2.7 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）

許多分布式系統(tǒng)基于進(jìn)程間的顯式消息交換，然而消息的發(fā)送和接收過(guò)程無(wú)法隱藏通信的存在，而通信的隱藏對(duì)于在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)透明性是極為重要的。使用消息傳遞來(lái)描述通信過(guò)程，比使用基于共享存儲(chǔ)器的原語(yǔ)來(lái)描述要更困難。現(xiàn)代分布式系統(tǒng)常常含有數(shù)千個(gè)進(jìn)程，這些進(jìn)程分散在Internet等不可靠的網(wǎng)絡(luò)中。除非用其他技術(shù)來(lái)代替這種原始的通信功能，否則要開(kāi)發(fā)大規(guī)模分布式應(yīng)用是極為困難的。這個(gè)問(wèn)題由來(lái)已久，但是人們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有找到合適的解決辦法，直到Birrell和Nelson（1984年）在一篇論文中引入了一套與傳統(tǒng)方法截然不同的通信處理手段——遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。雖然其中蘊(yùn)含的思想很簡(jiǎn)單，但其中的含義非常復(fù)雜微妙。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用作為一種廣泛使用的技術(shù)，已成為許多分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

最早提出遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的是美國(guó)的Birrell和Nelson。其后，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用在Xerox工作站上實(shí)現(xiàn)，它非常類似于在單機(jī)編程過(guò)程中經(jīng)常使用的過(guò)程調(diào)用（Procedure Call）。在分布式系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求消息對(duì)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的進(jìn)程發(fā)出調(diào)用，然后在遠(yuǎn)程服務(wù)器上執(zhí)行這個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程完成以后，返回一個(gè)結(jié)果消息，再發(fā)送到請(qǐng)求這個(gè)調(diào)用的進(jìn)程。這就是目前在分布式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種進(jìn)程通信的機(jī)制，稱為遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC），如圖2-28所示。

2.7.1 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的特點(diǎn)

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用是允許在分布式環(huán)境下的程序設(shè)計(jì)可以調(diào)用遠(yuǎn)程另一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程而提供服務(wù)的過(guò)程，最主要的特點(diǎn)是，程序不需要知道調(diào)用的過(guò)程是本地還是遠(yuǎn)程。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用和傳統(tǒng)的過(guò)程調(diào)用的不同是，調(diào)用者（Caller或Client）和被調(diào)用的進(jìn)程（Server）是在不同的機(jī)器上的不同的進(jìn)程。因此，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用更容易出故障。

（1）雖然基于消息傳遞和遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用是很類似的，但是，兩者的不同是兩個(gè)通信進(jìn)程的關(guān)系。在消息傳遞中，兩個(gè)進(jìn)程的關(guān)系是伙伴關(guān)系；而在遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用中，兩個(gè)進(jìn)程的關(guān)系是主從關(guān)系。

（2）另外的不同是，在消息傳遞過(guò)程中，所有要求傳遞的值在傳送之前都要明確地賦到消息域中。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用所傳送參數(shù)的組裝，即將這些參數(shù)列表匯集在一起組成消息的工作是靠系統(tǒng)完成的。

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用發(fā)送一個(gè)調(diào)用（客戶進(jìn)程）或請(qǐng)求到遠(yuǎn)地進(jìn)程（被調(diào)用者）。被調(diào)用者或服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行這個(gè)過(guò)程和發(fā)回一個(gè)結(jié)果（響應(yīng)）消息。這種消息交換示意圖如圖2-29所示。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用提供了雙向信息流。

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的語(yǔ)義類似本地過(guò)程調(diào)用：

（1）調(diào)用者等待結(jié)果時(shí)被掛起。

（2）調(diào)用者能傳遞參數(shù)到遠(yuǎn)地過(guò)程。

（3）被調(diào)用的過(guò)程執(zhí)行完后給調(diào)用者返回結(jié)果。

但是，由于調(diào)用者和被調(diào)用者是在異地不同機(jī)器上運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程不能存取調(diào)用者環(huán)境的數(shù)據(jù)和參數(shù)。

2.7.2 RPC的工作原理

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）的機(jī)制最早是由美國(guó)的Birrell和Nelson提出的，在Xerox的工作站上實(shí)現(xiàn)了其基本的工作過(guò)程和原理。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用執(zhí)行過(guò)程如圖2-30所示。

（1）在調(diào)用過(guò)程中，調(diào)用環(huán)境掛起。參數(shù)的傳遞是跨過(guò)網(wǎng)絡(luò)到這個(gè)被調(diào)用的環(huán)境，過(guò)程的執(zhí)行在被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，執(zhí)行完以后把結(jié)果再送回到調(diào)用者。

（2）在實(shí)現(xiàn)中引入了Stub結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是，它不要求對(duì)調(diào)用的程序和語(yǔ)言做任何改變。盡管遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用和過(guò)程調(diào)用有不同的語(yǔ)義，但它們很類似。

圖2-30給出了在遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用中的下列5個(gè)部件，以及它們之間的相互關(guān)系。

（1）客戶機(jī)。

（2）客戶機(jī)存根。

（3）RPC通信包（也稱為RPC執(zhí)行程序）。

（4）服務(wù)器存根。

（5）服務(wù)器。

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的具體操作步驟如下：

（1）當(dāng)客戶機(jī)（用戶程序）要求調(diào)用一個(gè)遠(yuǎn)地的過(guò)程時(shí)，首先發(fā)出一個(gè)通常的本地調(diào)用給客戶機(jī)存根（Client Stub），這個(gè)Stub過(guò)程被鏈接到客戶機(jī)進(jìn)程的地址空間。

（2）Client Stub響應(yīng)執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)：

① 將目標(biāo)過(guò)程按照規(guī)范把過(guò)程和變量打包成一個(gè)或多個(gè)消息。

② 請(qǐng)求RPC程序（在傳送層）傳送到被調(diào)用者，同時(shí)調(diào)用進(jìn)程掛起等待結(jié)果數(shù)據(jù)包送回。

（3）運(yùn)行RPC調(diào)用程序，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用計(jì)算機(jī)將消息送到被調(diào)用的計(jì)算機(jī)中。

（4）被調(diào)用計(jì)算機(jī)運(yùn)行RPC執(zhí)行程序：

① 接收發(fā)來(lái)的消息。

② 給服務(wù)器Stub傳送消息。

（5）服務(wù)器Stub執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：

① 拆包接收的消息。

② 在服務(wù)器Stub上執(zhí)行一個(gè)本地調(diào)用過(guò)程，用標(biāo)準(zhǔn)的方法把參數(shù)、變量傳送到服務(wù)器。

