ACE技术论文集-第10章 通过服务配置器模式动态配置通信服务

　

Prashant Jain   Douglas C. Schmidt

　

　

一系列迅速增长的通信服务正出现在Internet上。通信服务是为客户提供功能的服务器中的组件。在Internet可用的服务包括：WWW浏览和内容获取服务（例如，Alta Vista、Apache、Netscape的HTTP服务器）、软件发布服务（例如，Castinet）、电子邮件和网络新闻传输代理（例如，sendmail和nntpd）、远程文件访问（例如，ftpd）、远程终端访问（例如，rlogind和telnetd）、路由表管理（例如，gated和routed）、主机和用户活动报告（例如，fingerd和rwhod）、网络时间协议（例如，ntpd），以及请求代理服务（例如，orbixd和RPC portmapper），等等。

实现这些服务的常用方法是将每个服务开发成为单独的程序，随后编译、链接，并在单独的进程中执行每个程序。但是，这样的“静态”配置服务方法生成不灵活、常常也是低效的应用和软件体系结构。静态配置的主要问题是它相对于应用中的其他服务，将特定服务的实现和服务的配置紧耦合在一起。

本文描述服务配置器（Service Configurator）模式，它通过使服务的行为与服务实现被配置进应用的时间点去耦合来增强应用的灵活性（常常还有性能）。本文使用用C++编写的分布式时间服务作为例子来演示服务配置器模式。但是，服务配置器已经以许多方式被实现，范围从现代操作系统（像Solaris和Windows NT）中的设备驱动程序，到Internet超级服务器（像inetd和Windows NT服务控制管理器），以及Java applets。

　

　

　

使服务的行为与服务实现被配置进应用或系统的时间点去耦合。

　

　

超级服务器。

　

　

服务配置器模式使服务的实现与服务被配置进应用或系统的时间点去耦合。这样的去耦改善了服务的模块性，并允许服务独立于配置问题（比如两个服务是否必须驻留在一起，或是采用何种并发模型执行服务）而持续发展。

此外，服务配置器模式使它配置的服务的管理集中化。这便利了服务的自动初始化和终止，并且可以通过将常用的服务初始化和终止模式分解进高效的可复用组件而提高性能。

这一部分使用分布式时间服务作为例子来说明服务配置器模式的动机。

　

　

当服务需要进行动态发起、挂起、恢复和终止时，应该采用服务配置器模式。此外，如果服务配置决策必须被推迟至运行时，也应该采用服务配置器模式。

　

　

图10-1 分布式时间服务

　

为说明该模式的动机，考虑图10-1中所示的分布式时间服务。该服务为在局域网和广域网中协作的计算机提供准确、容错的时钟同步。在要求多个主机维护精确的全局时间的分布式系统中，同步时间服务是很重要的。例如，大型分布式医学成像系统[1]需要全局同步的时钟，以确保病人的检查被精确地记录时间，并由放射科医生通过健康保健递送系统迅捷地加以分析。

如图10-1所示，该分布式时间服务的体系结构含有下列时间服务器（Time Server）、事务员（Clerk）和客户（Client）组件：

　

　

　

一种实现分布式时间服务的方法是将时间服务器、事务员和客户的逻辑功能静态地配置进分离的物理进程。在该方法中，可有一或多个主机运行时间服务器进程；后者处理来自事务员进程的时间更新请求。下面的C++代码段演示静态配置的时间服务器进程的结构：

　

// The Clerk_Handler processes time requests

// from Clerks.

class Clerk_Handler :

public Svc_Handler

{

public:

// This method is called by the Reactor

// when requests arrive from Clerks.

virtual int handle_input (void)

{

// Read request from Clerk and reply

// with the current time.

}

　

// ...

};

　

// The Clerk_Acceptor is a factory that

// accepts connections from Clerks and creates

// Clerk_Handlers.

typedef AcceptorClerk_Acceptor;

　

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

{

// Parse command-line arguments.

Options::instance ()->parse_args (argc, argv);

　

// Set up Acceptor to listen for Clerk connections.

Clerk_Acceptor acceptor(Options::instance ()->port ());

　

// Register with the Reactor Singleton.

Reactor::instance ()->register_handler(&acceptor, ACCEPT_MASK);

　

// Run the event loop waiting for Clerks to

// connect and perform time queries.

for (;;)

Reactor::instance ()->handle_events ();

　

/* NOTREACHED */

}

　

该程序使用反应堆（Reactor）模式[4]和接受器（Acceptor）模式[5]来实现静态配置的时间服务器进程。

每个需要全局时间同步的主机都可以运行事务员进程。事务员基于接收自一或多个时间服务器的值周期性地更新它们的本地系统时间。下面的C++代码段演示静态配置的事务员进程的结构：

　

// This class communicates with the Time_Server.

class Time_Server_Handler { /* ... */ };

　

// This class establishes connections with the

// Time Servers and periodically queries them for

// their latest time values.

class Clerk : public Svc_Handler

{

public:

// Initialize the Clerk.

