ICE和ACE-高效的網(wǎng)絡(luò)編程中間平臺(tái)簡(jiǎn)介
自從上世紀(jì)九十年代以來(lái)，計(jì)算工業(yè)一直在使用像DCOM和CORBA這樣的面向?qū)ο笾虚g件平臺(tái)。在使分布式計(jì)算能為應(yīng)用開(kāi)發(fā)者所用的進(jìn)程中，面向?qū)ο笾虚g件是十分重要的一步。開(kāi)發(fā)者第一次擁有了這樣的可能：可以構(gòu)建分布式應(yīng)用——中間件平臺(tái)會(huì)照管大部分網(wǎng)絡(luò)雜務(wù)，比如整編（marshaling）和解編（unmarshaling）（對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼與解碼，以進(jìn)行傳送）、把邏輯對(duì)象地址映射到物理傳輸端點(diǎn)、根據(jù)客戶和服務(wù)器的原生機(jī)器架構(gòu)改變數(shù)據(jù)的表示，以及應(yīng)需自動(dòng)啟動(dòng)服務(wù)器。然而，由于一些原因，無(wú)論是DCOM 還是CORBA，都未能成功占領(lǐng)大部分計(jì)算市場(chǎng)：(1) DCOM是Microsoft 的獨(dú)家解決方案，在異種網(wǎng)絡(luò)中，各種機(jī)器會(huì)運(yùn)行多種操作系統(tǒng)，無(wú)法使用COM。(2) DCOM不能支持大量對(duì)象（數(shù)十萬(wàn)或數(shù)百萬(wàn)），這在很大程度上是它的分布式垃圾收集機(jī)制來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)造成的。(3) 盡管有多家供應(yīng)商提供CORBA產(chǎn)品，幾乎不可能找到一家供應(yīng)商，能夠?yàn)楫惙N網(wǎng)絡(luò)中的所有環(huán)境提供實(shí)現(xiàn)。盡管進(jìn)行了大量標(biāo)準(zhǔn)化工作，不同的CORBA實(shí)現(xiàn)之間仍缺乏互操作性，從而不斷地造成各種問(wèn)題；而且，由于供應(yīng)商常常會(huì)自行定義擴(kuò)展，而CORBA 又缺乏針對(duì)多線程環(huán)境的規(guī)范，對(duì)于像C 或C++這樣的語(yǔ)言，源碼兼容性從未完全實(shí)現(xiàn)過(guò).(4) DCOM和 CORBA都過(guò)于復(fù)雜。 在異種環(huán)境中，讓DCOM 和CORBA共存從來(lái)都不是一件容易的事情：盡管有供應(yīng)商提供互操作產(chǎn)，這兩種平臺(tái)之間的互操作從來(lái)都不是無(wú)縫的，而且難以管理，會(huì)產(chǎn)生互不相連的技術(shù)孤島。2002年，Microsoft .NET 平臺(tái)取代了DCOM。但盡管.NET 提供了比DCOM 更強(qiáng)大的分布式計(jì)算支持，它仍然是Microsoft的獨(dú)家解決方案，因而不是異種環(huán)境下的選擇。另一方面，CORBA近年來(lái)已停滯不前，許多供應(yīng)商離開(kāi)了市場(chǎng)，給消費(fèi)者留下了不再受到廣泛支持的平臺(tái)；剩下的少數(shù)供應(yīng)商在進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化方面的興趣也已衰退，致使CORBA規(guī)范中的許多缺陷未能得到解決，或是在它們被報(bào)告多年之后才得到解決。在DCOM 和CORBA 衰敗的同時(shí)，分布式計(jì)算社群對(duì)SOAP和webservices產(chǎn)生了濃厚的興趣。使用無(wú)處不在的WWW 基礎(chǔ)設(shè)施和HTTP來(lái)開(kāi)發(fā)中間件平臺(tái)的想法十分迷人——至少在理論上。SOAP 和webservices 曾經(jīng)允諾要成為Internet 上的分布式計(jì)算通用語(yǔ)言。 但盡管引發(fā)了很大的公眾效應(yīng)，發(fā)表了許多論文，web services卻沒(méi)有能兌現(xiàn)其允諾：用web services 架構(gòu)開(kāi)發(fā)的商業(yè)系統(tǒng)非常少。其原因是：無(wú)論是在網(wǎng)絡(luò)帶寬方面，還是在CPU 開(kāi)銷(xiāo)方面，SOAP都會(huì)給應(yīng)用造成嚴(yán)重的性能惡化，以致于該技術(shù)無(wú)法適用于許多有苛刻性能要求的系統(tǒng)。