（6）當(dāng)這個(gè)調(diào)用在服務(wù)器上執(zhí)行完成后，再執(zhí)行一返回結(jié)果從服務(wù)器到服務(wù)器的Stub。用本地調(diào)用返回到掛起的服務(wù)器Stub。

（7）服務(wù)器存根（Server Stub）接到結(jié)果后執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：

① 把結(jié)果按照規(guī)范進(jìn)行打包，裝配成一個(gè)或多個(gè)消息。

② 請(qǐng)求RPC調(diào)用程序，把它的結(jié)果消息送回到調(diào)用者的RPC中。

（8）服務(wù)器端口RPC調(diào)用程序把裝配好的結(jié)果消息送回到調(diào)用計(jì)算機(jī)。

（9）在調(diào)用計(jì)算機(jī)上，RPC調(diào)用程序執(zhí)行完成兩項(xiàng)任務(wù)：

① 接收這些結(jié)果消息。

② 給客戶機(jī)存根（Client Stub）傳送結(jié)果消息。

（10）客戶機(jī)存根執(zhí)行返回結(jié)果的任務(wù)：

① 對(duì)發(fā)回的結(jié)果進(jìn)行拆包，還原成結(jié)果。

② 把結(jié)果返回給調(diào)用者和用戶，使最后調(diào)用者得到需要的結(jié)果值。

整個(gè)上述過(guò)程執(zhí)行完畢后，另外的一個(gè)進(jìn)程可以再次要求遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。只有客戶機(jī)的Stub知道這個(gè)過(guò)程是遠(yuǎn)程的。RPC調(diào)用程序負(fù)責(zé)重傳、回答和保護(hù)。RPC調(diào)用程序可以基于消息傳遞的通信來(lái)開(kāi)發(fā)。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用是可靠的、封鎖的、結(jié)構(gòu)化的Send、Get-Request和Send-Response原語(yǔ)的發(fā)展。它有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）它有很簡(jiǎn)潔、清晰的語(yǔ)義，使分布式系統(tǒng)很容易構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)。

（2）它是一種有效的在異地兩個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行通信的形式。過(guò)程調(diào)用是非常簡(jiǎn)單快速通信的手段。

（3）它是一種通用的兩個(gè)進(jìn)程之間通信的方法和機(jī)制，在分布式系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

2.7.3 擴(kuò)展的RPC模型

事實(shí)上，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用已經(jīng)成為分布式系統(tǒng)中的通信標(biāo)準(zhǔn)。該模型之所以得以流行，應(yīng)該歸功于它的顯著簡(jiǎn)明性。在本節(jié)中，將對(duì)原始RPC模型的兩種擴(kuò)展形式進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論，設(shè)計(jì)這兩種擴(kuò)展形式的目的是克服RPC的某些缺點(diǎn)。

1.門（Door）

原始RPC模型假定調(diào)用者和被調(diào)用者之間通信的惟一手段是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞消息，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)假定是正確的。然而，如果客戶機(jī)和服務(wù)器駐留在同一臺(tái)機(jī)器上，通常希望使用本地的進(jìn)程間通信（IPC）功能，該功能由底層操作系統(tǒng)向運(yùn)行在同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程提供。例如，在UNIX下，這種功能包括共享內(nèi)存、管道以及消息隊(duì)列。

本地IPC功能與基于網(wǎng)絡(luò)的類似功能相比要高效得多，即使在后者用于同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程間通信的情況下也是如此。因此，如果性能方面的要求較高，就需要根據(jù)要處理的進(jìn)程是否位于同一臺(tái)機(jī)器上的具體情況，結(jié)合使用多種進(jìn)程間通信機(jī)制。

作為一種折中的方法，一些操作系統(tǒng)提供一個(gè)與RPC等價(jià)的機(jī)制，供位于同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程使用，這種機(jī)制稱為門。門是一類過(guò)程的總稱，這種過(guò)程位于某個(gè)服務(wù)器進(jìn)程的地址空間內(nèi)，可由與該服務(wù)器進(jìn)程位于同一臺(tái)機(jī)器上的其他進(jìn)程調(diào)用。門原先是為Spring操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，Bershad等人于1990年開(kāi)發(fā)了另一種稱為L(zhǎng)ightweight RPC的類似機(jī)制。

要對(duì)門進(jìn)行調(diào)用，必須由本地操作系統(tǒng)提供支持，如圖2-31所示。具體來(lái)說(shuō)，首先，服務(wù)器進(jìn)程必須對(duì)門進(jìn)行注冊(cè)，隨后其他進(jìn)程才能調(diào)用這個(gè)門。在注冊(cè)一個(gè)門的時(shí)候，系統(tǒng)返回該門的標(biāo)志符，該標(biāo)志符可在以后用來(lái)為門賦予一個(gè)符號(hào)名稱。注冊(cè)是通過(guò)調(diào)用door_create完成的。如果要讓其他進(jìn)程調(diào)用注冊(cè)過(guò)的門，只需給該門取個(gè)名字，并將該名字與該門在注冊(cè)時(shí)得到的標(biāo)志符關(guān)聯(lián)起來(lái)即可。例如，在Solaris中，每個(gè)門都擁有一個(gè)文件名，文件名是通過(guò)調(diào)用fattach而與該門的標(biāo)志符關(guān)聯(lián)起來(lái)的。客戶機(jī)利用系統(tǒng)調(diào)用door_call來(lái)請(qǐng)求對(duì)門進(jìn)行調(diào)用，并在door_call中給出要調(diào)用的門的標(biāo)志符以及其他必需的參數(shù)。操作系統(tǒng)隨后向上調(diào)用注冊(cè)該門的服務(wù)器進(jìn)程。對(duì)服務(wù)器進(jìn)程的向上調(diào)用導(dǎo)致服務(wù)器調(diào)用門。調(diào)用門所得到的結(jié)果通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用door_return返回客戶機(jī)進(jìn)程。

門的主要優(yōu)點(diǎn)是，它允許在分布式系統(tǒng)的通信中使用一種單一的機(jī)制，即過(guò)程調(diào)用。

不幸的是，在這種情況下，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員必須了解哪些調(diào)用是在當(dāng)前進(jìn)程內(nèi)部完成的，哪些調(diào)用是對(duì)本地機(jī)器上的不同進(jìn)程發(fā)出的，而又有哪些調(diào)用是向遠(yuǎn)程進(jìn)程發(fā)出的。

