Tema4 Aplicaciones Cliente-servidor

Tema 4

El paradigma cliente-servidorF. García-Carballeira, Mª. Soledad Escolar,

Luis Miguel Sánchez, Fco. Javier García

Sistemas Distribuidos

Grado en Ingeniería Informática

Universidad Carlos III de Madrid

Contenido

� Conceptos básicos

� Tipo de servidores

� Servidores secuenciales y concurrentes

� Servidores orientados a conexión y sin conexión

� Servidores con/sin información de estado

F. García-Carballeira, Mª. Soledad Escolar, Luis Miguel Sánchez, Fco. Javier García

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� Sesión:

� interacción entre cliente y servidor

� Ejemplo:

� Cliente-servidor con paso de mensajes

� Guía de desarrollo de aplicaciones cliente-servidor

Una definición simple …

“El software del servidor acepta peticiones de

“El software del servidor acepta peticiones deservicio desde el software del cliente, calcula elresultado y lo devuelve al cliente”

Participantes

� Elementos de computación:

� Cliente

� Servidor

� Red de interconexión

Red de interconexión

Máquina cliente

Máquina del servidor

2) Respuesta

1) Petición

Ejemplo: HTTP

Cliente Servidor

1) Petición:http://www.arcos.inf.uc3m.es

2) Respuesta

1) Petición: 2) Respuesta:

1) Petición:GET /index.html HTTP/1.1 Host: www.example.com User-Agent: nombre-cliente [Línea en blanco]

2) Respuesta:HTTP/1.1 200 OK Date: Fri, 31 Dec 2003 23:59:59 GMT Content-Type: text/html Content-Length: 1221

<h1>Página www.uc3m.es</h1> (Contenido) . . . </body> </html>

Acceso distribuido vs.

computación distribuida

La computación de tipo cliente-servidor

es acceso distribuido

no computación distribuida !!!

Cliente-Servidor

� Asigna roles diferentes a los procesos que comunican: cliente y servidor

� Servidor:

� Ofrece un servicio

� Elemento pasivo: espera la llegada de peticiones

� Cliente:

� Solicita el servicio

� Elemento activo: invoca peticiones

Petición de servicio

Proceso servidorProceso cliente

Servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Conceptos previos

� El modelo cliente-servidor es una abstracción eficiente para facilitar los servicios de red

� La asignación de roles asimétricos simplifica la sincronización

� Implementación mediante:

� Sockets

Llamada a procedimientos remotos (RPC)

� Llamada a procedimientos remotos (RPC)

� Invocación de métodos remotos (RMI, CORBA, …).

� Paradigma principalmente adecuado para servicios centralizados

� Ejemplos: servicios de Internet (HTTP, FTP, DNS, … )

Tipos de servidores de aplicaciones

� En función del número de peticiones que es capaz de atender:

� Secuencial: una petición

� Concurrente: múltiples peticiones atendidas al mismo tiempo

� En función de si existe una conexión preestablecida con el cliente

� Servidores orientados a conexión

� Servidores NO orientados a conexión

� En función de si almacena o no el estado de la comunicación

� Servidores con estado

� Servidores sin estado

Modelo de servidor secuencial

� El servidor sirve las peticiones de forma secuencial

� Mientras está atendiendo a un cliente no puede aceptar peticiones de más clientes

petición

Cliente

petición

respuesta

servidor

Flujo de ejecución de un servidor

secuencial

Inicio de servicio

Aceptar petición de

Aceptar petición de sesión

Procesar la petición del cliente

Servidor secuencial

secuencial

Obtener el resultado

Inicio de servicio

Aceptar petición de

Servidor secuencial

resultado+

Devolver la respuesta al cliente

Procesar la petición del cliente

Cliente-Servidor secuencial

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Solicitud de conexión

Sesión de servicio

while(){aceptar_peticion()tratar_peticion()

Cliente n

servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de servicio

Cliente n

servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de servicio

Cliente n

servicio

Modelo de servidor concurrente

� El servidor crea un hijo que atiende la petición y envía la respuesta al cliente

� Se pueden atender múltiples peticiones de forma concurrente

peticiónservidor

Cliente

respuesta

Crea un procesohijo

Proceso hijo

concurrente

Servidor concurrente

Inicio de servicio

Procesar la petición del cliente 1

Crear threadTrabajador 1

Procesar la petición del cliente n

Crear threadTrabajador n

concurrente

Servidor concurrente

Inicio de servicio

Obtener el resultado

+Devolver la

respuesta al cliente

Procesar la petición del cliente n

Crear threadTrabajador n

Cliente-Servidor concurrente

while(){

aceptar_peticion()pthread_create()

