Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Для синхронизации доступа к данным и ресурсам со стороны нескольких объектов, принадлежащих различным процессам, но расположенных на одном компьютере, можно использовать мьютексы и семафоры, поскольку каждый процесс, хотя и отделенный от других, все же получает доступ к системной памяти компьютера. Эту системную память функционально можно рассматривать как разновидность памяти, разделяемой между процессами. Но если процессы распределены между различными компьютерами, то следует помнить, что разные компьютеры не имеют никакой общей памяти, и поэтому схемы синхронизации в этом случае должны быть реализованы по-другому. Синхронизация доступа (в зависимости от используемой WBM-модели) может потребовать интенсивного взаимодействия между распределенными объектами. Поэтому мы расширим традиционные методы синхронизации с помощью коммуникационных возможностей спецификации CORBA.

Возможно, одной из самых сложных областей обработки исключительных ситуаций или ошибок в распределенной среде считается область частичных отказов. В распределенной системе могут отказать один или несколько компонентов, в то время как другие компоненты будут функционировать в «предположении», что в системе все в полном порядке. Если такая ситуация (например, отказ одной функции) возникает в локальном приложении, т.е. когда все компоненты принадлежат одному и тому же процессу, об этом нетрудно уведомить все приложение в целом. Но для распределенных приложений все обстоит иначе. На одном компьютере может отказать сетевая карта, а объекты, выполняемые на других компьютерах, могут вообще не «узнать» о том, что где-то в системе произошел отказ. Что случится, если один из объектов попытается связаться с другим объектом и вдруг окажется, что сетевые связи с ним оборвались? Если при использовании модели равноправных узлов (в которой мы формируем различные группы объектов по принципу решения различных аспектов проблемы) одна из групп откажет, то как об этом отказе «узнают» другие группы? Более того, какое поведение мы должны «навязать» системе в такой сигуации? Должен ли отказ одного компонента приводить к отказу всей системы? Если даст сбой один клиент, то должны ли мы прекратить работу сервера? А если откажет сервер, то нужно ли останавливать клиент? А что, если сервер или клиенты продемонстрируют лишь частичные отказы? Поэтому в распределенной системе, помимо «гонок» данных и взаимоблокировок, мы должны также найти способы справляться с частичными отказами компонентов. И снова-таки подчеркиваем, важно найти распределенный подход к С++-механизму обработки исключительных сигуаций. Для начала нас удовлетво-рятвозможности, предоставляемые спецификацией CORBA.

Объекты, разделяющие одну область действия (видимости), могут взаимодействовать, получал доступ друг к другу по именам, псевдонимам или с помощью указателей. Объект доступен только в случае, если «видимо» его имя или указатель на него. Видимость имен объектов определяется областью действия. С++ рааличает четыре основ-ныхуровня областей действия:

• блока;

• функции;

• файла;

• класса.

Вспомните, что блок в С++ определяется фигурными скобками {}, поэтому присваивание значения Y переменной X в листинге 8.1 недопустимо, так как переменная Y видима только внутри блока. Функции main() неизвестно имя переменной Y за пределами блока, конец которого обозначен закрывающейся фигурной скобкой.

// Листинг 8.1. Простой пример области действия блока

int main(int argc, char argv[]) {

int X; int Z; {

int Y;

Z = Y; // Вполне правомочное присваивание.

//.. .

}

X = Y ; // Неверно, поскольку имя Y уже не определено.

}

Однако имя Y видимо для любого другого кода из того же блока, в котором определена переменная Y. Имя, объявляемое внутри функции или ее объявления, получает область видимости этой функции. В листинге 8.1 переменные X и Z видимы только для функции main (), и к ним нельзя получить доступ из других функций. Понятие области видимости файла относится к исходным файлам. Поскольку С++-программа может состоять из нескольких файлов, мы можем создавать объекты, которые видимы в одном файле и невидимы в другом. Имена, обладающие областью видимости файла, видимы, начиная с местоположения их объявления и заканчивая концом исходного файла. Имена с областью видимости файла не должны объявляться ни в одной из функций. Обычно их называют глобальными переменными. Имена, которые характеризуются областью видимости объекта, видимы для любой функции-члена, объявленной как часть этого объекта. Мы используем область видимости объекта в качестве первого уровня доступа к членам объекта. Закрытый, защищенный и открытый интерфейсы объекта определяют второй уровень. И хотя само имя объекта может быть видимым, закрытые и защищенные его члены тем не менее имеют ограниченный доступ. Область действия просто сообщает нам, видимо ли имя объекта. В нераспределенной программе область действия ассоциируется с единым адресным пространством. Два объекта в одном и том же адресном пространстве могут получать доступ друг к другу по имени или указателю и взаимодействовать, просто вызывал методы друг друга.

// Листинг 8.2. Использование объектов, которые вызывают

// методы других объектов из того же

// адресного пространства

//.. .

some_object А; another_object В;

dynamic_object *C;

C = new dynamic_object;

//...

B.doSomething(A.doSomething() );

A.doSomething(B.doSomething() );

C->doMore (A.doSomething () ) ;

//...

В листинге 8.2 объекты Аи Внаходятся в одной области видимости, т.е. объект В видим для объекта А,а объект Авидим для объекта В.Объект Аможет вызывать функции-члены объекта В,и наоборот. А что можно сказать об областях види м ости, если два объекта находятся на различных компьютерах? Что происходит, когда объект Всоздается другой программой и «получает прописку» совершенно в другом адресном пространстве? Как объект Аузнает о существовании объекта Ви как (что особенно важно) объект Аузнает имя и интерфейс объекта В?Каким образом объект Асможет вызывать функции-члены, принадлежащие объекту В,если В— часть другой программы? В листинге 8.2 объекты Аи Всоздаются во время компиляции, а объект С — во время выполнения. Все они являются частями одной и той же программы, обладают одной областью видимости, а их адреса принадлежат адресному пространству одного и того же процесса. Чтобы процесс мог выполнить инструкцию, ему нужно знать ее адрес. При компиляции программы, представленной в листинге 8.2, адреса объектов Аи Вхранятся в выполняемом файле. Сле д овательно, процесс, который выполняет программу из листинга 8.2, будет знать местоположение объектов Аи В.Адрес объекту Сприсваивается во время выполнени я программы, т.е. его точный адрес станет известен только тог д а, когда будет вызвана функция new (). Однако указатель на объект С бу д ет содержать адрес в пределах того же пространства, в котором размещаются объекты Аи В,и, следовательно, процесс для получения доступа к объекту С воспользуется этим указателем. Таким образом, доступ к каждому объекту осуществляется на основе доступа к их адресам (прямого или косвенного). Имя переменной объекта — это просто псевдоним для его адреса. Если имя объекта попадает в рамки нашей области видимости, то мы можем получить к нему доступ. Проблема в том, как связать удаленный объект с нашей локальной областью видимости. Для того чтобы получить доступ к объекту D,который находится в другом адресном пространстве, нам необходим некоторый способ ввода адреса удаленного объекта в наш выполняющийся процесс, т.е. нужно научиться связывать удаленный объект с нашей локальной областью видимости. Нам требуется видимое имя, которое бы служило псевдонимом для адреса в другом процессе, причем этот процесс может выполняться даже на другом компьютере. В некоторых случалх этот самый «другой» компьютер может быть подключен к другой сети! Было бы весьма удобно запросить удаленный объект с помощью некоторого согласованного описания и получить ссылку для адреса удаленного объекта. Имея ссылку, мы могли бы взаимодействовать с этим объектом из нашей локальной области действия. Именно для таких нужд распределенного программирования и можно использовать CORBA-реализацию.