2.異步RPC

與在常規(guī)過(guò)程調(diào)用中的情形一樣，當(dāng)客戶機(jī)調(diào)用遠(yuǎn)程過(guò)程時(shí)，客戶機(jī)將會(huì)阻塞，直到有應(yīng)答返回為止。在沒(méi)有結(jié)果要返回的情況下，這種嚴(yán)格的請(qǐng)求—應(yīng)答方式是不必要的，它只會(huì)導(dǎo)致客戶機(jī)過(guò)程向遠(yuǎn)程過(guò)程發(fā)出調(diào)用請(qǐng)求之后處于阻塞狀態(tài)，從而無(wú)法進(jìn)行本來(lái)能夠進(jìn)行的其他有用的工作。不需要等待應(yīng)答的例子有：從某個(gè)賬戶向另一個(gè)賬戶進(jìn)行轉(zhuǎn)賬操作、向數(shù)據(jù)庫(kù)添加條目、啟動(dòng)遠(yuǎn)程服務(wù)以及執(zhí)行批處理操作，等等。

針對(duì)以上這些狀況，RPC系統(tǒng)可以提供稱為異步RPC（Asynchronous RPC）的功能。利用該功能，客戶機(jī)可以在發(fā)出RPC請(qǐng)求后立即繼續(xù)執(zhí)行。在異步RPC中，服務(wù)器在接收到RPC請(qǐng)求后立即向客戶機(jī)送回應(yīng)答，之后再調(diào)用客戶機(jī)請(qǐng)求的過(guò)程。應(yīng)答的作用是向客戶機(jī)確認(rèn)服務(wù)器已準(zhǔn)備開(kāi)始處理該RPC請(qǐng)求。客戶機(jī)接收到服務(wù)器的確認(rèn)消息之后，將不會(huì)阻塞，而是繼續(xù)向下執(zhí)行。圖2-32（a）中顯示了異步RPC交互過(guò)程。作為對(duì)比，圖2-32（b）顯示了常規(guī)RPC交互過(guò)程。

如果在應(yīng)答返回時(shí)，客戶機(jī)還未做好接收的準(zhǔn)備，從而沒(méi)有做出任何動(dòng)作，在這種情況下異步RPC也很有用。例如，客戶機(jī)可能想預(yù)取一組主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址，以便隨后與它們進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。當(dāng)命名服務(wù)器正在搜集這些地址的時(shí)候，客戶機(jī)可能想做其他事情。在這種情況下，通過(guò)兩個(gè)異步RPC來(lái)進(jìn)行客戶機(jī)與服務(wù)器間的通信是很有意義的，如圖2-33所示。客戶機(jī)首先對(duì)服務(wù)器進(jìn)行調(diào)用，把要查詢的主機(jī)名清單交給服務(wù)器，并且客戶機(jī)在接收到服務(wù)器關(guān)于已收到主機(jī)名清單的確認(rèn)之后繼續(xù)執(zhí)行其他的程序。第二步調(diào)用是由服務(wù)器發(fā)出的，它對(duì)客戶機(jī)進(jìn)行調(diào)用，將查詢到的地址清單交給客戶機(jī)。兩個(gè)異步RPC結(jié)合起來(lái)也稱為延遲的同步RPC（Deferred Synchronous RPC）。

需要指出的是，還存在一些異步RPC的變異形式。在這些異步RPC中，客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求之后立即繼續(xù)執(zhí)行其他的程序。也就是說(shuō)，客戶機(jī)不等待服務(wù)器返回接受請(qǐng)求的確認(rèn)。這種RPC稱為單向RPC（One-Way RPC）。它的問(wèn)題是，如果無(wú)法確保可靠性，客戶機(jī)就無(wú)法確定它發(fā)出的請(qǐng)求是否將得到處理。

2.7.4 客戶機(jī)/服務(wù)器的聯(lián)編

1.概念

在分布式系統(tǒng)中，客戶機(jī)和服務(wù)器有兩種不同的協(xié)作方式。第一種情況是，假定客戶機(jī)請(qǐng)求一個(gè)暫時(shí)的服務(wù)（Temporary Service）；另一種情況是，客戶機(jī)想生成一系列調(diào)用直接指向一個(gè)專門的服務(wù)過(guò)程。這意味著需要一個(gè)運(yùn)行機(jī)制，以便在客戶機(jī)和服務(wù)器之間建立長(zhǎng)期的聯(lián)編（Binding，也稱為綁定）。

所謂的聯(lián)編在不同的應(yīng)用范圍有具體的含義，例如在語(yǔ)言中指如何將數(shù)據(jù)名轉(zhuǎn)換為機(jī)器地址的過(guò)程；而在數(shù)據(jù)庫(kù)中是指把數(shù)據(jù)的一種視圖轉(zhuǎn)換成另一種視圖。在分布式系統(tǒng)中，聯(lián)編主要完成兩個(gè)任務(wù)：

（1）確定服務(wù)器主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址。

（2）在該主機(jī)上確定合適的服務(wù)器進(jìn)程。通過(guò)聯(lián)編可以建立起客戶機(jī)和服務(wù)器的關(guān)系。

確定為客戶機(jī)提供所需服務(wù)的主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址的方法有下列兩種。

① 由某節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄其他節(jié)點(diǎn)所提供的服務(wù)。客戶機(jī)進(jìn)程首先和這個(gè)節(jié)點(diǎn)接觸，以獲得有關(guān)主機(jī)的地址。這種方法的最大缺點(diǎn)是，萬(wàn)一這個(gè)節(jié)點(diǎn)癱瘓，整個(gè)系統(tǒng)就無(wú)法使用。另外，當(dāng)多個(gè)客戶機(jī)同時(shí)訪問(wèn)這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)器地址列表時(shí)，該節(jié)點(diǎn)顯然成為通信瓶頸。

② 各節(jié)點(diǎn)均維護(hù)一張表，以記錄本節(jié)點(diǎn)所能提供的服務(wù)。客戶機(jī)把請(qǐng)求服務(wù)的消息廣播出去，那些能提供這些服務(wù)的主機(jī)就立即把它們的網(wǎng)絡(luò)地址回送給客戶機(jī)，客戶機(jī)一般采用首先返回主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址作為服務(wù)主機(jī)的地址。

事實(shí)上，第一種方法是基于名字服務(wù)器的概念。圖2-34是一個(gè)基于名字服務(wù)器的聯(lián)編系統(tǒng)示意圖。

一個(gè)服務(wù)器發(fā)送一個(gè)名字給名字服務(wù)器（對(duì)應(yīng)于圖2-34中的1、2），當(dāng)客戶機(jī)進(jìn)程發(fā)出一個(gè)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用時(shí)（3），它的存根發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求消息到名字服務(wù)器（4）。名字服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求完成名字與地址的映射后，將服務(wù)器主機(jī)地址回送客戶機(jī)存根（5）。

