应用架构的核心使命是什么?阿里的高级技术专家是这样说的
阿里妹导读:什么是架构?关于架构这个概念很难给出一个明确的定义,也没有一个标准的定义。如果,硬是要给一个概述,阿里巴巴高级技术专家张建飞认为架构就是对系统中的实体以及实体之间的关系所进行的抽象描述。今天,张建飞来谈谈应用架构的核心使命是什么,是否与你想得一样?往下看,一起寻找答案。
架构
架构始于建筑,是因为人类发展(原始人自给自足住在树上,也就不需要架构),分工协作的需要,将目标系统按某个原则进行切分,切分的原则,是要便于不同的角色进行并行工作。
为什么需要架构?
有系统的地方就需要架构,大到航空飞机,小到一个电商系统里面的一个功能组件都需要设计和架构。
我很喜欢《系统架构:复杂系统的产品设计与开发》里面的一句话:结构良好的创造活动要优于毫无结构的创造活动。
与之相对应的,现在很多敏捷思想提倡no design,只要work就好。期待好的架构可以在迭代中自然涌现。这个想法有点太理想化了,在现实中,只要能work的代码,工程师是很少有动力去重构和优化的。
架构师的职责
作为架构师,我们最重要的价值应该是“化繁为简”。但凡让事情变得更复杂,让系统变得更晦涩难懂的架构都是值得商榷的。
架构师的工作就是要努力训练自己的思维,用它去理解复杂的系统,通过合理的分解和抽象,使哪些系统不再那么难懂。我们应该努力构建易懂的架构,使得在系统上工作的其他人员(例如设计者、实现者、操作员等)可以较为容易地理解这个系统。
软件架构
软件架构是一个系统的草图。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述组件之间的通信。在实现阶段,这些抽象组件被细化为实际的组件,比如具体某个类或者对象。在面向对象领域中,组件之间的连接通常用接口来实现。
软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象,由构件的描述、构件的相互作用、指导构件集成的模式以及这些模式的约束组成。软件架构不仅显示了软件需求和软件结构之间的对应关系,而且指定了整个软件系统的组织和拓扑结构,提供了一些设计决策的基本原理。
软件架构的核心价值应该只围绕一个核心命题:控制复杂性。他并不意味着某个特定的分层结构,某个特定的方法论(贫血、DDD等)。
软件架构分类
在介绍应用架构之前,我们先来看一下软件架构的分类。
随着互联网的发展,现在的系统要支撑数亿人同时在线购物、通信、娱乐的需要,相应的软件体系结构也变得越来越复杂。软件架构的含义也变得更加宽泛,我们不能简单地用一个软件架构来指代所有的软件架构工作。按照我个人理解,我将软件架构划分为:
业务架构:由业务架构师负责,也可以称为业务领域专家、行业专家。业务架构属于顶层设计,其对业务的定义和划分会影响组织结构和技术架构。例如,阿里巴巴在没有中台部门之前,每个业务部门的技术架构都是烟囱式的,淘宝、天猫、飞猪、1688等各有一套体系结构。而后,成立了共享平台事业部,打通了账号、商品、订单等体系,让商业基础实施的复用成为可能。
应用架构:由应用架构师负责,他需要根据业务场景的需要,设计应用的层次结构,制定应用规范、定义接口和数据交互协议等。并尽量将应用的复杂度控制在一个可以接受的水平,从而在快速的支撑业务发展的同时,在保证系统的可用性和可维护性的同时,确保应用满足非功能属性要求(性能、安全、稳定性等)。
分布式系统架构:分布式系统基本是稍具规模业务的必选项。它需要解决服务器负载,分布式服务的注册和发现,消息系统,缓存系统,分布式数据库等问题,同时架构师要在CAP(Consistency,Availability,Partition tolerance)之间进行权衡。
数据架构:对于规模大一些的公司,数据治理是一个很重要的课题。如何对数据收集、数据处理提供统一的服务和标准,是数据架构需要关注的问题。其目的就是统一数据定义规范,标准化数据表达,形成有效易维护的数据资产,搭建统一的大数据处理平台,形成数据使用闭环。
物理架构:物理架构关注软件元件是如何放到硬件上的,包括机房搭建、网络拓扑结构,网络分流器、代理服务器、Web服务器、应用服务器、报表服务器、整合服务器、存储服务器和主机等。
运维架构:负责运维系统的规划、选型、部署上线,建立规范化的运维体系。
典型应用架构
分层架构
分层是一种常见的根据系统中的角色(职责拆分)和组织代码单元的常规实践。常见的分层结构如下图所示:
CQRS
CQS(Command Query Separation,命令查询分离)最早来自于Betrand Meyer(Eiffel语言之父,OCP提出者)提出的概念。其基本思想在于,任何一个对象的方法可以分为两大类:
- 命令(Command):不返回任何结果(void),但会改变对象的状态。
