Đang tải... (xem toàn văn)
TIỂU LUẬN MÔN HỌC LẬP TRÌNH MẠNG LẬP TRÌNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 2 1.1 Định nghĩa 2 1.2 Các thực thể trong hệ phân tán 2 1.3 Đặc điểm của hệ phận tán 2 1.4 Các ưu điểm của tài nguyên dùng chung trong hệ phân tán: 3 1.5 Các thao tác chuẩn của hệ phân tán 3 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN BÃI ĐỖ XE Ô TÔ 4 2.1 Phát biểu bài toán 4 2.1.1 Tình huống thứ 1 4 2.1.2 Tình huống thứ 2 5 2.2 Hướng giải quyết bài toán 5 2.3 Vấn đề cần giải quyết cho bài toán bãi đỗ xe 6 2.3.1 Giải quyết vấn đề 7 2.3.2 Thuật toán chương trình 9 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 12 3.1 Giới thiệu ngôn ngữ Java 12 3.1.1 Sơ lược về ngôn ngữ lập trình Java 12 3.1.2 RMI – Remote Method Invoke – và lập trình phân tán đối tượng 13 3.2 Nghiên cứu RMI trong Java 15 3.2.1 Bộ đăng ký (REGISTRY) 15 3.2.2 Trao đổi thông tin giữa các đối tượng 15 3.2.3 Tải xuống các lớp Bytecode cho đối tượng 16 3.3 Tiến trình xây dựng chương trình 17 3.3.1 III.3.1. Xây dựng chương trình Server 18 3.3.2 Xây dựng chương trình Client 23 3.3.3 Tải xuống mã động sử dụng RMI 24 3.3.4 Các lớp và giao diện trong ứng dụng RMI 25 3.4 Triển khai chương trình 31 3.4.1 Triển khai chương trình Server 32 3.4.2 Triển khai chương trình Client 33 3.5 Thực hiện chương trình 34 3.5.1 Khởi động các server 34 3.5.2 Thực hiện các yêu cầu từ các server 35 KẾT LUẬN 36 Kết quả thực tế đạt được 36 Tính khả thi và ưu điểm của chương trình 36 Hạn chế của chương trình 36 Hướng phát triển của đề tài 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TIỂU LUẬN MÔN HỌC LẬP TRÌNH MẠNG Đề tài: LẬP TRÌNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Sơn Hc viên thc hin: + Võ Văn Luận + Lê Văn Đông Lớp: Khoa h5c máy tính - K11 Niên khoá: 2009- 2011 Đà Nng, 3 – 2010 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 2 1.1 Định nghĩa 2 1.2 Các thực thể trong hệ phân tán 2 1.3 Đặc điểm của hệ phận tán 2 1.4 Các ưu điểm của tài nguyên dùng chung trong hệ phân tán: 3 1.5 Các thao tác chuẩn của hệ phân tán 3 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN BÃI ĐỖ XE Ô TÔ 4 2.1 Phát biểu bài toán 4 2.1.1 Tình huống thứ 1 4 2.1.2 Tình huống thứ 2 5 2.2 Hướng giải quyết bài toán 5 2.3 Vấn đề cần giải quyết cho bài toán bãi đỗ xe 6 2.3.1 Giải quyết vấn đề 7 2.3.2 Thuật toán chương trình 9 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 12 3.1 Giới thiệu ngôn ngữ Java 12 3.1.1 Sơ lược về ngôn ngữ lập trình Java 12 3.1.2 RMI – Remote Method Invoke – và lập trình phân tán đối tượng 13 3.2 Nghiên cứu RMI trong Java 15 3.2.1 Bộ đăng ký (REGISTRY) 15 3.2.2 Trao đổi thông tin giữa các đối tượng 15 3.2.3 Tải xuống các lớp Bytecode cho đối tượng 16 3.3 Tiến trình xây dựng chương trình 17 3.3.1 III.3.1. Xây dựng chương trình Server 18 3.3.2 Xây dựng chương trình Client 23 3.3.3 Tải xuống mã động sử dụng RMI 24 3.3.4 Các lớp và giao diện trong ứng dụng RMI 25 3.4 Triển khai chương trình 31 3.4.1 Triển khai chương trình Server 32 3.4.2 Triển khai chương trình Client 33 3.5 Thực hiện chương trình 34 3.5.1 Khởi động các server 34 3.5.2 Thực hiện các yêu cầu từ các server 35 KẾT LUẬN 36 Kết quả thực tế đạt được 36 Tính khả thi và ưu điểm của chương trình 36 Hạn chế của chương trình 36 Hướng phát triển của đề tài 36 i TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 ii Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, công nghệ mạng máy tính và Internet đã phát triển mạnh, cho phép chúng ta khai thác các nguồn tài nguyên là những kho tư liệu vô cùng rộng lớn về các lĩnh vực, và được bố trí ở những nơi rất xa