2.聯(lián)編的實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行過(guò)程

（1）靜態(tài)方法：通過(guò)三部分（名字服務(wù)器、客戶機(jī)和服務(wù)器進(jìn)程）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）動(dòng)態(tài)方法：聯(lián)編是在客戶機(jī)通道和一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程之間，靠服務(wù)器來(lái)控制，服務(wù)器能分配它的服務(wù)器進(jìn)程激活通道。

關(guān)鍵的問(wèn)題是，必須知道什么時(shí)候發(fā)生聯(lián)編，基于RPC的分布式應(yīng)用和構(gòu)造能分成三個(gè)階段。

（1）編譯時(shí)間（Compile Time）：

① 客戶機(jī)/服務(wù)器模塊程序設(shè)計(jì)，像是被預(yù)期鏈接在一起。

② 客戶機(jī)、服務(wù)器與它們各自的存根緊密聯(lián)系。客戶機(jī)相對(duì)于其存根成為服務(wù)器，而服務(wù)器相對(duì)于其存根成為客戶機(jī)。

③ 存根在聯(lián)編和傳輸過(guò)程中對(duì)客戶機(jī)和服務(wù)器起保護(hù)作用。

④ 理想的存根的生成，靠存根生成器從接口中給出定義。

（2）鏈接時(shí)期（Link Time）：

① 一個(gè)服務(wù)器的可利用性，通過(guò)RPC聯(lián)編本身引出或注冊(cè)多個(gè)調(diào)用。

② 一個(gè)客戶機(jī)聯(lián)編它自己和一個(gè)專門服務(wù)器靠引入一個(gè)調(diào)用。

③ 一旦一個(gè)聯(lián)編過(guò)程被完成，調(diào)用才能發(fā)生。

④ 聯(lián)編不像調(diào)用那樣頻繁地被執(zhí)行。

（3）調(diào)用時(shí)期：

① 在OSI表示層提供過(guò)程調(diào)用的語(yǔ)義。存根使用在它以下的傳輸層協(xié)議傳送客戶機(jī)/服務(wù)器之間的變量和可靠的結(jié)果。

② 不同的傳輸層協(xié)議能被應(yīng)用。

③ RPC功能應(yīng)包括若干控制信息。

2.7.5 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用設(shè)計(jì)舉例

本節(jié)通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明RPC設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1.RPC設(shè)計(jì)應(yīng)解決的問(wèn)題

1）RPC要求網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供支持和ISO、OSI的對(duì)照

如前所述，RPC是用戶直接在高級(jí)語(yǔ)言中使用的一種高層通信機(jī)制，它至少應(yīng)建立在傳輸層協(xié)議之上。因此，一般要求網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的支持，如圖2-35所示。

2）RPC語(yǔ)義問(wèn)題（Semantics）

RPC和應(yīng)用本地調(diào)用一樣，本地調(diào)用執(zhí)行“恰好一次”語(yǔ)義；而RPC的語(yǔ)義就復(fù)雜多了。一般來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有節(jié)點(diǎn)癱瘓和延遲太長(zhǎng)時(shí)，請(qǐng)求響應(yīng)方式RPC可提供如下兩種語(yǔ)義：

（1）恰好一次調(diào)用語(yǔ)義（Exactly-once）。

（2）至少一次調(diào)用語(yǔ)義（At-least-once）。

調(diào)用的正常結(jié)果意味著服務(wù)器執(zhí)行一次或多次過(guò)程調(diào)用。為避免產(chǎn)生非預(yù)期的結(jié)果，該調(diào)用應(yīng)是冪等的，即多次執(zhí)行該調(diào)用與執(zhí)行一次所得結(jié)果一樣。

如果出現(xiàn)故障，如調(diào)用報(bào)文、響應(yīng)報(bào)文丟失，或服務(wù)器壞了，為使調(diào)用仍能進(jìn)行又引出兩種新的語(yǔ)義：

① 最后一次語(yǔ)義（Last-One），即調(diào)用中止意味著服務(wù)器執(zhí)行一次或多次調(diào)用，但最終的結(jié)果取自最后一次發(fā)出的該調(diào)用的執(zhí)行。前幾次調(diào)用的執(zhí)行實(shí)際上無(wú)用，一般稱為孤兒（Orphan）。對(duì)孤兒處理是RPC中復(fù)雜的問(wèn)題。

② 最多一次調(diào)用語(yǔ)義（At-Most-Once），這種語(yǔ)義保證調(diào)用的執(zhí)行或者成功并返回正確結(jié)果，或者不產(chǎn)生任何結(jié)果。

3）聯(lián)編（Binding）

客戶機(jī)發(fā)請(qǐng)求，首先要解決服務(wù)器定位問(wèn)題。通過(guò)定位和某一專用服務(wù)器建立起聯(lián)系，進(jìn)行一系列的協(xié)同工作和加工處理。

4）在異構(gòu)型分布式系統(tǒng)中的參數(shù)傳遞

在異構(gòu)型分布式系統(tǒng)中，存在機(jī)器異構(gòu)、操作系統(tǒng)異構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)等一系列不兼容問(wèn)題，如RPC的參數(shù)在傳遞前要轉(zhuǎn)換成一種標(biāo)準(zhǔn)代碼（如P碼或M碼），而服務(wù)器把標(biāo)準(zhǔn)碼變成本地機(jī)器的代碼，反之亦然。

5）用戶接口

大多數(shù)RPC采用Birrell和Nelson提出的存根模型（Stub）作為用戶接口，這就涉及存根的生成。一種是設(shè)計(jì)專門的存根產(chǎn)生器，用戶在應(yīng)用程序中對(duì)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用加以說(shuō)明，諸如給出所請(qǐng)求的服務(wù)名、參數(shù)、參數(shù)類型，然后在編譯過(guò)程時(shí)由存根產(chǎn)生器自動(dòng)生成相應(yīng)的代碼；另一種采用庫(kù)函數(shù)作為存根，用戶直接在應(yīng)用程序中調(diào)用庫(kù)中的庫(kù)函數(shù)。

2.RPC的設(shè)計(jì)與組成

下面通過(guò)一個(gè)具體例子RTU來(lái)說(shuō)明RPC設(shè)計(jì)。RTU是Masscomp計(jì)算機(jī)上的實(shí)時(shí)UNIX，其中RPC為該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS提供通信支持，使NFS與機(jī)器、操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。

1）RPC的組成

（1）RPC由下列4部分組成。

① 外部數(shù)據(jù)表示（簡(jiǎn)稱為XDR）。它的功能是完成異種機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作。它有固定的協(xié)議規(guī)范，其主要特點(diǎn)是，任何數(shù)據(jù)類型均以4個(gè)字節(jié)為單位表示數(shù)。