- 查询(Query):返回结果,但是不会改变对象的状态,对系统没有副作用。
六边形架构
六边形架构是Alistair Cockburn在2005年提出,解决了传统的分层架构所带来的问题,实际上它也是一种分层架构,只不过不是上下,而是变成了内部和外部(如下图所示)。
六边形架构又称为端口-适配器架构,这个名字更容器理解。六边形架构将系统分为内部(内部六边形)和外部,内部代表了应用的业务逻辑,外部代表应用的驱动逻辑、基础设施或其他应用。
适配器分为两种类型(如下图所示),左侧代表 UI 的适配器被称为主动适配器(Driving Adapters),因为是它们发起了对应用的一些操作。而右侧表示和后端工具链接的适配器,被称为被动适配器(Driven Adapters),因为它们只会对主适配器的操作作出响应。
洋葱圈架构
洋葱架构与六边形架构有着相同的思路,它们都通过编写适配器代码将应用核心从对基础设施的关注中解放出来,避免基础设施代码渗透到应用核心之中。这样应用使用的工具和传达机制都可以轻松地替换,可以一定程度地避免技术、工具或者供应商锁定。
不同的是洋葱架构还告诉我们,企业应用中存在着不止两个层次,它在业务逻辑中加入了一些在领域驱动设计的过程中被识别出来的层次(Application,Domain Service,Domain model,Infrastructure等)。
另外,它还有着脱离真实基础设施和传达机制应用仍然可以运行的便利,这样可以使用 mock 代替它们方便测试。
在洋葱架构中,明确规定了依赖的方向:
- 外层依赖内层;
- 内层对外层无感知。
COLA应用架构
COLA架构是我团队自主研发的应用架构,目前已经开源。在COLA的设计中,我们充分汲取了经典架构的优秀思想。除此之外,我们补充了规范设计和扩展设计,并且使用Archetype的方式,将架构固化下来,以便可以快速的在开发中使用。
开源地址
COLA架构目前已经开源,地址: https://github.com/alibaba/COLA
分层设计
COLA的分层是一种改良了的三层架构。主要是将传统的业务逻辑层拆分成应用层、领域层和基础实施层。如下图所示,左边是传统的分层架构,右边是COLA的分层架构。
其每一层的作用范围和含义如下:
1)展现层(Presentation Layer):负责以Rest的格式接受Web请求,然后将请求路由给Application层执行,并返回视图模型(View Model),其载体通常是DTO(Data Transfer Object);
2)应用层(Application Layer):主要负责获取输入,组装上下文,做输入校验,调用领域层做业务处理,如果需要的话,发送消息通知。当然,层次是开放的,若有需要,应用层也可以直接访问基础实施层;
3)领域层(Domain Layer):主要是封装了核心业务逻辑,并通过领域服务(Domain Service)和领域对象(Entities)的函数对外部提供业务逻辑的计算和处理;
4)基础实施层(Infrastructure Layer):主要包含Tunnel(数据通道)、Config和Common。这里我们使用Tunnel这个概念来对所有的数据来源进行抽象,这些数据来源可以是数据库(MySQL,NoSql)、搜索引擎、文件系统、也可以是SOA服务等;Config负责应用的配置;Common是通用的工具类。
扩展设计
对于只有一个业务的简单场景,对扩展性的要求并不突出,这也是为什么扩展设计常被忽略的原因,因为我们大部分的系统都是从单一业务开始的。但是随着业务场景越来越复杂,代码里面开始出现大量的if-else逻辑。此时除了常规的策略模式以外,我们可以考虑在架构层面提供统一的扩展解决方案。
在扩展设计中,我们提炼出两个重要的概念,一个是业务身份,另一个是扩展点。
业务身份是指业务在系统唯一标识一个业务或者一个场景的标志。在具体实现中,我们使用BizCode来表示业务身份,其中BizCode采用类似Java包名命名空间的方式。例如,我们可以用“ali.tmall”表示阿里天猫业务,用“ali.tmall.car” 表示阿里天猫的汽车业务,而用"ali.tmall.car.aftermarket"代表这是阿里天猫的汽车业务的后市场场景。
每个业务或者场景都可以实现一个或多个扩展点(ExtensionPoint),也就是说一个业务身份加上一个扩展点,可以唯一地确定一个扩展实现(Extension)。而这个业务身份和扩展点的组合,我们将其称之为扩展坐标(ExtensionCoordinate),如下图所示。
这样,通过业务身份+扩展点,我们就可以从框架层面实现对不同租户,不同业务,不同场景的扩展定制了。整个阿里业务中台正是基于这个思想,实现的多业务支撑的。
规范设计