nhau. Đối với các hệ thông tin lớn, dữ liệu không chỉ được lưu trữ và quản lý bởi các Server độc lập mà thường được phân tán trên nhiều Server và phân bổ ở các vị trí địa lý khác nhau. Hệ thống cho phép xử lý đa truy cập đồng thời cho phép đăng ký từ xa. Một trong những lợi ích của việc phân tán dữ liệu như vậy là nhằm chia yêu cầu xử lý dữ liệu cho nhiều máy nhằm tăng năng lực xử lý thông tin của hệ thống. Môn học Lập Trình Mạng dưới sự giảng dạy của PGS.TS Lê Văn Sơn, nhóm chúng em đã hiểu thêm được tầm quan trọng, những kiến thức mới của môn học. Vì vậy nhóm em đã chọn tiểu luận “Lập trình bằng các phương pháp phân tán để điều khiển bãi đỗ xe” với các nội dung: • Phân tích bài toán bãi đỗ xe ở mức có thể lập trình được; • Liên hệ với các đặc điểm của hệ phân tán; • Hiện lên màn hình dòng xe vào – ra tại mỗi trạm của người bảo vệ; • Cho phép sử dụng phương án lý tưởng. Mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu nhưng do thời gian có hạn, khả năng cũng còn hạn chế nên nhóm không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy xem xét, góp ý để nhóm chúng em hoàn thiện, hiểu rõ hơn nữa về công nghệ lập trình mới và tiên tiến này. Xin chân thành cảm ơn ! Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 1 Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 1.1 Định nghĩa Hệ tin học phân tán hay nói ngắn gọn là hệ phân tán (Distributed System) là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý nằm tại các vị trí khác nhau được liên kết với nhau thông qua phương tiện viễn thông dưới sự điều khiển thống nhất của một hệ điều hành. 1.2 Các thực thể trong hệ phân tán Hệ phân tán gồm 4 thực thể: Hình 1-1: Bốn thực thể của hệ tin học phân tán 1.3 Đặc điểm của hệ phận tán Đặc điểm cần nhấn mạnh của hệ là các hệ xử lý thông tin thành phần: • Không dùng chung hoặc chia sẻ bộ nhớ; • Không sử dụng chung đồng hồ xung nhịp; • Chúng liên lạc với nhau thông qua mạng truyền thông; • Mỗi hệ xử lý có bộ xử lý, bộ nhớ và hệ điều hành riêng của nó. Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 2 Các hệ thống phần mềm Các hệ thống phần mềm Tập hợp phần cứng Tập hợp phần cứng Hệ thống truyền thông Hệ thống truyền thông Hệ thống dữ liệu Hệ thống dữ liệu Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 Thành phần của hệ phân tán bao gồm các hệ thống cục bộ trong đó mỗi một hay nhiều hệ thống phát các yêu cầu thông tin còn các hệ khác trả lời các yêu cầu có liên quan đến phần dữ liệu của mình. Nói một cách tổng quát là trong hệ luôn luôn diễn ra việc thực hiện các công việc do các hệ thống yêu cầu. Các hệ thống truyền thống như hệ rời rạc hay tập trung không thể đáp ứng nhanh chóng và chính xác các yêu cầu thông tin từ xa với lưu lượng thông tin lớn. 1.4 Các ưu điểm của tài nguyên dùng chung trong hệ phân tán: Việc định nghĩa tài nguyên dùng chung mang đến cho hệ phân tán những hiệu năng tốt trong khai thác ứng dụng như: • Tăng tốc độ bình quân trong tính toán xử lý. • Cải thiện tình trạng luôn sẵn sàng của các loại tài nguyên. • Tăng độ an toàn cho dữ liệu. • Đa dạng hóa các loại hình dịch vụ tin học. • Bảo đảm tính toàn vẹn của thông tin. Tuy nhiên nó cũng dẫn đến hàng loạt các vấn đề khó khăn trong việc thiết lập hệ liên quan việc cấp phát tài nguyên dùng chung cho các tiến trình. Điều quan trọng là để đảm bảo các chức năng, yêu cầu nêu ra trên, hệ tin học phân tán cần phải có các cơ chế kỹ thuật đủ mạnh nhằm đồng bộ hóa hoạt động của các tiến trình và sự trao đổi thông tin với nhau sao cho hệ thống tránh được các trường hợp có thể dẫn đến bế tắc. 1.5 Các thao tác chuẩn của hệ phân tán • Tiếp nhận và ghi yêu cầu chỉ dẫn. • Dịch yêu cầu để có các thông tin cần thiết. Thực hiện một số công việc của hệ thống cục bộ như kiểm tra quyền truy cập thông tin, lập hóa đơn dịch vụ. • Gửi kết quả cho hệ thống đã phát yêu cầu. Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 3 Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN BÃI ĐỖ XE Ô TÔ 2.1 Phát biểu bài toán Bài toán bãi đỗ xe được phát biểu như sau: Cho một bãi đỗ xe ô tô N chỗ và có ít nhất là hai lối vào. Hành vi của ô tô là: Vào bãi (vao), đỗ (d), Ra (ra). Hình 2-1 mô phỏng bãi để xe ô tô hiện đại. Trong đó BV - người bảo vệ có nhiệm vụ phân phối chỗ cho các xe ô tô, VT - vị trí cho từng xe ôtô cụ thể. Các mũi tên hai chiều được sử dụng để mô tả dòng vào ra của ô tô. 2.1.1 Tình huống thứ 1 Ta giả sử rằng bãi đỗ xe ô tô là một bãi lớn có một cổng vào dưới sự kiểm soát của người bảo vệ (BV) duy nhất. Người bảo vệ chỉ biết được một phần trạng thái của bãi để xe. Trong khi anh ta nghĩ rằng bãi xe đã bị đầy, khi đó có nhiều lái xe đang cho xe chạy ra cổng. Vì suy nghĩ như vậy, trong trường hợp này, anh ta không giải quyết cho các xe khác tiếp tục vào bãi nữa, mặc dù lúc Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 4 Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 này trong bãi đang có chỗ trống. Như vậy, người bảo vệ không nắm được trạng thái hiện hành của bãi. 2.1.2 Tình huống thứ 2 Nếu ta có bãi để xe với nhiều cổng vào và tại mỗi cổng vào có một người bảo vệ thì mỗi người bảo vệ chỉ có thể biết được trạng thái với độ trễ nhất định và điều đó dẫn đến tình huống thứ 2. Đó là tình huống có nhiều trung tâm ra quyết định. Trên thực tế một người bảo vệ tin rằng không còn chỗ trống nữa, trong khi người bảo vệ khác lại vừa mới cho ra khỏi bãi một số xe mà anh ta chưa kịp báo cho các người bảo vệ giải quyết các xe vào cùng một vị trí trong bãi do vì nhiều thiếu thông tin. Như vậy, các bảo vệ phải hợp lực với nhau để phân phối chính xác các chỗ trong bãi, đặc biệt số lượng chỗ còn trống càng ít thì vai trò của hợp lực càng quan trọng. 2.2 Hướng giải quyết bài toán Ở đây sử dụng thuật toán loại trừ tương hổ để giải quyết yêu cầu của bài toán. Nguyên lý của phương pháp này được khái quát như sau: • Một tiến trình nào đó gửi thông điệp để yêu cầu sử dụng tài nguyên, một tiến trình sử dụng xong tài nguyên nào đó truyền một thông tin giải phóng khi nó ngừng chiếm dụng. • Trong các hệ phân tán, chương trình cung cấp nằm trên một trạm và các tiến trình đề nghị lại ở trên các trạm khác, các yêu cầu và khuyến nghị giải phóng được truyền cho các chương trình cung cấp thông qua hình thức thông điệp, chuyển theo các kênh của hệ thống viễn thông. Chính vì vậy nhu cầu sắp xếp các yêu cầu này theo một trật tự nhất định nào đó luôn luôn được đặt ra. Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 5 Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 • Nếu chỉ có một thông điệp đến chương trình cung cấp thì trật tự đến thể hiện một trật tự chặt chẽ. Ngược lại nếu có nhiều thông điệp đến cùng một lúc thì việc sắp xếp chúng phải theo kiểu loại trừ trương hỗ trong hàng đợi cục bộ của trạm có chứa chương trình cung cấp. Điều đó cũng cho phép ta có được một trật tự chặt chẽ. • Trật tự có được tại trạm cung cấp có thể không giống như trật tự phát, nếu thời gian truyền không được cố định. Trường hợp này khá phổ biến trong mạng máy tính. Nhưng nếu ta muốn xử lý các thông điệp theo trình tự không tính tới thời gian truyền, thì cần phải tính đến một trật tự tổng quát của các lần truyền thông điệp từ các trạm khác nhau. 2.3 Vấn đề cần giải quyết cho bài toán bãi đỗ xe Không có hai