Object Management Group’s Object Management Architecture CORBA

1. CORBA;2.ppt Object Management Group’sObject Management ArchitectureCORBA Fabiano Cattaneo - CEFRIEL Via Fucini, 2 - 20133 Milano Tel. (02) 23954 270 FAX (02) 23954 254 E-mail: cattaneo@cefriel.it

2. Indice del corso e prerequisiti • Indice • Il contesto e le motivazioni • L’architettura concettuale di riferimento • Il modello ad oggetti • Common Object Request Broker Architecture • Un esempio • Prerequisiti • Concetti base dei sistemi object-oriented • Linguaggio Java (per l’esempio)

3. Il contesto • La disponibilità di PC e reti locali ha causato un mutamento rivoluzionarlo nelle architetture dei sistemi: da mainframe a client/server. • il client è in grado di effettuare elaborazioni locali (es. interfaccia grafica) • il server mantiene funzioni centrali (es. DB) • la comunicazione tra client e server è resa possibile da LAN economiche ed efficienti • Così come il modello C/S ha rotto la monoliticità del mainframe, così gli oggetti tendono a frammentare sia il lato client che il lato server. • i nuovi elementi del modello sono i “componenti”

4. Il contesto • Nuovo hardware ha reso possibile la comunicazione a distanza (WAN) in modo efficiente e diffuso. • alta velocità • basso costo • grande copertura • Le applicazioni stanno assumendo dimensioni planetarie • es. Internet e relative applicazioni • I moderni PC sono equipaggiati di hardware e software che li mettono in grado di funzionare sia come client che come server.

5. Lo scenario • Ci saranno milioni di potenziali clienti dei più disparati servizi. • È chiaro che la massa di richieste generate da questi client dovrà essere gestita non da un unico server, ma da una rete di server, che a loro volta dovranno essere in grado di accedere a servizi offerti da altri server, ecc. • Lo scenario futuro prevede una rete di componenti: • oggetti autocontenuti, con uno stato e una “intelligenza” propria, in grado di interoperare con masse eterogenee di altri oggetti • Una volta tanto gli standard (OLE/COM, CORBA) sono presenti da subito.

6. Il problema • Ci si trova a dover realizzare: • sistemi distribuiti su vasta scala • sistemi eterogenei, costituiti da piattaforme hardware e software estremamente diverse • è necessario che i componenti del sistema distribuito possano interoperare • L’approccio OMG • Definire un’architettura di riferimento object oriented, basata sul concetto di “interfaccia” di un componente • La conformità con l’architettura di riferimento dovrebbe garantire l’interoperabilità

7. Perché object oriented? • Dal punto di vista dell’utente • Facilità d’uso delle interfacce utenti object-oriented • Integrabilità di componenti sviluppati indipendentemente • Condivisione di oggetti che svolgono funzioni comuni • Wrapping di applicazioni legacy (anche non object oriented) • Dal punto di vista dello sviluppatore: • Modularizzazione delle applicazioni, separazione delle interfacce, costruzione incrementale • Riuso

8. Costruire applicazioni con i componenti • L’oggetto o componente sarà l’unità di produzione, distribuzione e manutenzione. • L’oggetto starà su un bus software (come CORBA o COM) e attraverso questo bus riceverà richieste di servizio e invierà le sue richieste e suoi risultati. • Quindi il componente è anche l’unità di deployment. • Le architetture software cambieranno in accordo con questo nuovo scenario ... • … e così pure le modalità di packaging, le licenze e la manutenzione

9. Costruire applicazioni con i componenti: l’infrastruttura • Già oggi i bus software offrono servizi che i componenti possono ereditare (addirittura a run-time) per ottenere alti livelli di cooperazione con gli altri componenti. • L’infrastruttura intelligente favorisce lo sviluppo dei componenti: • aspetti come l’interoperabilità, la sicurezza, l’accesso concorrente, ecc. sono gestiti direttamente dall’infrastruttura • Costruire componenti diventa facile e alla portata di piccoli sviluppatori: non è infatti più necessario preoccuparsi dell’intera infrastruttura

10. L’infrastruttura • Fornisce un’architettura predefinita. • Abbasserà i costi di produzione. • Abbasserà i costi per gli utenti finali • potranno decidere quali componenti servono • potranno anche decidere quando fare gli upgrade • Scalabilità: è indifferente che un componente si trovi su un PC stand-alone o su una rete planetaria, dal suo punto di vista non cambia nulla, se ne occupa l’infrastruttura • Saranno possibili “applicazioni” una-tantum: l’applicazione sarà semplicemente l’insieme di componenti coinvolti in una transazione, variabile di volta in volta