任何事物都是规则性和随机性的组合。规范的意义就在于我们可以将规则性的东西固化下来,尽量减少随心所欲带来的复杂度,一致性可以降低系统复杂度。从命名到架构皆是如此,而架构本身就是一种规范和约束,破坏这个约束,也就破坏了架构。
COLA制定了一些列的规范:包括组件(Module)结构、包(Package)结构、命名等。
比如对于组件,我们要求使用COLA的应用都应该遵循如下图所示的组件划分:
COLA架构总览
在架构思想上,COLA主张像六边形架构那样,使用端口-适配器去解耦技术细节;主张像洋葱圈架构那样,以领域为核心,并通过依赖倒置反转领域层的依赖方向。最终形成如下图所示的组件关系。
换一个视角,从COLA应用处理响应一个请求的过程来看。COLA使用了CQRS来分离命令和查询的职责,使用扩展点和元数据来提升应用的扩展性。整个处理流程如下图所示:
应用架构的核心
纵观上面介绍的所有应用架构,我们可以发现一个共同点,就是“核心业务逻辑和技术细节分离”。
是的,六边形架构、洋葱圈架构、以及COLA架构的核心职责就是要做核心业务逻辑和技术细节的分离和解耦。
试想一下,业务逻辑和技术细节糅杂在一起的情况,所有的代码都写在ServiceImpl里面,前几行代码是做validation的事,接下来几行是做convert的事,然后是几行业务处理逻辑的代码,穿插着,我们需要通过RPC或者DAO获取更多的数据,拿到数据后,又是几行convert的代码,在接上一段业务逻辑代码,然后还要落库,发消息.....等等。
再简单的业务,按照上面这种写代码的方式,都会变得复杂,难维护。
因此,我认为应用架构的核心使命就是要分离业务逻辑和技术细节。让核心业务逻辑可以反映领域模型和领域应用,可以复用,可以很容易被看懂。让技术细节在辅助实现业务功能的同时,可以被替换。
最后我们发现,应用架构的道就是:“让上帝的归上帝,凯撒的归凯撒。”
原文发布时间为:2019-08-29
作者:从码农到工匠
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41 个下载免费 3D 模型的最佳网站-使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 17. Clara.io Clara.io 是一个创建 3D 内容的全球平台,也是一个培养新 3D 艺术家的社区。Clara.io 提供+100,000个免费的3D模型,包括OBJ,Blend,STL,FBX,DAE,Babylon.JS,Three.JS格式,用于 Clara.io,Unity 3D,Blender,Sketchup,Cinema 4D,3DS Max和Maya。 使用说明:免费,标准和专业帐户仅供个人使用,如果您需要将 clara.io 用于商业用途,请与销售团队联系。 18. 3DExport 3DExport是一个市场,您可以在其中购买和销售用于CG项目的3D模型,3D打印模型和纹理。它提供15 +不同的3D格式供下载,如3DS MAX(.max),Cinema4D(.c4d),Maya(.mb,.ma),Lightwave(.lwo),Softimage(.xsi),Wavefront OBJ(.obj),Autodesk FBX(.fbx)等。它还提供15种不同的语言! 使用说明:免费下载仅供个人和非商业用途。 19. 3D Warehouse 3D Warehouse是一个开放的库,允许用户共享和下载SketchUp 3D模型,用于建筑,设计,施工和娱乐!任何人都可以免费制作,修改和重新上传内容到3D仓库,您可以找到任何您能想到的东西,如家具,电子产品,室内产品等。 使用说明:3D Warehouse中的所有模型都是免费的,因此任何人都可以下载文件以用于SketchUp甚至其他软件,如AutoCAD,Revit和ArchiCAD。 20. CadNav.com CadNav是CGI平面设计师和CAD / CAM / CAE工程师的在线3D模型库,我们提供超过50000 +免费3D模型和CAD模型下载。在CadNav网站上,您可以下载高质量的多边形网格3D模型,3D CAD实体对象,纹理,Vray材料,3D作品,CAD图纸等。 使用说明:免费下载仅供个人和非商业用途。 21. All3dfree.net 就像网站名称一样,它提供免费的3D模型,还包括Vray材料,CAD块,2d和3d纹理集合,无需注册即可免费下载。它是不断更新的,因此您可以查找或请求3DS,MAX,C4D,skp,OBJ,FBX,MTL等格式的模型。 使用说明:所有资源均不允许用于商业用途,否则您将承担责任。 22. Hum3D 自2005年以来,Hum3D帮助来自3多个国家的80D艺术家节省3D建模时间,并制作逼真的3D模型,用于电影,视频游戏,AR应用程序和可视化。