Clerk (void)

{

Time_Server_Handler **handler = 0;

　

// Use the Iterator pattern and the

// Connector pattern to set up the

// connections to the Time Servers.

for (ITERATOR iterator (handler_set_);

iterator.next (handler) != 0;

iterator.advance ())

{

connector_.connect (*handler);

　

Time_Value timeout_interval (60);

　

// Register a timer that will expire

// every 60 seconds. This will trigger

// a call to the handle_timeout() method,

// which will query the Time Servers and

// retrieve the current time of day.

Reactor::instance ()->schedule_timer

(this, timeout_interval);

}

}

　

// This method implements the Clock Synchronization

// algorithm that computes local system time. It

// is called periodically by the Reactor’s timer

// mechanism.

int handle_timeout (void)

{

// Periodically query the servers by iterating

// over the handler set and obtaining time

// updates from each Time Server.

Time_Server_Handler **handler = 0;

　

// Use the Iterator pattern to query all

// the Time Servers

for (ITERATOR iterator (handler_set_);

iterator.next (handler) != 0;

iterator.advance ())

{

Time_Value server_time = (*handler)->get_server_time ();

　

// Compute the local system time and

// store this in shared memory that

// is accessible to the Client processes.

}

}

　

private:

typedef Unbounded_SetHANDLER_SET;

typedef Unbounded_Set_IteratorITERATOR;

　

// Set of Clerks and iterator over the set.

HANDLER_SET handler_set_;

　

// The connector_ is a factory that

// establishes connections with Time Servers

// and creates Time_Server_Handlers.

Connectorconnector_;

};

　

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

{

// Parse command-line arguments.

Options::instance ()->parse_args (argc, argv);

　

// Initialize the Clerk.

Clerk clerk;

　

// Run the event loop, periodically

// querying the Time Servers to determine

// the global time.

for (;;)

Reactor::instance ()->handle_events ();

　

/* NOTREACHED */

}

　

该程序使用反应堆（Reactor）模式[4]和连接器（Connector）模式[6]来实现静态配置的事务员进程。

客户进程可以使用它们的本地事务员报告的同步的时间。为最少化通信开销，当前时间可被存储在共享内存中，后者被映射到事务员和同一主机上所有客户的地址空间中。除了时间服务，这些主机提供的其他通信服务（比如文件传输、远程登录和HTTP服务器）也可以在分离的静态配置的进程中执行。

　

　

尽管像反应堆、接受器和连接器这样的模式的使用改善了上面所示的分布式时间服务器的模块性和可移植性，使用静态方法来配置通信服务有以下缺点：

　

　

　

更为方便和灵活的实现分布式服务的方法常常是使用服务配置器模式。该模式使通信服务的行为与这些服务被配置进应用或系统的时间点去耦合。服务配置器模式消除了以下需求的压力：

　

　

图10-2使用OMT表示法来演示根据服务配置器模式设计的分布式时间服务的结构。

　

　

图10-2 分布式时间服务的结构

　

Service基类为配置和控制服务（比如时间服务或事务员）提供标准接口。基于服务配置器的应用使用该接口来发起、挂起、恢复和终止服务，以及获取关于服务的运行时信息（比如它的IP地址和端口号）。服务自身驻留在Service Repository（服务仓库）中，可由基于服务配置器的应用来在Service Repository中增加或移除。

Service基类的两个子类出现在分布式时间服务中：Time Server和Clerk。每个子类表示一个在分布式时间服务中有着特定功能的具体Service。Time Server服务负责接收和处理来自Clerk的时间更新请求。Clerk服务是连接器（Connector）[6]工厂，负责（1）为每个服务器创建新连接，（2）动态分配新的处理器，以向相连的服务器发送时间更新请求，（3）通过处理器接收来自所有服务器的回复，以及（4）随后更新本地系统时间。

通过管理时间服务中的服务组件的配置，服务配置器模式使分布式时间服务变得更为灵活，并从而使它与实现问题分离开来。此外，服务配置器提供了构架来将其他通信服务的配置和管理合并在一个管理单元中。

　

　

当有以下情况时使用服务配置器模式：

　

　

当有以下情况时不要使用服务配置器模式：

　

　

在图10-3中使用OMT表示法演示了服务配置器模式的结构：

　

　

图10-3 服务配置器模式的结构

　

服务配置器模式中的关键参与者包括：