11. Primo: gli standard • OMG (Object Management Group), attivo dal 1989 nella definizione del bus software • uno dei primi esempi di middleware ad oggetti • ORB (Object RequestBroker), permette di invocare metodi appartenenti ad oggetti remoti, in modo statico o dinamico • CORBA 2.0 (1994), architettura inter-ORB basata su TCP/IP (e opzionalmente su DCE) • il bus è estensibile con servizi modulari (es. comunicazione ad eventi, transazioni, licenze, ecc.) • contatti con altre organizzazioni di standardizzazione e produttori di software assicurano un’ampia accettazione dello standard

12. L’architettura di riferimento (OMA) Application Interfaces Domain Interfaces Common Facilities Object Request Broker (ORB) Object Services

13. L’architettura di riferimentoComponenti • Object Request Broker (ORB): permette la comunicazione in un ambiente distribuito (software bus) • Object Services (OS): servizi di applicabilità generale, utilizzabili per la costruzione di sistemi distribuiti • Common Facilities (CF): interfacce per funzionalità comuni a molti domini applicativi (mercati “orizzontali”: compound document, user interface, system management, ...) • Domain Interfaces (DI): interfacce per funzionalità specifiche di un dominio (mercati “verticali”: business objects, healthcare, telecommunication, finance, ...) • Application Interfaces (AI): interfacce non standardizzate, dipendenti dall’applicazione (specificate ed utilizzate da un singolo produttore)

14. L’architettura di riferimentoORB e CORBA • CORBA è l’architettura di riferimento per la costruzione di ORB (software bus) • Gli oggetti che si affacciano sul bus descrivono i servizi che mettono a disposizione definendone le interfacce mediante un Interface Definition Language (IDL) • Le interfacce descritte con IDL costituiscono delle specifiche; le implementazioni possono essere realizzate con un linguaggio qualsiasi (per cui esista un mapping IDL) • Oggetti con implementazioni scritte in linguaggi diversi possono interoperare (richiamare reciprocamente i metodi) • Oggetti collegati ad ORB diversi (anche di venditori diversi) possono interoperare (CORBA 2.0)

15. L’architettura di riferimentoORB e CORBA • Sono i “blocchi base” che consentono di costruire applicazioni distribuite • La specifica di un Object Service è costituita da un insieme di interfacce (IDL) e dalla descrizione della loro semantica (inglese)

16. Il modello ad oggetti • OMA definisce un modello parziale della computazione che include le caratteristiche principali della tecnologia ad oggetti • Un sistema ad oggetti è visto come un insieme di oggetti in cui i client possono richiedere un servizio agli oggetti server senza sapere in che modo il server realizza il servizio (qual è il codice da eseguire, qual è il formato dei dati) • Un client è schermato da un’interfaccia rispetto al modo in cui un server è realizzato

17. Il modello ad oggettiConcetti base: oggetti • Un oggetto in OMA è una entità che: • incapsula dati e operazioni • ha un’interfaccia ben definita • è univocamente identificabile • è in grado di eseguire i servizi richiesti da un client • può rappresentare un oggetto del mondo reale • Nota: nella visione OMA i client non devono necessariamente essere oggetti, anche se nelle situazioni più comuni un’entità si può comportare sia da client che da server

18. Il modello ad oggettiScambio di messaggi • Attenzione: questo è un concetto generale, non di OMA • La comunicazione fra oggetti in un sistema ad oggetti avviene (logicamente) mediante scambio di messaggi • L’oggetto client invia un messaggio all’oggetto server • Il messaggio identifica, oltre al destinatario (server), anche l’operazione (servizio) che viene richiesta e porta con sé i parametri necessari al server per svolgerla • L’oggetto server che riceve il messaggio sceglie di eseguire un particolare metodo (cioè codice) in base all’operazione richiesta

19. Il modello ad oggettiRichieste • Nella terminologia OMA, una richiesta (request) viene inviata da un client ad un oggetto per richiedere un servizio • Una richiesta è costituita dal nome di una operazione, dall’identificazione dell’oggetto server, dai parametri dell’operazione, se necessari, e dal contesto in cui svolgere l’operazione, se necessario • Ricevuta una richiesta, un oggetto esegue il servizio relativo nel contesto specificato ed eventualmente restituisce i risultati prodotti o segnala che si è verificata una condizione anomala