所有模型均由首席3D艺术家进行验证,他们检查其是否符合专业要求和最新的3D建模标准。 使用说明:免费下载仅供个人和非商业用途。 23. Artist-3D.com 艺术家-3D 库存的免费 3D 模型下载按通用类别排序。它为人体解剖学、汽车、家具、火箭、卫星等模型提供 AutoDesk 3DS Max 格式。您还可以在浏览他们的网站时找到教程和类似类型的建模。 使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 24. Free the models 就像本网站的标题一样,它为3d应用程序和3d游戏引擎提供免费的内容模型。您可以为您的任何项目找到许多有趣且有用的模型!它提供3ds,wavefront,bryce,poser,lightwave,md2和unity3d格式的模型。还有一个很棒的纹理集合,可以在您最喜欢的建模和渲染程序中使用。 使用说明:您从这里下载的所有内容都可以免费使用,除非它不能包含在另一个免费的网络或CD收藏中,也不能单独出售。否则,您可以在商业游戏,3D应用程序或渲染作品中使用它。您不必提供信用,但如果您这样做,那就太好了。 25. Resources.blogscopia 本网站由一家名为Scopia的公司创建。他们制作3D图像和视频,您可以找到许多为CGI工作的信息架构设计的模型,所有这些都可以在现实生活中使用。您可以免费下载它们,但是,如果您想一次下载它们,您可以支付 3 到 9 欧元。 使用说明:您可以免费下载模型部分的所有文件。每个压缩文件都包含您也可以在此处找到的许可证。基本上,您可以对文件执行任何操作。唯一的限制是不归属于Scopia的重新分发。 26.ambientCG 1000+公共领域PBR材料适合所有人!环境CG是使用许多不同的方法和资产类型创建的,例如照片纹理(PBR),贴花(PBR),图集(PBR),照片纹理(普通),物质存档(SBSAR),雕刻画笔,3D模型和地形。您可以在所有项目中*使用它们! 使用说明:在 ambientCG 上提供下载的所有 PBR 材料、画笔、照片和 3D 模型均根据知识共享 CC0 1.0 通用许可提供。您可以复制、修改、分发和执行作品,即使是出于商业目的,也无需征得许可。信用将不胜感激。 不要满足于平庸的大理石纹理 - 立即使用我们的免费PBR大理石纹理升级您的3D设计。 27.Pixar One Twenty Eight 这是一个提供官方动画行业经典纹理的网站:皮克斯,创建于 1993 年,该纹理库包括 128 个重复纹理,现在免费提供。 它包含您来到的纹理,包括砖块和动物毛皮。肯定会有一些你可以使用的东西。 使用说明:皮克斯动画工作室的《Pixar One Twenty Eight》根据知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。即使出于商业目的,您也可以重新混合、调整和构建您的作品,只要您以相同的条款对新创作进行信用和许可。 访问数以千计的免费纹理并提升您的设计游戏 - 立即开始下载! 28. 3DXO 即使有近 620 个免费贴纸可供下载,3DXO 也不是最大的资源,但它的内容非常有用,不需要注册。无论是简单的墙壁或地板,还是一些奇怪的小东西,您都需要的纹理都可以在此网站上看到。 使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 29. 3DModelsCC0 3DModelsCC0 与其他产品的不同之处在于它包含超过 250+ 个高质量 3D 模型,并且本网站上的所有内容都是免费的,完全是公共领域!使用我们的模型时无需信用或归属! 使用说明:为每个人提供完全免费的公共领域内容。 30.Sketch up texture club Sketchup Texture Club是一个非营利性的教育和信息门户网站,由3D社区的图像促进协会管理,特别强调面向学生和建筑和室内设计专业人士的可视化和渲染技术,以及所有正在学习3D可视化的人。 使用说明:您无需支付版税或使用费。纹理可以免费下载和使用。不允许将纹理作为竞争产品出售或重新分发,即使图像被修改也是如此。 31. FlippedNormals FlippedNormal 是一个提供计算机图形和 3D 资产的市场,您可以找到许多用于雕刻、建模、纹理、概念艺术、3D 模型、游戏资产或课程的高级资产! 使用说明:使用权限可能因型号而异。因此,在下载文件之前,请仔细检查每个下载页面上的许可证和使用权限。 32. NASA 3D NASA 3D网站是一个在线门户,提供与太空和各种NASA任务相关的大量三维模型和模拟。该网站是用户友好的,并提供有关每个型号的详细信息。