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

Cliente n

Sesión de servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Cliente n

Sesión de servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Hilo 2

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Hilo 2

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Hilo 2

Hilo n

Servidor Cliente 1

Cliente 2

Sesión de

while(){

Hilo 1

Cliente n

Sesión de servicio

Hilo 2

Hilo n

� Distintas arquitecturas de SW para construir servidores paralelos:

� Un proceso distribuidor que acepta peticiones y las distribuye entre un pool de procesos ligeros

� Cada proceso ligero realiza las mismas tareas: aceptar peticiones, procesarlas y devolver su resultado

� Segmentación: cada trabajo se divide en una serie de fases, cada una de ellas se procesa por un proceso ligero especializado

Diseño de servidores concurrentes

mediante threads

Trabajador

Núcleo Sol

E/SNúcleo

Distribuidor

E/S E/S

@Fuente : Jesús Carretero, Félix García, Pedro de Miguel y Fernando Pérez. Mc Graw Hill

Servidores orientados a conexión

� En un servicio orientado a conexión, el cliente y el servidor establecen una conexión (que puede ser lógica), posteriormente insertan o extraen datos desde esa conexión, y finalmente la liberan

� El flujo de tráfico se representa mediante un identificador de conexión

conexión

� Los datos no incluyen información sobre la conexión establecida

� Direcciones origen y destino

� Ejemplo: TCP

Servidores sin conexión

� En un protocolo no orientado a conexión los datos son intercambiados usando paquetes independientes, auto-contenidos, cada uno de los cuales necesita explícitamente la información de conexión

� No existe acuerdo previo

� Ejemplo: IP, UDP

Concepto de sesión

� Sesión: Interacción entre cliente y servidor

� Cada cliente entabla una sesión separada e independiente con el servidor

� El cliente conduce un diálogo con el servidor hasta obtener el servicio deseado

El servidor ejecuta indefinidamente:

� El servidor ejecuta indefinidamente:

� Bucle continuo para aceptar peticiones de las sesiones de los clientes

� Para cada cliente el servidor conduce una sesión de servicio

Protocolo de servicio

� Se necesita un protocolo para especificar las reglas que deben observar el cliente y el servidor durante una sesión de servicio

� En cada sesión el diálogo sigue un patrón especificado por el protocolo

� Los protocolos de Internet están publicados en las RFCs

� Definición del protocolo de servicio:

� Localización del servicio

� Secuencia de comunicación entre procesos

� Representación en interpretación de los datos

Tipos de servidores

� Servidores sin estado:

� Cada mensaje de petición y respuesta es independiente de las demás

� Ejemplo: HTTP

� Servidores con estado:

� Debe mantener información de estado (por ej. anteriores conexiones de clientes) para proporcionar su servicio

� Cada petición/respuesta puede depender de otras anteriores

� Ejemplo: Telnet

Información de estado

� Información de estado global

� El servidor mantiene información para todos los clientes durante la vida del servidor

� Ejemplo: servidor de tiempo

� Información de estado de sesión

� El servidor mantiene información específica para cada sesión iniciada por los clientes

� Ejemplo: FTP (File Transfer Protocol)

Arquitectura de SW

� La arquitectura de SW de una aplicación cliente-servidor consta de tres niveles:

� Nivel de presentación: cliente y servidor precisan una interfaz de usuario

� Nivel de lógica de aplicación: en el lado del servidor necesita procesarse la petición del cliente, calcular el resultado y devolverlo al cliente. En el lado del cliente se necesita enviar al servicio la petición del usuario y procesar el resultado (por ejemplo, mostrarlo por pantalla)

procesar el resultado (por ejemplo, mostrarlo por pantalla)

� Nivel de servicio: los servicios requeridos para dar soporte a la aplicación son (1) en el servidor aquellos que permiten procesar la petición y 2) el mecanismo de IPC

Interfaz de usuario

Lógica de presentación

Arquitectura de las aplicaciones

Lógica de aplicación

Lógica de servicio

¿Donde se ejecutan las tareas?

� En el software del cliente (lado del cliente)

� En el software del servidor (lado del servidor)

Responsabilidades en el cliente

� Cliente:

� Genera un mensaje de petición de servicio

� Se conecta al servidor (dirección IP y puerto) [Solo orientado a conexión]

� Envía el mensaje de petición de servicio

� Espera por la respuesta

� Procesa la respuesta: imprimir, almacenar, etc.