tiến trình truy cập cùng một tài nguyên cùng một thời điểm. Bất kỳ tiến trình nào muốn truy cập tài nguyên thì cuối cùng cũng truy cập được tài nguyên đó. Ngoài ra, chúng ta yêu cầu mỗi tiến trình phải tuân theo thêm hai đặc điểm sau: • Mỗi tiến trình nên yêu cầu tài nguyên theo một trình tự và liên tục, bắt đầu và kết thúc tại một vài tài nguyên duy nhất nào đó mà các tài nguyên này được tiến trình tự chọn. • Bất kỳ một tiến trình mà dành được tất cả các tài nguyên mà nó muốn, cuối cùng cũng phải giải phóng tất cả tài nguyên đó. Có hai sự khó khăn đáng kể là bài toán phải giải quyết: Số lượng các tiến trình tham gia thì không được biết giữa các tiến trình và cũng không biết được số lượng tài nguyên được chia sẻ. Chúng ta trước hết hãy quan sát tình huống như sau, không có bất kỳ sự ràng buộc thêm, bất kỳ tình huống các tiến trình chờ đợi lẫn nhau, bài toán chỉ có duy nhất một tiến trình đơn ở một thời điểm điều khiển vị trí để xe. Vấn đề đặt ra đó là bài toán không cho phép bất kỳ giải pháp mô hình bất đồng bộ thuần tuý. Điều không thể xuất phát theo một sự suy diễn mà không Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 6 Báo cáo môn hc Lâp trình mạng Khoa hc máy tính – Khoá 11 biết được tập hợp các tiến trình tham gia. Thật vậy, trong mô hình bất đồng bộ khi các messages có thể chiếm một thời gian dài tuỳ tiện trước khi phát đi, một tiến trình không có cách nào biết các tiến trình xung quanh nó. 2.3.1 Giải quyết vấn đề Cho một bãi đỗ xe ô tô N chỗ và có ít nhất là hai lối vào. Hành vi của ô tô là: vào bãi (vào), đỗ (do), Ra (ra). Việc quản lý truy cập bao gồm ghi lại số lượng xe vào E, số lượng xe ra S và kiểm tra X mỗi khi muốn cho xe vào bãi theo công thức: X = N – E + S > 0 Trong hệ thống này, người ta sử dụng bộ điều khiển C i để có được số lượng vào chính xác là E i , số lượng ra là S i . Cho biết M là số lượng bộ điều khiển có trong hệ. Người ta muốn trang bị cho mỗi C i một biến X i - số lượng chỗ còn trống trong bãi nhằm mục đích có thể sử dụng điều kiện cục bộ: X i > 0 Để giải quyết bài toán trên, một người bảo vệ có vai trò như là chương trình cung cấp chỗ của bãi để xe ô tô. Chỗ để xe được xem như là tài nguyên của hệ. Giả sử rằng ở thời điểm cho trước ta có 4 người bảo vệ và có 100 chỗ còn trống. Tất cả đều có thông tin đó. Trạng thái của hệ lúc này là gắn bó. Ba trong số họ phát đi thông tin như sau : STT Ký hiệu Thông tin phát đi 1 M1 Thêm 20 chỗ trống 2 M2 Đã có 10 chỗ bị chiếm 3 M3 Dành 10% chỗ trống để quét dọn sân bãi Bảng 2-1: Thông tin phát đi Bảng trên cho ta thấy, nếu ta không thấy ràng buộc nào đối với trình tự xử lý các thông điệp nhận được của các người bảo vệ thì các người bảo vệ này sẽ có Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 7 [...]... gian giữa các Client • Các máy trạm chứa các chương trình Client thực hiện các công việc cập nhật trạng thái của bãi (cập nhật chỗ trống, chỗ bị chiếm, tổng số chỗ) Để thực hiện bài toán quản lý bãi đỗ xe theo phương pháp lập trình phân tán ta sử dụng công nghệ RMI của Java Hệ thống chương trình được thực hiện như sau: ParkingServer là giao diện Server, chứa các phương thức truy cập từ xa • Chứa các tài... thông điệp đến các trạm là khác nhau và vì vậy kết quả thể hiện trên các chương trình là không giống nhau Điều này thể hiện sự không gắn bó giữa các chương trình Để cho các kết quả trên các trạm là giống nhau thì các thông điệp đến các trạm theo một trật tự giống nhau Điều này xảy ra trên các hệ tập trung Đối với hệ phân tán chúng ta phải xây dựng thuật toán cung cấp cho hệ tin học phân tán Một sự hoạt... Trật tự các thông điệp gửi