② 身份鑒別（Authentication）。它主要是為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)提供一種服務(wù)，用戶鑒別、存取控制、權(quán)限檢查，安全和訪問(wèn)控制都可以建立在此之上。

③ 客戶機(jī)（Client）。這部分提供函數(shù)調(diào)用，使用戶能在程序中發(fā)RPC請(qǐng)求和接收返回結(jié)果。

④ 服務(wù)器（Server）。這部分使服務(wù)器能提供實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能，并可接收RPC請(qǐng)求及返回結(jié)果給用戶機(jī)。

（2）三層接口如下。

① 最高層——這一層RPC接口對(duì)程序員是透明的，調(diào)用者不知道使用了RPC還是調(diào)用了本地的一個(gè)函數(shù)。

② 中間層——這一層提供下列三個(gè)函數(shù)。

regesterrpc( )：用于服務(wù)器一方注冊(cè)服務(wù)。

svc-run( )：等待接收RPC請(qǐng)求并執(zhí)行。

call-rpc( )：客戶機(jī)發(fā)出RPC調(diào)用。

③ 最低層——這一層允許程序員改動(dòng)RPC庫(kù)函數(shù)中的所有默認(rèn)值，明顯地使用Socket套接字來(lái)傳遞RPC信息，其編程也是最復(fù)雜的。

（3）對(duì)RPC的兩個(gè)擴(kuò)充。RTU/RPC中還擴(kuò)充增加了廣播RPC和批處理RPC（Broadcast RPC & Batching RPC），只有超級(jí)用戶才能發(fā)廣播RPC。批處理RPC是將RPC報(bào)文放置在一個(gè)對(duì)所希望的服務(wù)器進(jìn)行調(diào)用的“管道”中，并假設(shè)：

① 管道中的每個(gè)RPC調(diào)用都不要求從服務(wù)器那里得到響應(yīng)，并且服務(wù)器也不發(fā)相應(yīng)信息。

② 調(diào)用的管道是由諸如TCP/IP這樣的可靠字符流傳輸裝置傳送的。

由于服務(wù)器對(duì)每次調(diào)用無(wú)需響應(yīng)，所以客戶機(jī)可以在服務(wù)器執(zhí)行以前的調(diào)用時(shí)并行地發(fā)出新的調(diào)用；而且，建立在TCP/IP之上的RPC可以緩沖許多調(diào)用，然后用一次Write( )系統(tǒng)調(diào)用發(fā)給服務(wù)器。這種重疊執(zhí)行可以大大減輕客戶機(jī)和服務(wù)器進(jìn)程IPC的負(fù)擔(dān)，以及一系列調(diào)用總開(kāi)銷。

2）RPC的幾個(gè)概念

（1）流（Stream）。流是一塊數(shù)據(jù)存在實(shí)體的抽象，是各種存儲(chǔ)介質(zhì)（內(nèi)存、I/O、外存）的標(biāo)準(zhǔn)接口。RTU/RPC在其XDR部分使用了流，這樣做的好處是，XDR的各種操作只在流上實(shí)現(xiàn)，而不必對(duì)每一種介質(zhì)都編一套操作，如圖2-36所示。

（2）端口（Port）。端口是兩臺(tái)機(jī)器進(jìn)行通信的邏輯通道。

聯(lián)編（Binding）可以通過(guò)端口（Port）進(jìn)行，在RTU/RPC中，所有服務(wù)都注冊(cè)在一張稱為Pmap的表中，并提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)Port Mapper，它為客戶機(jī)提供了從Pmap表上查找任一遠(yuǎn)程過(guò)程的端口號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)方法。每臺(tái)機(jī)器上的Port Mapper完成端口號(hào)—程序號(hào)的映射。

客戶機(jī)為了找到某類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，可以向服務(wù)器一方的Port Mapper發(fā)RPC（Port Mapper的端口號(hào)是共知的），Port Mapper就返回正確的端口號(hào)。

可見(jiàn)，RTU/RPC采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)相結(jié)合的方法定位一個(gè)服務(wù)，Port Mapper定位是靜態(tài)的，其他的服務(wù)則是動(dòng)態(tài)的。

（3）遠(yuǎn)程過(guò)程。一個(gè)遠(yuǎn)程過(guò)程用下列三個(gè)參數(shù)惟一決定。

① 程序號(hào)：定義一類服務(wù)的一組過(guò)程，如NFS程序號(hào)是10003。

② 版本號(hào)：允許程序稍加修改不必分配新程序號(hào)，并具有兼容性。

③ 過(guò)程號(hào)：程序組中的一個(gè)過(guò)程。

（4）套接字（Socket）。它是來(lái)源于UNIX 4.2 BSD可用于同一機(jī)器之間通信，也可用于網(wǎng)絡(luò)間通信的一種通用結(jié)構(gòu)。不管使用什么網(wǎng)絡(luò)（驅(qū)動(dòng)程序）和協(xié)議層使用什么協(xié)議，對(duì)客戶機(jī)和服務(wù)器來(lái)說(shuō)，它們對(duì)應(yīng)的是套接字，它們各自的Socket也是兩者之間通信的端點(diǎn)，如圖2-37所示。

3）RPC的工作流程

RPC的工作流程圖如圖2-38所示。在圖2-38中，服務(wù)器返回結(jié)果的過(guò)程沒(méi)有表示，具體情況和上述情況相類似，只是把請(qǐng)求報(bào)文改成響應(yīng)報(bào)文而已。

3.RTU/RPC的實(shí)現(xiàn)

1）XDR的實(shí)現(xiàn)（External Data Representation，外部數(shù)據(jù)表示）

（1）XDR操作是在流上進(jìn)行的。XDR句柄的內(nèi)容如圖2-39所示，其中操作類型有下列三種：

ENCODE——由本地?cái)?shù)據(jù)→XDR。

DECODE——由XDR→本地?cái)?shù)據(jù)。

FREE——釋放空間。

① 由本地機(jī)器數(shù)據(jù)表示轉(zhuǎn)換成XDR時(shí)，用ENCODE操作。

② 由XDR轉(zhuǎn)換回本機(jī)器數(shù)據(jù)時(shí)，用DECODE。

③ FREE把空間釋放。操作向量表含有各種操作的（X-get long）入口地址。私用數(shù)據(jù)區(qū)則對(duì)應(yīng)具體的流，可在創(chuàng)造XDR句柄時(shí)確定。

（2）涉及XDR的庫(kù)函數(shù)有三類：

原始類—char，int，float，int short，double，unsigned int。

復(fù)合類—string array，unsigned + byte array，any array。

指針類—xdr-reference( )，XDR-pointer，…

① 原始類—這類函數(shù)轉(zhuǎn)換C語(yǔ)言中的簡(jiǎn)單類型。每個(gè)函數(shù)具有以下形式：

            xdr-xxx (xdrs，datap)
            XDR*xdrs；/*xdrs為XDR句柄指針*/
            XXX*datap；/*datap指向轉(zhuǎn)換對(duì)象*/