� Desconexión [Solo orientado a conexión]

Responsabilidades en el servidor

� Servidor:

1. Espera conexiones entrantes de los clientes

� Una conexión entrante es una petición de servicio

2. Por cada conexión:

� Genera un thread de servicio [Solo servidores concurrentes]

� El proceso principal:

� Vuelve a esperar por nuevas conexiones entrantes

� El thread de servicio:

1. Procesa la petición

2. Calcula el resultado

3. Devuelve la respuesta al cliente

4. Finaliza su ejecución

Aplicaciones cliente-servidor usando colas

de mensajes

� Modelo proceso ligero distribuidor:

� Cada petición al proceso ligero distribuidor supone la creación de un proceso ligero trabajador

� El proceso ligero trabajador responde al proceso cliente

� Procesa la petición

� Envía la respuesta al servidor

Una vez finalizada la sesión con el cliente, el proceso ligero se destruye

� Una vez finalizada la sesión con el cliente, el proceso ligero se destruye

� Modelo concurrente:

� Los procesos distribuidor y trabajador ejecutan de forma concurrente

� Modelo secuencial:

� Sólo un proceso distribuidor

Ejemplo: sumar dos números

clientesumar(5,2)

servidor

Máquina A Máquina B

NÚCLEO

Resultado = 7 NÚCLEO

@Fuente : Jesús Carretero, Félix García, Pedro de Miguel y Fernando Pérez. Mc Graw Hill

Ejemplo: Definición de tipos#define MAXSIZE 256

struct peticion {

int a; /* operando 1 */

int b; /* operando 2 */

char q_name[MAXSIZE]; /* nombre de la cola clientedonde debe enviar la respuesta el servidor */

el servidor */

Ejemplo: Proceso servidor secuencial#include “mensaje.h”

#include <mqueue.h>

void main (void) {

mqd_t q_servidor; /* cola de mensajes del servidor */

mqd_t q_cliente; /* cola de mensajes del cliente */

struct peticion pet;

int res;

struct mq_attr attr;

attr.mq_maxmsg = 20;

attr.mq_msgsize = sizeof ( struct peticion );

q_servidor = mq_open(“SERVIDOR_SUMA”, O_CREAT|O_READ, 0700, &attr);

while(1 ) {

mq_receive(q_servidor, &pet, sizeof(pet), 0);

res = pet.a + pet.b;

/* se responde al cliente abriendo previamente su cola */

q_cliente = mq_open(pet.q_name, O_WRONLY);

mq_send(q_cliente, &res, sizeof(int), 0);

mq_close(q_cliente);

Ejemplo: Proceso cliente#include “mensaje.h”

#include <mqueue.h>

void main (void) {

mqd_t q_servidor; /* cola de mensajes del proceso servidor */

mqd_t q_cliente; /* cola de mensajes para el proceso cliente */

int res;

attr.mq_maxmsg = 1;

attr.mq_msgsize = sizeof(int);

q_cliente = mq_open(“CLIENTE_UNO”, O_CREAT|O_RDONLY, 0700, &attr);

q_servidor = mq_open(“SERVIDOR_SUMA”, O_WRONLY);

/* se rellena la petición */

pet.a = 5; pet.b = 2; strcpy(pet.q_name, “CLIENTE_UNO”);

mq_send(q_servidor, &pet, sizeof(struct petiticion), 0);

mq_receive(q_cliente, &res, sizeof(int), 0);

mq_close(q_servidor);

mq_close(q_cliente);

mq_unlink(“CLIENTE_UNO”);

Ejemplo II: Servidor concurrente

NÚCLEO

cliente sumar(5,2)

Resultado = 7

servidor

Máquina A

Máquina B

NÚCLEO

cliente

Máquina A

Estructura de un servidor multihread

Proceso cliente

Cola del cliente

Proceso cliente

Cola del cliente

Cola del

Proceso servidor

petición

respuesta

Cola del servidor

respuestarespuesta

Creación delthread

Thread quesirve la petición

Cliente-servidor con colas de mensajesProceso cliente

Proceso servidor

Cola del cliente

respuesta

petición

mensaje

Proceso ligero principal

while (1){ mq_receive

Copia delmensaje

principal mq_receive se crea el proceso ligero esperar la copia del mensaje}

Copia el mensajedespierta al principalcontinua la ejecuciónresponde al cliente

Servidor multithread con colas de mensajes

(I)#include “mensaje.h”