đến từ các trạm Từ kết quả trên, ta thấy rằng nếu trật tự các thông điệp đến với các người bảo vệ không giống nhau thì số lượng chỗ trống của bãi đỗ xe ở mỗi nguời bảo vệ ở một thời điểm là không giống nhau Vì ta xem một người bảo vệ như là một chương trình cung cấp chỗ để xe của bãi, các chương trình này nằm trên các trạm khác nhau cách nhau về mặt địa lý Do đó trật tự các thông... rõ các phương thức nào có thể được gọi ra từ các Client ở xa Chương trình Client hướng đến các giao diện từ xa không đến các phần bổ sung lớp của các giao diện này Phần thiết kế giao diện là quyết định bất kỳ đối tượng cục bộ nào sẽ được sử dụng như các tham số và trả về giá trị cho các phương thức này, nếu các giao diện hoặc các lớp chưa có thì ta cần định nghĩa chúng Bổ sung các đối tượng từ xa: Các. .. của Server: Hầu hết các phương thức được gọi ra trong thành phần phụ ServerParkingImpl là phương thức main Phương thức main được sử dụng để khởi động ParkingServerImpl vì vậy cần phải xây dựng một trình khởi tạo và quản lý để chuẩn bị cho Server nhận các cuộc gọi từ các Client Các phương thức này không phải là một phương thức từ xa nghĩa là nó không thể được gọi từ các máy ảo khác vì phương thức main... của các chương trình cung cấp phân tán quản lý trên cùng một tập hợp các tài nguyên chỉ đạt được nếu tuân thủ các quy tắc sau, ở đây các thông điệp được hiểu là các yêu cầu hay khuyến nghị giải phóng tài nguyên Quy tắc STT 1 Các bộ cung cấp phải thực hiện cùng một giải thuật 2 Các bộ cung cấp đều nhận tất cả các thông điệp phát đi từ các tiến trình Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 8 Báo cáo môn học Lâp trình. .. máy điều khiển để thực thi Mã máy chỉ thực hiện trên máy tính mà nó được biên dịch, trong khi bytecode có thể thực hiện trên bất kỳ hệ thống máy tính nào có trình điều khiển Java Ngoài ra, tính uyển chuyển làm tăng khả năng tái sử dụng các lớp được tạo ra; các lớp cho phép thực hiện kỹ thuật kết nối động (Dynamic Binding) khi chương trình thực thi 3.1.2 RMI – Remote Method Invoke – và lập trình phân tán. .. sinh các Stub Đây là bước thứ hai của tiến trình, trong bước đầu tiên ta sử dụng trình biên dịch javac để biên dịch các tệp nguồn *.java trong đó có chứa các phần phụ của giao diện từ xa, phần phụ của các lớp Server và các lớp Client Trong bước thứ Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 17 Báo cáo môn học Lâp trình mạng Khoa học máy tính – Khoá 11 hai này ta sử dụng trình biên dịch rmic để tạo các Stub cho các. .. từ xa, chương trình Server và Client 3.3.1 III.3.1 Xây dựng chương trình Server Chương trình Server RMI chấp nhận các thông tin từ các Client, xử lý thông tin và trả lại các kết quả cho các Client Chương trình Server nói chung bao gồm ít nhất một Interface và một Class Giao diện (Interface) cung cấp các định nghĩa cho các phương thức mà từ đó có thể được gọi từ các Client Về bản chất thì các giao diện... từ xa giữa các đối tượng, một khi đạt được sự tham chiếu này các đối tượng từ xa có thể gọi ra các phương thức của nhau cho dù nội dung đoạn mã có thể phân tán tại các Client hoặc một Server nào đó Việc trao đổi thông tin từ xa này đã được xem như một tiêu chuẩn trong việc gọi ra các phương thức trong Java Việc nạp các lớp thao tác mã (bytecode) cho các đối tượng thực chất là chuyển đi các tham số . tượng 15 3.2.3 Tải xuống các lớp Bytecode cho đối tượng 16 3.3 Tiến trình xây dựng chương trình 17 3.3.1 III.3.1. Xây dựng chương trình Server 18 3.3.2 Xây dựng chương trình Client 23 3.3.3 Tải. từ xa, phần phụ của các lớp Server và các lớp Client. Trong bước thứ Võ Văn Luận – Lê Văn Đông 17