其中，xdrs為XDR句柄指針，datap為指向轉(zhuǎn)換對(duì)象的指針，xxx代表轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)類型。原始類XDR函數(shù)流程圖如圖2-40所示。

② 復(fù)合類XDR函數(shù)。這類函數(shù)的轉(zhuǎn)換對(duì)象包括string、bytearray，這類函數(shù)大都由簡(jiǎn)單類型重復(fù)構(gòu)成，因此只要連續(xù)調(diào)用原始類XDR函數(shù)即可完成轉(zhuǎn)換。

③ 指針類，如函數(shù)Xdr-reference( )，定義如下：

xdr-reference(xdrs，PP，size，proc)

其中，PP是欲轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)指針的地址，size是該結(jié)構(gòu)的大小，proc是轉(zhuǎn)換該結(jié)構(gòu)的XDR函數(shù)的入口，在ENCODE時(shí)，直接調(diào)用proc即可轉(zhuǎn)換該結(jié)構(gòu)；在DECODE時(shí)，則要申請(qǐng)空間以容納轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的結(jié)構(gòu)，并使*PP指向它。

有了以上三類XDR函數(shù)，用戶可以編寫轉(zhuǎn)換任意自定義類型的XDR函數(shù)。

2）身份鑒別的實(shí)現(xiàn)

身份鑒別主要為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)提供一種安全訪問(wèn)控制服務(wù)，結(jié)構(gòu)opaque-auth是描述身份鑒別信息的框架：

            struct opaque-auth{
              cnum-t oa-flavor；/*flavor of auth*/
              caddr-t oa-base； /*addr of more auth*/
              u-int oa-length；  /*起始地址*/
            }

程序第一項(xiàng)oa-flavor是鑒別的類型，有三類：

            enum auth_flavor{
              AUTH-NULL=0  （用于調(diào)用者和服務(wù)器都不關(guān)心各自身份）
              AUTH-UNIX=1  （想從UNIX系統(tǒng)中來(lái)辨認(rèn)身份）
              AUTH-SHORT=2 （服務(wù)器響應(yīng)時(shí)才啟用，它把與Client身份相匹配的opague-auth
                              傳送回去）
              }

第二項(xiàng)oa-base是描述新類型的結(jié)構(gòu)起始地址，描述用于除了上述三種類型以外的鑒別方式。

第三項(xiàng)oa-length是這個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。

Auth是一個(gè)句柄，它是由auth kern-create創(chuàng)建的。它的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，先為AUTH句柄申請(qǐng)空間，再填上鑒別身份的信息即可。

3）客戶機(jī)的實(shí)現(xiàn)（Client）

（1）RPC報(bào)文。RPC報(bào)文由下面的結(jié)構(gòu)定義：

            Struct  rpc-msg{
              U-long rm_xid；/*transaction id*/
              enum msg-type rm-direction；/*報(bào)文類型*/
              anion{
                Struct call-body RM-cmb /*調(diào)用報(bào)文*/
                Struct reply-body RM-rmb；
                  }ru；/*響應(yīng)報(bào)文*/
              }

其中，第一項(xiàng)rm_xid的目的是，使服務(wù)器返回結(jié)果能被請(qǐng)求該服務(wù)的客戶機(jī)收到，以與同一機(jī)器上的其他客戶機(jī)加以區(qū)別。方法是，調(diào)用者在其RPC報(bào)文中給rm-xid設(shè)置惟一值，而服務(wù)器從調(diào)用報(bào)文中取出rm-xid，再原封不動(dòng)地放入響應(yīng)報(bào)文中。這樣，調(diào)用者就可以取出與它具有相同rm-xid的響應(yīng)報(bào)文。

第二項(xiàng)是報(bào)文類型，調(diào)用和響應(yīng)時(shí)定義如下：

            enum msg-type{
              call=0
              REPLY=1
            }

它還是第三項(xiàng)ru的選擇開(kāi)關(guān)。

當(dāng)rm-direction為Call時(shí)，ru為調(diào)用報(bào)文RM-cmb；當(dāng)rm-direction為Reply時(shí)，ru為響應(yīng)報(bào)文RM-rmb。

（2）Client句柄。Client句柄有三項(xiàng)（如圖2-41所示）。

cl-ops包含一些操作。最重要的是cl-call( )，顧客就是通過(guò)這個(gè)函數(shù)發(fā)出RPC的。private是私用數(shù)據(jù)區(qū)。

客戶機(jī)的工作進(jìn)程見(jiàn)前面的RPC工作流程圖。客戶機(jī)在創(chuàng)建Client句柄的同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)套接字。RPC報(bào)文從這套接字發(fā)出和在這套接字上等待響應(yīng)報(bào)文。

4）服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器主要有兩部分工作：一是注冊(cè)服務(wù)，二是當(dāng)RPC請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的過(guò)程。服務(wù)器的工作流程如圖2-42所示。

（1）注冊(cè)服務(wù)——服務(wù)器所提供的服務(wù)（即客戶機(jī)調(diào)用的遠(yuǎn)程過(guò)程）注冊(cè)在一個(gè)Pmap表（如圖2-43所示）中，為了將對(duì)應(yīng)于[prognum，versnum]的過(guò)程注冊(cè)在Pmap表中，系統(tǒng)提供一個(gè)函數(shù)svc-register( )，它的流程圖如圖2-44所示。

（2）等待并接收RPC請(qǐng)求。系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程svc-run，它不斷查看服務(wù)器端的套接字（Socket）中是否有內(nèi)容。若有，說(shuō)明有RPC報(bào)文到達(dá)，則svc-run轉(zhuǎn)去執(zhí)行所請(qǐng)求的過(guò)程，并返回結(jié)果；否則，svc-run等待一段時(shí)間再查看Socket。若有多個(gè)RPC請(qǐng)求到達(dá)，則先在Socket保存起來(lái)，服務(wù)器按FIFO順序處理。

小結(jié)：上面描述了RTU/RPC的具體實(shí)現(xiàn)，它是在4.2 BSD基礎(chǔ)上，在Kernel部分，RTU/RPC只實(shí)現(xiàn)把報(bào)文發(fā)到套接字或從套接字接收?qǐng)?bào)文，以后的操作由套接字有關(guān)操作實(shí)現(xiàn)。