20. Il modello ad oggettiParametri delle richieste • I parametri di una richiesta possono essere trasmessi dal client all’oggetto (ingresso), dall’oggetto al client (uscita) o in entrambi i sensi (ingresso-uscita) • Una richiesta può anche specificare un unico valore restituito come risultato della stessa (in stile funzionale)

21. Il modello ad oggettiModuli di richiesta • Un modulo di richiesta (request form) è uno “schema” che può essere utilizzato più volte per inviare una richiesta • Un modulo di richiesta può essere definito mediante costrutti linguistici di uno pseudo-linguaggio di programmazione (IDL) o costruito programmaticamente (invocando le opportune funzioni)

22. Il modello ad oggettiValori e oggetti • I parametri di una richiesta sono costituiti dai valori appartenenti ai tipi definiti dal linguaggio IDL • Un particolare valore può identificare un oggetto, ed in questo caso costituisce il nome dell’oggetto (object name) • Se il nome di un oggetto identifica affidabilmente, ogni volta che viene utilizzato, un unico oggetto, viene anche detto riferimentodell’oggetto (object reference)

23. Il modello ad oggettiCreazione e distruzione • Gli oggetti possono essere creati e distrutti, ma ciò non risulta direttamente visibile ai client • I client non hanno a disposizione meccanismi per richiedere la creazione o la distruzione di oggetti • Nuovi oggetti possono essere creati come effetto dell’emissione di richieste e si manifestano ai client nella forma di riferimenti trasmessi come parametri in uscita o risultati della richiesta

24. Il modello ad oggettiTipi • Un tipo è un’entità identificabile mediante un nome • Ogni tipo ha associato un predicato che permette di stabilire se un valore appartiene o no al tipo • I tipi vengono utilizzati per restringere l’insieme di valori utilizzabili come parametri o risultato delle richieste • Se tutti i valori che soddisfano il predicato di un tipo sono oggetti, allora quel tipo viene chiamato object tipe • OMA definisce un insieme di tipi base (numeri interi e in virgola mobile, caratteri, boolean, …) ed un insieme di costruttori di tipo (record, sequenze, array, …)

25. Il modello ad oggettiInterfacce • Un’interfaccia è un’insieme di operazioni che un client può richiedere ad un oggetto • Un oggetto soddisfa un’interfaccia se è in grado di eseguire tutte le operazioni appartenenti all’interfaccia • Un oggetto può soddisfare più di una interfaccia • Un’interfaccia può specificare anche degli attributi che corrispondono ad un’operazione di lettura e ad una di scrittura (se l’attributo non è read-only) • Le interfacce sono descritte utilizzando il linguaggio IDL

26. Il modello ad oggettiOperazioni • Un’operazione è una entità con un nome che identifica un particolare servizio che un client può richiedere ad un oggetto • Il nome dell’operazione è chiamato operation identifier • Un’operazione è caratterizzata dalla propria signature: • l’elenco dei (tipi dei) parametri dell’operazione • il (tipo del) risultato • le eccezioni che l’operazione può sollevare • il contesto in cui può essere eseguita • la semantica dell’esecuzione

27. Il modello ad oggettiSemantica delle operazioni • Un’operazione può avere una semantica di esecuzione di tipo: • at-most-once: se viene restituito un risultato, l’operazione richiesta è stata eseguita esattamente una sola volta; se viene restituita un’eccezione, l’operazione non è stata eseguita o è stata eseguita al più una volta • best-effort (one-way): può essere caratteristica solo di operazioni che non restituiscono risultato; il client invia la richiesta e poi prosegue, senza poter verificare se l’operazione è stata o meno completata con successo

28. Il modello ad oggettiOggetti server • Un oggetto server deve poter eseguire le attività corrispondenti alle richieste che riceve dai client • È l’implementazione di un oggetto (object implementation) che esegue tali attività • Durante l’esecuzione delle operazioni l’implementazione di un oggetto può eseguire delle computazioni, può modificare il proprio stato interno e può inviare richieste ad altri oggetti

29. Il modello ad oggettiEsecuzione dei servizi • Il servizio richiesto ad un oggetto viene svolto mediante l’esecuzione di codice (metodo) da parte dell’implementazione dell’oggetto • L’attivazione di un metodo è una particolare esecuzione di un metodo • Se l’oggetto (lo stato dell’oggetto) non è disponibile per una data attivazione di metodo, è innanzi tutto necessario ripristinare questo stato (attivazione dell’oggetto) • Il processo inverso si chiama disattivazione

30. Il modello ad oggettiCostruzione • Un object implementation è ciò che consente di definire: • lo stato di un oggetto • i metodi di un oggetto • le modalità con cui si seleziona un metodo in base al nome di un’operazione • come si rende disponibile lo stato di un oggetto ai metodi che vengono eseguiti • cosa accade dopo la creazione di un oggetto (quali metodi vengono resi disponibili?)