#include < mqueue.h>

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

/* mutex y variables condicionales para proteger la copia del mensaje*/

pthread_mutex_t mutex_mensaje;

int mensaje_no_copiado = TRUE; /* TRUE con valor a 1 */

pthread_cond_t cond_mensaje;

int main (void)

mqd_t q_servidor; /* cola del servidor */

struct peticion mess; /* mensaje a recibir */

struct mq_attr q_attr; /* atributos de la cola */

pthread_attr_t t_attr; /* atributos de los threads */

attr.mq_maxmsg = 20;

attr.mq_msgsize = sizeof (struct peticion));

q_servidor = mq_open(“SERVIDOR”, O_CREAT|O_RDONLY, 0700, &attr);

if (q_servidor == -1) {

perror(”No se puede crear la cola de servidor”);

return 1;

pthread_mutex_init (&mutex_mensaje, NULL);

pthread_cond_init (&cond_mensaje, NULL);

pthread_attr_init (&attr);

/* atributos de los threads */

pthread_attr_setdetachstate (&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

while (TRUE) {

mq_receive(q_servidor, &mess, sizeof(struct mensaje), 0);

pthread_create (&thid, &attr, tratar_mensaje , &mess);

while (TRUE) {

Condición de carrera

while (TRUE) {

/* se espera a que el thread copie el mensaje */

pthread_mutex_lock (&mutex_mensaje);

Sección crítica

while (mensaje_no_copiado)

pthread_cond_wait (&cond_mensaje, &mutex_mensaje);

mensaje_no_copiado = TRUE;

pthread_mutex_unlock (&mutex_mensaje);

} /* FIN while */

} /* Fin main */

(VI)void tratar_mensaje (struct mensaje *mes){

struct peticion mensaje; /* mensaje local */

struct mqd_t q_cliente; /* cola del cliente */

int resultado; /* resultado de la operación */

/* el thread copia el mensaje a un mensaje local */

memcpy((char *) &mensaje, (char *)&mes, sizeof(struct peticion ));

peticion ));

/* ya se puede despertar al servidor*/

mensaje_no_copiado = FALSE; /* FALSE con valor 0 */

pthread_cond_signal (&cond_mensaje);

pthread_mutex_unlock (&mutex_mensaje);

/* ejecutar la petición del cliente y preparar resp uesta */

resultado = mensaje_local.a + mensaje_local.b;

/* Se devuelve el resultado al cliente */

/* Para ello se envía el resultado a su cola */

q_cliente = mq_open(mensaje_local.nombre, O_WRONLY);

if (q_cliente == -1)

perror(”No se puede abrir la cola del cliente */

else {

mq_send(q_cliente, (char *) &resultado, sizeof(int), 0);

mq_close (q_cliente);

pthread_exit (0);

Proceso cliente#include “mensaje.h”

#include <mqueue.h>

void main(void) {

mqd_t q_servidor; /* cola de mensajes del proceso ser vidor */

mqd_t q_cliente; /* cola de mensajes para el proceso cliente */

int res;

attr.mq_maxmsg = 1;

attr.mq_msgsize = sizeof(int);

q_cliente = mq_open(“CLIENTE_UNO”, O_CREAT|O_RDONLY, 0700, & attr );

q_servidor = mq_open(“SERVIDOR_SUMA”, O_WRONLY);

/* se rellena la petición */

pet.a = 5; pet.b = 2; strcpy(pet.q_name, “CLIENTE_UN O”);

mq_send(q_servidor, &pet, sizeof(struct petiticion), 0);

mq_receive (q_cliente, &res, sizeof(int), 0);

mq_close (q_servidor);

mq_close (q_cliente);

mq_unlink (“CLIENTE_UNO”);

Guía de desarrollo de aplicaciones

cliente-servidor con paso de mensajes

1. Identificar el cliente y el servidor� Cliente: elemento activo, varios� Servidor: elemento pasivo

2. Protocolo del servicio� Identificar los tipos mensajes y la secuencia de intercambios de

mensajes (peticiones y respuestas)

3. Elegir el tipo de servidor

3. Elegir el tipo de servidor� UDP sin conexión� TCP :

� Una conexión por sesión

� Una conexión por petición

4. Identificar el formato de los mensajes (representación de los datos)

� Independencia (lenguaje, arquitectura, implementación, …)

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PROYECTO MODULO CLIENTE SERVIDOR

Cliente Servidor

Arquitecturas Cliente / Servidor - Páginas Personalesprofesores.fi-b.unam.mx/yasmine/tema4.pdf · • Pueden provocarse tormentas de mensajes ... • -notes/iana/assignments/multicast-addresses

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1 Arquitectura Cliente/Servidor Tema IV. 2 Justificación Cliente/Servidor.

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