RPC的類型：阻塞型發(fā)出調(diào)用掛起，收到結(jié)果再執(zhí)行，也提供廣播和批處理RPC。

服務(wù)器執(zhí)行模型：多個(gè)用戶請(qǐng)求，排隊(duì)按FIFO，單線程。

語(yǔ)義：UDP/IP執(zhí)行一次或多次，無(wú)孤兒處理能力。

服務(wù)器定位：動(dòng)靜相結(jié)合，Port Mapper是固定的，其他由Pmap表來(lái)定位。

用戶接口：庫(kù)函數(shù)分三層。

異構(gòu)數(shù)據(jù)表示：XDR。

RPC交換協(xié)議：采用Request-Reply。

傳輸協(xié)議/接口：采用TCP/IP和UDP/IP。

BSD SOCKET支持NFS。

2.7.6 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的應(yīng)用─—NFS

隨著分布式系統(tǒng)中RPC的研究，目前已有100多種、10萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)用RPC和NFS。美國(guó)Sun公司在工作站基于RPC實(shí)現(xiàn)了NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，目前有幾百家計(jì)算機(jī)廠在自己的產(chǎn)品上都采用NFS協(xié)議。IBM、DEC、HP、APPLE、Microsoft都支持NFS，NFS是一個(gè)基于RPC的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其突出的特點(diǎn)不是文件復(fù)制，而是文件共享。這是NFS和其他UNIX網(wǎng)絡(luò)的不同之處。

1.NFS的主要特點(diǎn)

NFS是一個(gè)在異構(gòu)環(huán)境下共享文件的分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它采用Client /Server服務(wù)方式，其特點(diǎn)如下：

（1）透明信息存取。用戶可以直接獲得遠(yuǎn)程文件的數(shù)據(jù)，而不必了解有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的信息。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，所有NFS安裝的文件系統(tǒng)就和本地文件系統(tǒng)一樣。讀/寫本地和遠(yuǎn)地文件幾乎沒(méi)有區(qū)別，因此NFS使信息在網(wǎng)絡(luò)上真正實(shí)現(xiàn)分布式處理。

（2）異構(gòu)環(huán)境適應(yīng)性。NFS提供靈活的、獨(dú)立于操作系統(tǒng)平臺(tái)、發(fā)揮各家網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)軟件的長(zhǎng)處的一種新型工具，特別適應(yīng)不同機(jī)器和異構(gòu)環(huán)境。XDR是解決異構(gòu)性的好方法。

（3）易擴(kuò)充性。NFS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，擴(kuò)充新的資源或軟件，不需要改變現(xiàn)存的工作環(huán)境。利用RPC在NFS上提供了一組用于數(shù)據(jù)交換的擴(kuò)充協(xié)議。

（4）可靠性。NFS的可靠性來(lái)自UNIX文件系統(tǒng)的安全性。在NFS協(xié)議支持下，當(dāng)文件服務(wù)器協(xié)議設(shè)計(jì)的服務(wù)器壞了，重新啟動(dòng)后，客戶工作站仍可以繼續(xù)工作。因?yàn)檫^(guò)程調(diào)用包含了完成調(diào)用的全部信息，服務(wù)器出故障時(shí)，用戶只是感到服務(wù)非常慢而已。

（5）高性能。NFS允許用戶選用各種不同的配置，或利用無(wú)盤工作站，可以使系統(tǒng)獲得好的性價(jià)比。與UNIX的高度兼容也是SUN NFS廣泛應(yīng)用的原因之一。

2.RPC/XDR協(xié)議支持NFS

NFS提供異構(gòu)環(huán)境適用的遠(yuǎn)程存取能力。這與機(jī)器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全獨(dú)立。它依賴于XDR協(xié)議之上的RPC，按照ISO/OSI的協(xié)議，它屬于第5層（會(huì)話層）。XDR屬于表示層。

NFS是在RPC協(xié)議的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)以后，nfsd biod是dacmon，執(zhí)行的命令就是客戶機(jī)的系統(tǒng)調(diào)用。

3.基于NFS的ONC環(huán)境

開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)計(jì)算（ONC）包括一組基于NFS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提供下列服務(wù)。

（1）NFS服務(wù)提供遠(yuǎn)程文件透明存取。

（2）自動(dòng)安裝或拆卸遠(yuǎn)程目錄Automouter。

（3）Network lock manager提供對(duì)NFS存取文件記錄值，讓用戶協(xié)調(diào)存取公共信息。

（4）NIS網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。

（5）REX在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下存取遠(yuǎn)地資源。

（6）NETDisk保證無(wú)盤工作站支持ONC/NETDISK無(wú)盤的調(diào)頁(yè)對(duì)換服務(wù)。

4.NFS訪問(wèn)一個(gè)文件的流程

客戶機(jī)可訪問(wèn)位于遠(yuǎn)地主機(jī)的UNIX文件系統(tǒng)中的一個(gè)文件。圖2-45是訪問(wèn)一個(gè)遠(yuǎn)程文件的流程示意圖。

首先，用戶或應(yīng)用程序向統(tǒng)一的文件系統(tǒng)接口發(fā)出一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核在VFS/VNODE接口中查尋，以便定位所需的文件。如果該文件是一個(gè)遠(yuǎn)程文件，內(nèi)核重指向NFS文件系統(tǒng)由NFS的特定過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。客戶機(jī)NFS文件系統(tǒng)運(yùn)用RPC通信機(jī)制，請(qǐng)求服務(wù)器NFS文件系統(tǒng)來(lái)完成。發(fā)出RPC后，在遠(yuǎn)地主機(jī)上的NFS服務(wù)例程接到這個(gè)請(qǐng)求后執(zhí)行它。服務(wù)例程首先通過(guò)服務(wù)器上的VFS/VNODE來(lái)定位可要求的具體文件系統(tǒng)，在這里是一個(gè)UNIX系統(tǒng)。該UNIX文件系統(tǒng)接到請(qǐng)求后，把需要的數(shù)據(jù)傳給NFS服務(wù)例程，結(jié)果再通過(guò)RPC返回給客戶主機(jī)，就完成了一個(gè)文件的調(diào)用過(guò)程。

2.7.7 消息傳遞和遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的對(duì)比和進(jìn)程通信小結(jié)

1.對(duì)比

對(duì)上述兩種進(jìn)程間通信的機(jī)制進(jìn)行對(duì)比是必要的，以決定哪個(gè)更好和在什么時(shí)候選用哪種進(jìn)程通信的機(jī)制更好。這兩種機(jī)制看起來(lái)很類似。例如，消息傳遞看起來(lái)像RPC，在V-System中（Cheriton，1988年）的消息傳遞現(xiàn)在稱為RPC，而在Amoeba中稱為消息傳遞。