31. L’architettura di riferimento (OMA) Application Interfaces Domain Interfaces Common Facilities Object Request Broker (ORB) Object Services

32. CORBA • Common Object Request Broker Architecture (CORBA): definisce l’interfaccia programmatica dell’ORB • Interface Definition Language (IDL): è il linguaggio con cui si descrivono le interfacce degli oggetti che si affacciano sul bus • L’interfaccia IDL nasconde ai client le modalità (linguaggio) con cui sono realizzati i server: separa l’interfaccia dall’implementazione • L’ORB rende trasparente ai client le modalità con cui localizzare, attivare e comunicare con i server

33. L’IDL • Consente di separare le interfacce dalle implementazioni degli oggetti: • supporta l’ereditarietà multipla ed il controllo statico dei tipi • è indipendente dal linguaggio di programmazione utilizzato per implementare gli oggetti (mapping per linguaggi diversi: C, C++, SmallTalk, Java, ...) • non è un linguaggio di programmazione, ma un linguaggio per la specifica di interfacce • È definito in modo da consentire un utilizzo sia statico che dinamico • È uno dei fattori che consentono l’interoperabilità

34. L’IDL • L’IDL ha una sintassi simile a quella del C++ • Il compilatore IDL supporta il pre-processing in stile C++ (#include) • Una specifica scritta in IDL consiste in un insieme di: • dichiarazioni di tipi • dichiarazioni di costanti • dichiarazioni di eccezioni • dichiarazioni di interfacce • dichiarazioni di moduli

35. L’IDL: moduli • Il “modulo” IDL coincide con il costrutto di modularizzazione tipico dei linguaggi di programmazione (scope di nomi) module Global { typedef ... interface B ... }

36. L’IDL: interfacce • Un’interfaccia IDL definisce l’insieme di tipi, costanti, eccezioni, attributi ed operazioni messi a disposizione da un oggetto server • Ogni interfaccia ha un nome e può essere definita a partire da una o più interfacce esistenti (ereditarietà multipla) • l’interfaccia derivata può aggiungere nuovi elementi o ridefinire elementi esistenti • non è possibile ereditare da interfacce che definiscono lo stesso attributo o la stessa operazione • le ambiguità si risolvono qualificando l’elemento con il nome dell’interfaccia (::)

37. L’IDL: interfacce interface Base { const int N … } interface Derived: Base { const int N … typedef … }

38. L’IDL: costanti e tipi • All’interno di un interfaccia o modulo è possibile dichiarare entità con valori costanti (espressioni costanti) const int MAX = MIN + LEN • È possibile associare un nome alla definizione di un nuovo tipo (typedef) • Sono previsti i tipi base ed i costruttori di tipo di derivazione C/C++ (escluse le classi), più qualche estensione (any, union discriminate, sequence, string) typedef sequence< sequence<long> > DblSeq typedef string <100> MyString

39. L’IDL: eccezioni ed operazioni • Le eccezioni possono essere dichiarate come strutture exception NotFound {string <N> what} • Possono essere sollevate da operazioni chiamate e gestite dal chiamante. CORBA definisce un insieme di eccezioni standard • Le operazioni vengono dichiarate in un formato simile alle funzioni C, specificando in più la semantica di invocazione, l’elenco delle eccezioni che possono sollevare ed il contesto che richiedono void search(in Code what, out Item el) raises (NotFound)

40. L’IDL: attributi • All’interno di una interfaccia è possibile dichiarare attributi, che corrispondono logicamente ad una coppia di operazioni (una per modificare ed una per leggerne il valore) attribute float radius; readonly attribute position_t position;

41. IDL e interoperabilità • Attualmente esistono correlazioni (binding) fra IDL e: C, C++, Ada, Smalltalk, Java (COBOL, ObjectiveC) • È possibile specificare in IDL: • attributi e metodi di un oggetto • gerarchie di ereditarietà • eccezioni che un metodo può sollevare C C++ Smalltalk Ada COBOL Java IDL IDL IDL IDL IDL IDL Object Request Broker (ORB)

