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📜  RPC 消息协议

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:02.662000             🧑  作者: Mango

RPC 消息协议

分布式信息系统被定义为“通过网络连接起来以在它们之间共享信息的许多相互依赖的计算机”。分布式信息系统由多个自治计算机组成，这些计算机通过计算机网络进行通信或交换信息。分布式系统中的实体通过三种方式进行通信：

  • 进程间通信：它是一种低级通信范式。例如： 像邮箱一样的分布式共享内存
  • 远程调用：它是一种高级且直接的通信范式。例如：RPC、RMI 等
  • 间接通信：它是一种高级间接通信范式。示例有：群组通信、发布/订阅模型等

RPC 代表远程过程调用。在 RPC 中，计算机程序使过程在不同的地址空间中运行，并且它被编程为就好像它是一个正常的过程调用一样。无论子例程是当前程序的本地程序还是远程程序，程序员编写的代码基本相同。请求-响应消息传递机制通常用于完成这种类型的客户端-服务器交互。最好将其视为分布式系统的通用结构。 RPC 之所以流行，是因为它建立在本地过程调用的语义之上：应用软件对一个过程进行调用，无论它是本地的还是远程的，并等待它返回。 RPC 在面向对象的编程范式中通过远程方法调用来表示。

远程过程调用作为网络操作范式的理论建议来自 1970 年代，而实际实现则出现在 1980 年代初期。 1981 年，布鲁斯·杰·尼尔森 (Bruce Jay Nelson) 因创造了“远程过程调用”一词而受到赞誉。它广泛用于：

  • Protobufs (谷歌)
  • Facebook 上的节俭
  • 推特上的结局

RPC 旨在使网络通信看起来像是一个函数调用。如果应用程序开发人员完全不知道操作是本地的还是远程的，他的工作可以大大简化。当被调用的过程是面向对象语言中对象的方法时，RPC 被称为远程方法调用。虽然 RPC 概念很简单，但它有以下一些缺陷：

  • 调用进程和被调用进程之间的网络容易限制消息大小，并且有丢失和重新排序消息的倾向。
  • 调用进程和被调用进程可能在具有截然不同的体系结构和数据表示类型的机器上运行。

RPC 机制由两个关键组件组成：

  • 控制客户端和服务器进程之间传递的消息并处理底层网络可能不利的特征的协议。
  • 参数被打包成客户端计算机上的请求消息，然后将其转换回服务器机器上的参数，并将返回值转换回参数。存根编译器是 RPC 系统这一部分的名称。
  • 客户端-服务器请求丢失
  • 服务器-客户端回复丢失
  • 服务器收到请求后崩溃
  • 发送请求后客户端崩溃

基本算法很容易理解。客户端发送请求消息，由服务器确认。然后服务器在完成操作后发送回复消息，客户端确认。

RPC 时间线

RPC 机制遵循以下步骤：

  • 每个 RPC 都发生在一个线程中。线程是一个单一的控制流，在任何时候只有一个执行点。应用程序线程是由应用程序代码生成和维护的线程。
  • RPC 和 RPC 运行时调用都是由 RPC 应用程序使用应用程序线程发出的。一个或多个客户端应用程序线程，每个线程可以执行一个或多个 RPC，组成一个 RPC 客户端。
  • 此外，RPC 服务器使用 RPC 运行时框架提供的一个或多个调用线程来执行被调用的远程操作。服务器应用程序线程设置它在开始侦听时将执行的最大并发调用数。
  • 单线程程序中只有一个调用线程。在多线程应用程序中，调用线程的最大数量由应用程序的架构和 RPC 实现策略决定。调用线程由 RPC 运行时机制在服务器执行上下文中创建。
  • RPC 可以在客户端和服务器环境中使用。因此，当客户端应用程序线程联系远程过程时，它就成为 RPC 线程的一部分，这是一个执行逻辑线程。
  • RPC 线程是一种概念结构，它扩展了实际执行线程和网络，以包含 RPC 的不同阶段。
  • 调用客户端应用程序线程在进行 RPC 后加入 RPC 线程。在调用返回之前，RPC 线程通常会保留执行控制权。
  • 成功 RPC 的 RPC 线程会通过 RPC 线程执行阶段中描述的执行阶段。
  • 执行阶段包括以下项目：
    • 当客户端应用程序线程对其存根进行 RPC 时，RPC 线程在客户端进程中启动；客户端线程然后加入 RPC 线程。
    • RPC 线程通过网络连接到服务器。
    • RPC 线程成为调用线程，它运行远程过程。
    • 当调用的远程操作正在运行时，调用线程成为 RPC 线程的一部分。
    • 当调用完成时，调用线程不再是 RPC 线程的一部分。
    • RPC 线程然后通过网络返回客户端。
    • 当 RPC 线程到达调用客户端应用程序线程时，它会传递任何调用结果，客户端应用程序+线程退出 RPC 线程。

绕过网络限制：

为了应对网络不是理想管道的现实，RPC 协议经常执行额外的任务。有两个这样的功能：

  • 及时传递消息。
  • 分片和重组用于支持巨大的消息大小。

在大多数情况下，RCP 协议在不可靠的底层（例如，UDP/IP）之上构建自己的可靠消息传递层。与 TCP 类似，这样的 RPC 协议很可能会使用确认和超时来实现可靠性。

RPC 的好处：

  • 远程过程调用都支持面向进程和面向线程的体系结构。
  • 远程过程调用可以在分布式和本地上下文中使用。
  • 用户不知道 RPC 的底层消息传输方式。
  • 为了提高性能，RPC 跳过了几个协议层。
  • 在远程过程调用中，重写和开发代码所需的工作很少。

RPC的缺点：

  • 远程过程调用的概念可以通过多种方式实现。这不是一套规则。
  • RPC 不允许硬件架构灵活性。它完全依赖于交互。
  • 由于远程过程调用，成本增加了。