應(yīng)指出：從客戶機(jī)進(jìn)程的觀點(diǎn)來(lái)看，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用非常類似于遠(yuǎn)程約會(huì)。因?yàn)閮烧叨季砣胍粋€(gè)封鎖調(diào)用在兩個(gè)方向上的參數(shù)傳送。但是，不同之處在兩個(gè)通信系統(tǒng)中是很明顯的，在機(jī)制的實(shí)現(xiàn)上、在傳送層上和使用模式上都不同。

對(duì)比遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用和消息傳送，前者的主要的優(yōu)點(diǎn)是，一個(gè)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用接口很容易實(shí)現(xiàn)文件化，像是一系列過(guò)程具有參數(shù)和結(jié)果。從接口的規(guī)范看，它可自動(dòng)生成編碼，遮蔽所有程序頁(yè)消息的細(xì)節(jié)。

另外，消息傳遞機(jī)制提供的靈活性在RPC中很難找到。但是，這種靈活性是在消息傳送接口上文件化地傳送的，其成本高。

兩者在分布式系統(tǒng)中都廣泛地應(yīng)用，在不同的系統(tǒng)中都強(qiáng)調(diào)了各自的優(yōu)越性。有一項(xiàng)研究包含了兩種機(jī)制的對(duì)比，即在PDP計(jì)算機(jī)上，StarMod系統(tǒng)和Charlotte系統(tǒng)。

兩者對(duì)比從一個(gè)進(jìn)程到另一進(jìn)程的發(fā)送時(shí)間，RPC端口調(diào)用要求更大的開(kāi)銷，由如下因素造成。

（1）在Charlotte，下層協(xié)議是一個(gè)分層協(xié)議，趨向于引入考慮開(kāi)銷。

（2）Charlotte用C語(yǔ)言寫成，StarMod用Modula語(yǔ)言生成，編碼的效率是一個(gè)因素。

（3）兩個(gè)內(nèi)核KeVnel是不同的，一個(gè)強(qiáng)調(diào)的是高性能，另一個(gè)強(qiáng)調(diào)的是簡(jiǎn)單。

2.進(jìn)程通信小結(jié)

分布式操作系統(tǒng)運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的所有計(jì)算機(jī)上而構(gòu)成分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)樵谙到y(tǒng)中沒(méi)有共享存儲(chǔ)器，其進(jìn)程通信的機(jī)制靠消息傳遞，這意味著高性能的進(jìn)程間通信是分布式系統(tǒng)的最關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)樾枰峁└咚俚臄?shù)據(jù)交換，所以這種高速數(shù)據(jù)的交換依靠適當(dāng)?shù)倪M(jìn)程通信原語(yǔ)和支持通信原語(yǔ)的傳送協(xié)議。

下面列出三種遠(yuǎn)程進(jìn)程間通信的原語(yǔ)：

（1）消息傳遞和高級(jí)消息傳遞。

（2）遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）。

（3）執(zhí)程或事務(wù)處理（Transaction）。

以上三種原理分別基于不同的基本概念。

消息傳遞是集中式系統(tǒng)進(jìn)程間通信的擴(kuò)展。它的基本原語(yǔ)是從客戶機(jī)進(jìn)程到服務(wù)器進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)單方向的通信。

遠(yuǎn)程進(jìn)程間通信的原語(yǔ)的類型如下。

（1）封鎖執(zhí)行或非封鎖執(zhí)行類型（執(zhí)行調(diào)用不延遲）。

（2）緩沖和非緩沖型。對(duì)于緩沖型原語(yǔ)，在發(fā)送和接收之間，消息被緩沖。非緩沖方式有時(shí)也稱為約會(huì)（Rendezvous），有些同步的條件被滿足。

（3）可靠與不可靠型。對(duì)于可靠型原語(yǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)提交時(shí)，是可靠的；否則或消息未被復(fù)制，或發(fā)生了故障。

構(gòu)造的原語(yǔ)可以是雙向的信息流。發(fā)送者和接收者必須被同步。這種同步依靠發(fā)送操作的語(yǔ)義。

消息發(fā)送能用于單一數(shù)據(jù)報(bào)或多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。后者要求提供可靠的提交和恢復(fù)。進(jìn)程間通信靠直接發(fā)送消息從一個(gè)進(jìn)程到另一個(gè)進(jìn)程的端口（Port）。鏈接Link也能用來(lái)通信，或是單一鏈接（像是單向通信通路），或是雙向鏈接定義（像是雙向通信路徑）。因?yàn)長(zhǎng)ink是面向鏈接的通信系統(tǒng)，所以是有它自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

當(dāng)發(fā)送一個(gè)消息時(shí)，一個(gè)發(fā)送者必須規(guī)定要發(fā)送的一個(gè)專門的進(jìn)程或一組進(jìn)程，或能指向所有的進(jìn)程。發(fā)送者可能不期待任何響應(yīng)，或一個(gè)專門響應(yīng)，或一組響應(yīng)，或所有目的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的響應(yīng)。

RPC意味著發(fā)送者可將進(jìn)程從一個(gè)計(jì)算機(jī)上自動(dòng)調(diào)用到另一個(gè)計(jì)算機(jī)上，并不需要知道該過(guò)程是在本地還是遠(yuǎn)地，即具有透明性。

RPC支持的通信可以是在一個(gè)客戶機(jī)和一個(gè)服務(wù)器之間或在多個(gè)客戶機(jī)和多個(gè)服務(wù)器之間，因?yàn)橛行┫到y(tǒng)不涉及分布式語(yǔ)言。RPC只是描述傳送的協(xié)議。

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用要求的是兩個(gè)遠(yuǎn)地進(jìn)程之間的語(yǔ)言級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的傳送。為了這個(gè)目的，RPC對(duì)參數(shù)進(jìn)行組裝，把參量表匯集在一起形成一個(gè)消息。

用RPC機(jī)制可以屏蔽從客戶機(jī)到服務(wù)器機(jī)制的具體細(xì)節(jié)。這意味著需要在客戶機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行聯(lián)編。

分布式系統(tǒng)是非常可靠的和很堅(jiān)定的。這是因?yàn)樵诓煌姆植际焦?jié)點(diǎn)上提供冗余資源是可能的。一個(gè)單一通信不能總是用來(lái)提供兩個(gè)進(jìn)程之間的互相作用。在這情況下，執(zhí)程（Transaction）的概念是很方便的。在分布式系統(tǒng)中，基于執(zhí)程模型的消息交換依靠套接字（Socket），它是在網(wǎng)絡(luò)上可尋址的實(shí)體。

如果進(jìn)程通信的能力和存儲(chǔ)管理緊密結(jié)合，會(huì)使分布式系統(tǒng)的性能大為改善。這種進(jìn)程通信提供的性能會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)的進(jìn)程通信系統(tǒng)。