该网站允许用户探索和下载几种不同格式的模型,包括 OBJ、STL 和 FBX,只需单击下载按钮即可。 使用说明: 要下载模型,只需单击模型页面上的下载按钮并选择所需的格式。 33. 3DAGOGO (Astroprint) 3DAGOGO 是一个提供广泛 3D 模型的网站,包括角色、车辆和建筑物。3DAGOGO 的独特功能之一是它专注于适合 3D 打印的模型,使其成为希望创建物理原型或模型的设计师的绝佳资源。要使用 3DAGOGO,设计师只需在网站上搜索他们正在寻找的模型类型,然后下载 STL 格式的文件。 使用说明: 要使用 3DAGOGO,只需搜索所需的 3D 模型类型并下载 STL 格式的文件。根据需要自定义模型,并确保在将其用于商业目的之前检查使用权限。 34. FreeCAD FreeCAD是一款了不起的3D建模软件,可让您在计算机上创建令人难以置信的3D设计。该软件可免费下载和使用,它提供了广泛的工具和功能,可用于创建用于各种目的的3D模型。 该网站易于浏览,您可以找到开始使用FreeCAD的所有必要信息。此外,该网站还提供一系列教程和指南,可帮助您了解 3D 建模的来龙去脉。 使用说明: 要下载模型,请访问网站并从库中选择所需的模型。该网站还提供了一系列使用该软件的教程和指南。 35. Pinshape Pinshape是一个提供一系列3D打印模型的网站。网站上提供的型号质量很高,因此您可以确保您的最终印刷产品看起来很棒。该网站提供了广泛的模型,包括从家居用品到小雕像和珠宝的所有物品。 但这还不是Pinshape所能提供的全部!该网站还允许用户上传和共享自己的3D模型。这意味着您不仅可以下载出色的模型,还可以通过分享自己的设计为社区做出贡献。此外,Pinshape 提供了一系列自定义选项,因此您可以调整和调整模型以满足您的特定需求。 使用说明: 要下载模型,请在网站上创建一个帐户,搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还为每种型号提供了一系列定制选项。 36.Yeggi Yeggi 提供了大量免费的 3D 模型,您可以下载各种格式的模型,例如 STL、OBJ 和 FBX。该网站易于使用,您可以按关键字、类别或特定网站搜索模型。 Yeggi 对于任何寻找 3D 模型的人来说都是一个很好的资源。它提供了大量的模型集合,从日常物品到复杂的机械,以及介于两者之间的一切。该网站的收藏量在不断增长,每天都有新的型号增加。 使用说明: 要下载模型,请在网站上搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还提供指向托管模型的原始网站的链接。 37. Open3DModel 来自开放3D模型的图像 Open3DModel具有各种类别的模型,包括建筑,车辆和角色。无论您需要建筑物,汽车还是人的3D模型,都可以在此网站上找到。 该网站易于浏览,您可以按类别或关键字搜索模型。每个模型都附带预览图像和详细信息,例如文件格式、大小和多边形数量。此信息可以帮助您选择适合您需求的模型。 使用说明: 要下载模型,请访问网站,从库中选择所需的模型,然后单击下载按钮。 使用最好的 3D 资产管理工具简化您的 3D 制作流程。立即试用它们,将您的 3D 项目提升到一个新的水平! 38. 3DExport 对于那些为其 3D 设计项目寻找 3D 模型、纹理和其他资源的人来说,该平台是一个很好的资源。该网站有大量模型可供选择,包括 3D 打印对象、游戏资产等。用户可以按类别、文件格式或价格范围浏览,以找到适合其项目的完美资源。此外,3DExport 还提供一系列教程和其他 3D 资源,以帮助用户提高技能并创建更令人印象深刻的设计。 使用说明: 要使用 3DExport,只需创建一个帐户并浏览可用型号。您可以按类别、格式和价格进行搜索,以找到所需的型号。找到喜欢的模型后,只需下载它并开始在您的项目中使用它。 39.Blend Swap Blend Swap是一个社区驱动的市场,提供与Blender软件兼容的各种免费3D模型。该平台允许用户共享和下载模型、纹理和其他资产,以便在他们的项目中使用。 使用说明: 创建免费帐户后,您可以浏览社区上传的大量3D模型。当您找到要使用的一个时,只需下载它并将其导入您选择的 3D 软件即可。 40. 3DShook 3DShook 是一个高级 3D 模型市场,提供一系列用于建筑、游戏等各个行业的高质量模型。该平台提供基于订阅的模型,具有不同的定价计划,允许用户访问一系列模型。 使用说明: 注册免费帐户后,只需浏览3D模型库,选择您喜欢的模型,然后以您需要的格式下载它们。 41. Smithsonian X 3D 史密森尼 X 3D 对于正在寻找历史文物和文物的高质量 3D 模型的设计师来说,这是一个独特的资源。该平台提供了大量3D模型,这些模型是根据史密森尼博物馆和研究中心中的真实物体扫描创建的。 使用说明:
