytes);

//Displays to the screen.
Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(bytes));



TCPListener
La plataforma .NET incluye una clase
auxiliar denominada TcpListener que
simplifica algo la creación de servidores
TCP, si bien internamente se sigue haciendo
lo mismo:
 TcpListener listener = new TcpListener(11000);
 listener.Start();
 TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();
 ...
La única diferencia reseñable es que ahora,
en vez de utilizar Send y Receive, el objeto
de tipo TcpClient dispone de un stream a
través del cual leemos y escribimos datos.


Sockets TCP (lado cliente)
string mensaje = "Hola... <FIN>";
string respuesta;
Byte[] SendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(mensaje);
Byte[] RecvBytes = new Byte[256];
int bytes;
// DNS
IPAddress address = Dns.Resolve("localhost").AddressList[0];
// EndPoint
IPEndPoint EPhost = new IPEndPoint(address, 11000);
// Socket
Socket socket = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp );
// Conexión
try {
socket.Connect (EPhost);
socket.Send( SendBytes, SendBytes.Length, SocketFlags.None);
bytes = socket.Receive ( RecvBytes, RecvBytes.Length, SocketFlags.None);
respuesta = Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes);
while (bytes > 0) {
bytes = socket.Receive ( RecvBytes, RecvBytes.Length, SocketFlags.None);
respuesta += Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes);
}
Console.WriteLine(respuesta);
} catch (Exception error) {
Console.WriteLine("ERROR - "+error); Jorge Guerra Guerra
Lic. 69
}


TCPClient
string mensaje = "Hola... <FIN>";
string respuesta;
Byte[] SendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(mensaje);
Byte[] RecvBytes = new Byte[256];
int bytes;
// Cliente
TCP TcpClient client = new TcpClient();
NetworkStream stream;
// Conexión
try {
client.Connect("localhost",11000);
stream = client.GetStream();
stream.Write ( SendBytes, 0,SendBytes.Length );
bytes = stream.Read ( RecvBytes, 0, RecvBytes.Length);
respuesta = Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes);
while (bytes > 0) {
bytes = stream.Read ( RecvBytes, 0, RecvBytes.Length );
respuesta += Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes);
} Console.WriteLine(respuesta);
} catch (Exception error) {
Console.WriteLine("ERROR - "+error);
} Lic. Jorge Guerra Guerra 70


Sockets UDP (fragmento de
codigo)
IPAddress broadcastAddress = IPAddress.Parse("150.214.191.255");
string host = Dns.GetHostName();
IPAddress localAddress = Dns.GetHostByName(host).AddressList[0];
int Port = 11000;
Thread listener;
// Hebra empleada
// para recibir mensajes
bool fin = false;
// Flag empleado para terminar la ejecución de la hebra Arranque
private void ChatForm_Load (object sender, System.EventArgs e) {
ThreadStart start = new ThreadStart(Listener);
listener = new Thread(start);
listener.Start(); }
private void Listener() {
while (!fin) { ... }
}
// Detención
private void ChatForm_Closed (object sender, System.EventArgs e) {
fin = true; Send("FIN"); Lic. Jorge Guerra Guerra 71
listener.Join(); }


Envio de mensajes UDP
private void Send (string message) {
IPEndPoint ep;
Socket socket;
ep = new IPEndPoint(broadcastAddress, Port);
socket = new Socket ( localAddress.AddressFamily,
SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
byte[] msg = Encoding.Default.GetBytes( message );
try {
socket.SendTo ( msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, ep);
} catch (Exception e) {
MessageBox.Show( e.ToString(), "Error enviando datos");
}
}



Recepción Socket UDP
private void Listener() {
IPEndPoint localEP;
Socket socket;
localEP = new IPEndPoint(localAddress, Port);
socket = new Socket ( localAddress.AddressFamily,
SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
try{
socket.Bind(localEP);
while (!fin) {
// Buffer para recibir el mensaje
byte[] buffer = new byte[1024];
// IPEndPoint para identificar al emisor
IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any,0);
EndPoint remoteEP = (EndPoint) sender;
// Recepción del mensaje (ojo: bloquea al receptor)
socket.ReceiveFrom (buffer, ref remoteEP);
string mensaje = Encoding.Default.GetString(buffer);
textBoxDialog.AppendText(mensaje); }
} catch (Exception e) {
MessageBox.Show( e.ToString(), Guerra Guerra
Lic. Jorge "Error recibiendo datos"); } } 73


Shutdown sockets
The SocketShutdown enumeration defines
constants that indicate whether the socket
should be closed for sending, for receiving,
or for both.
Call the Close method to free all managed
and unmanaged resources associated with
the Socket
s.Shutdown(SocketShutdown.Both);
s.Close();


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