42. Il ruolo dell’ORB • Costituisce un punto di contatto locale e ben identificabile attraverso cui i client possono invocare metodi dei server • Smista le richieste fra oggetti distribuiti • “Comprende” l’IDL e mantiene un repository contenente le interfacce e le implementazioni registrate nel sistema • Mantiene le informazioni di cui sopra all’interno di un sistema distribuito • Consente di costruire una “rete di ORB”

43. Struttura di un ORB Object implementation Client ClientIDL stub ClientIDL stub ObjectAdapter DynamicInvocation ClientIDL stub ORBInterface StaticSkeleton DynamicInvocation Object Request Broker Core Identica per tutti gli ORB ImplementationRepository Dipende dall’interface del server InterfaceRepository Molteplici Object Adapter

44. Struttura di un ORBClient • Il client è un’applicazione scritta in un linguaggio per cui sia stato definito un binding con IDL (o che consenta di richiamare procedure scritte in quel linguaggio) • Non deve necessariamente essere un’applicazione object-oriented (es. Visual Basic, 4GL) • Client ed object implementation possono essere localizzati ovunque (il client non deve essere a conoscenza della localizzazione dell’object implementation) • Un oggetto può operare contemporaneamente da client e da server • Un client può invocare un metodo di un oggetto remoto di cui abbia un object reference e di cui conosca l’interfaccia

45. Struttura di un ORBObject reference • Un object reference consente di identificare in modo univoco un oggetto all’interno di un sistema costruito su di un ORB • CORBA non specifica in che modo debba essere realizzato, ma definisce il formato di un Interoperable Object Reference (IOR) • Il binding fra IDL ed un particolare linguaggio di programmazione definisce in modo univoco come mappare un object reference in un concetto del particolare linguaggio (puntatori in C/C++, riferimenti ad oggetti in SmallTalk, …)

46. Struttura di un ORBClient IDL stub • Ogni stub corrisponde ad un’operazione del server che il client può invocare usando i meccanismi tipici del linguaggio di programmazione (chiamata di subroutine) • Lo stub viene costruito automaticamente a partire dall’IDL dell’interfaccia (IDL compiler) nel linguaggio prescelto • Dal punto di vista del client, lo stub è una chiamata di procedura locale • All’interno dello stub, vengono codificati (marshaling) i parametri da inviare al server, vengono decodificati i risultati ricevuti e vengono ri-sollevate le eccezioni sollevate dal server

47. Struttura di un ORBDynamic invocation • Mediante una Dynamic Invocation Interface, in alternativa all’utilizzo di uno stub precompilato, il client può: • venire a conoscenza durante l’esecuzione dell’interfaccia di un oggetto • costruire ed inviare dinamicamente una richiesta per richiedere lo svolgimento di un’operazione qualsiasi • Dal lato server (Dynamic Skeleton Interface) • Permette ad un server di ricevere richieste senza aver dovuto compilare in precedenza l’interfaccia IDL • Un server non può distinguere se una richiesta è stata inviata da uno stub o mediante DII ed un client non può distinguere se un server risponde mediante uno skeleton o DSI

48. Struttura di un ORBInterface repository • Contiene la descrizione delle interfacce definite nel sistema • Può essere interrogato (da un oggetto, durante l’esecuzione) per ottenere informazioni sulle interfacce, sui metodi che le compongono, sui parametri • Le informazioni ottenute possono essere utilizzate per costruire dinamicamente le richieste (DII) • Gli oggetti presenti nel sistema possono anche aggiungere e modificare le informazioni memorizzate nel repository • Il repository consente al sistema di “auto-descriversi” • I servizi offerti dall’interface repository sono descritti mediante interfacce specificate in IDL

49. Invocazione statica o dinamica? • Gli stub statici: • possono essere utilizzati solo se si conoscono a priori i metodi che si vogliono invocare (compile time) • il loro utilizzo è praticamente trasparente al programmatore • consente controlli statici di correttezza • è efficiente • L’invocazione dinamica: • non richiede di conoscere i metodi (interfacce) prima dell’esecuzione • consente di scrivere codice generico

50. Struttura di un ORBORB Interface • Consiste in un insieme di API di servizi offerti dall’ORB, utili sia per il client che per il server • Fra le API offerte vi sono quelle che operano direttamente su object reference • get_interface per ottenere una descrizione dell’interfaccia dell’oggetto corrispondente • get_implementation per ottenere una descrizione dell’object implementation corrispondente • is_nil per verificare se l’object reference identifica effettivamente un oggetto