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windows下进程间通信的(13种方法)-摘 要 本文讨论了进程间通信与应用程序间通信的含义及相应的实现技术,并对这些技术的原理、特性等进行了深入的分析和比较。 ---- 关键词 信号 管道 消息队列 共享存储段 信号灯 远程过程调用 Socket套接字 MQSeries 1 引言 ---- 进程间通信的主要目的是实现同一计算机系统内部的相互协作的进程之间的数据共享与信息交换,由于这些进程处于同一软件和硬件环境下,利用操作系统提供的的编程接口,用户可以方便地在程序中实现这种通信;应用程序间通信的主要目的是实现不同计算机系统中的相互协作的应用程序之间的数据共享与信息交换,由于应用程序分别运行在不同计算机系统中,它们之间要通过网络之间的协议才能实现数据共享与信息交换。进程间通信和应用程序间通信及相应的实现技术有许多相同之处,也各有自己的特色。即使是同一类型的通信也有多种的实现方法,以适应不同情况的需要。 ---- 为了充分认识和掌握这两种通信及相应的实现技术,本文将就以下几个方面对这两种通信进行深入的讨论:问题的由来、解决问题的策略和方法、每种方法的工作原理和实现、每种实现方法的特点和适用的范围等。 2 进程间的通信及其实现技术 ---- 用户提交给计算机的任务最终都是通过一个个的进程来完成的。在一组并发进程中的任何两个进程之间,如果都不存在公共变量,则称该组进程为不相交的。在不相交的进程组中,每个进程都独立于其它进程,它的运行环境与顺序程序一样,而且它的运行环境也不为别的进程所改变。运行的结果是确定的,不会发生与时间相关的错误。 ---- 但是,在实际中,并发进程的各个进程之间并不是完全互相独立的,它们之间往往存在着相互制约的关系。进程之间的相互制约关系表现为两种方式: ---- (1) 间接相互制约:共享CPU ---- (2) 直接相互制约:竞争和协作 ---- 竞争——进程对共享资源的竞争。为保证进程互斥地访问共享资源,各进程必须互斥地进入各自的临界段。 ---- 协作——进程之间交换数据。为完成一个共同任务而同时运行的一组进程称为同组进程,它们之间必须交换数据,以达到协作完成任务的目的,交换数据可以通知对方可以做某事或者委托对方做某事。 ---- 共享CPU问题由操作系统的进程调度来实现,进程间的竞争和协作由进程间的通信来完成。进程间的通信一般由操作系统提供编程接口,由程序员在程序中实现。UNIX在这个方面可以说最具特色,它提供了一整套进程间的数据共享与信息交换的处理方法——进程通信机制(IPC)。因此,我们就以UNIX为例来分析进程间通信的各种实现技术。 ---- 在UNIX中,文件(File)、信号(Signal)、无名管道(Unnamed Pipes)、有名管道(FIFOs)是传统IPC功能;新的IPC功能包括消息队列(Message queues)、共享存储段(Shared memory segment)和信号灯(Semapores)。 ---- (1) 信号 ---- 信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值,因此不能用于信息交换,仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键(如ctrl-c、del等)等都会产生一个信号,操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。 ---- 信号处理的系统调用是signal,调用形式是: ---- signal(signalno,action) ---- 其中,signalno是规定信号编号的值,action指明当特定的信号发生时所执行的动作。 ---- (2) 无名管道和有名管道 ---- 无名管道实际上是内存中的一个临时存储区,它由系统安全控制,并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理,并严格按顺序操作,例如不能对管道进行搜索,管道中的信息只能读一次。 ---- 无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信,并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。 ---- 系统提供了许多标准管道库函数,如: pipe——打开一个可以读写的管道; close——关闭相应的管道; read——从管道中读取字符; write——向管道中写入字符; ---- 有名管道的操作和无名管道类似,不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先,其它进程,只要知道该管道的名字,就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。 ---- (3) 消息队列(MQ) ---- 消息队列是内存中独立于生成它的进程的一段存储区,一旦创建消息队列,任何进程,只要具有正确的的访问权限,都可以访问消息队列,消息队列非常适合于在进程间交换短信息。 ---- 消息队列的每条消息由类型编号来分类,这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在,直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。 ---- 系统提供了许多有关创建、使用和管理消息队列的系统调用,如: ---- int msgget(key,flag)——创建一个具有flag权限的MQ及其相应的结构,并返回一个唯一的正整数msqid(MQ的标识符); ---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向队列中发送信息; ---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——从队列中接收信息; ---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——对MQ的控制操作; ---- (4) 共享存储段(SM) ---- 共享存储段是主存的一部分,它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联,对每个进程来说,共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有: ---- int shmget(key,size,flag)——创建大小为size的SM段,其相应的数据结构名为key,并返回共享内存区的标识符shmid; ---- char shmat(shmid,address,flag)——将当前进程数据段的地址赋给shmget所返回的名为shmid的SM段; ---- int shmdr(address)——从进程地址空间删除SM段; ---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——对SM的控制操作; ---- SM的大小只受主存限制,SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。 ---- (5) 信号灯 ---- 在UNIX中,信号灯是一组进程共享的数据结构,当几个进程竞争同一资源时(文件、共享内存或消息队列等),它们的操作便由信号灯来同步,以防止互相干扰。 ---- 信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源,所有请求该资源的其它进程都将被挂起,一旦该资源得到释放,系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用,以便实现资源的加锁和解锁。 ---- 进程间通信的实现技术的特点是:操作系统提供实现机制和编程接口,由用户在程序中实现,保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是,上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。 3 应用程序间的通信及其实现技术 ---- 同进程之间的相互制约一样,不同的应用程序之间也存在竞争和协作的关系。UNIX操作系统也提供一些可用于应用程序之间实现数据共享与信息交换的编程接口,程序员可以通过自己编程来实现。如远程过程调用和基于TCP/IP协议的套接字(Socket)编程。但是,相对普通程序员来说,它们涉及的技术比较深,编程也比较复杂,实现起来困难较大。 ---- 于是,一种新的技术应运而生——通过将有关通信的细节完全掩盖在某个独立软件内部,即底层的通讯工作和相应的维护管理工作由该软件内部来实现,用户只需要将通信任务提交给该软件去完成,而不必理会它的具体工作过程——这就是所谓的中间件技术。 ---- 我们在这里分别讨论这三种常用的应用程序间通信的实现技术——远程过程调用、会话编程技术和MQSeries消息队列技术。其中远程过程调用和会话编程属于比较低级的方式,程序员参与的程度较深,而MQSeries消息队列则属于比较高级的方式,即中间件方式,程序员参与的程度较浅。 ---- 4.1 远程过程调用(RPC)