盡管SOAP 提供了"on-the-wire"規(guī)范，要開(kāi)發(fā)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，那仍是不夠的，因?yàn)樵撘?guī)范提供的抽象層次太低。應(yīng)用可以把各種SOAP消息拼湊在一起，但這樣做極其繁瑣而易錯(cuò)。缺乏更高級(jí)的抽象促使供應(yīng)商提供各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使遵從SOAP的應(yīng)用開(kāi)發(fā)自動(dòng)化。但是，除了協(xié)議一級(jí)，這些開(kāi)發(fā)平臺(tái)完全沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，不可避免是私有的，所以用一家供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的應(yīng)用無(wú)法與其他供應(yīng)商的中間件產(chǎn)品一起使用。
關(guān)于SOAP 和web services 的架構(gòu)安全性，有一些嚴(yán)重的擔(dān)憂。
這些使人不快的選擇，ZeroC, Inc. 決定開(kāi)發(fā)Internet Communications Engine，簡(jiǎn)稱(chēng)Ice。Riverace公司（http://www.riverace.com）采用開(kāi)放源碼商業(yè)模式對(duì)ACE進(jìn)行商業(yè)支持。此外，ACE開(kāi)發(fā)組的許多成員目前正在進(jìn)行The ACE ORB（TAO，http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/TAO.html）的開(kāi)發(fā)工作。ACE自適配通信環(huán)境（ADAPTIVE CommunicationEnvironment）是可自由使用、開(kāi)放源碼的面向?qū)ο螅∣O）框架（framework），它實(shí)現(xiàn)了許多用于并發(fā)通信軟件的核心模式。ACE提供了一組豐富的可重用C++包裝外觀（wrapperfacade）和框架組件，可跨多種平臺(tái)完成通用的通信軟件任務(wù)，其中包括：事件多路分離和事件處理器分派、信號(hào)處理、服務(wù)初始化、進(jìn)程間通信、共享內(nèi)存管理、消息路由、分布式服務(wù)動(dòng)態(tài)（重）配置、并發(fā)執(zhí)行和同步，等等。ACE的目標(biāo)用戶是高性能和實(shí)時(shí)通信服務(wù)和應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者。它簡(jiǎn)化了使用進(jìn)程間通信、事件多路分離、顯式動(dòng)態(tài)鏈接和并發(fā)的OO網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的開(kāi)發(fā)。此外，通過(guò)服務(wù)在運(yùn)行時(shí)與應(yīng)用的動(dòng)態(tài)鏈接，ACE使系統(tǒng)的配置和重配置得以自動(dòng)化。ICE(Internet CommunicationsEngine)是ZeroC提供的一款高性能的中間件，基于ICE可以實(shí)現(xiàn)電信級(jí)的解決方案。前面我們提到過(guò)在設(shè)計(jì)網(wǎng)站架構(gòu)的時(shí)候可以使用ICE實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)站應(yīng)用的基礎(chǔ)對(duì)象操作，將基礎(chǔ)對(duì)象操作和數(shù)據(jù)庫(kù)操作封裝在這一層，在業(yè)務(wù)邏輯層以及表現(xiàn)層(java,php,.net,python)進(jìn)行更豐富的表現(xiàn)與操作，從而實(shí)現(xiàn)比較好的架構(gòu)?；贗CE的數(shù)據(jù)層可以在未來(lái)方便的進(jìn)行擴(kuò)展。ICE支持分布式的部署管理，消息中間件，以及網(wǎng)格計(jì)算等等。
Ice和ACE在性能與開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便上深化了.CORBA這是一個(gè)老牌的分布式中間件平臺(tái)，并且以其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)困難，開(kāi)發(fā)者使用困難而著稱(chēng)。 Ice采用的許多思想也能在CORBA 及以前的一些分布式計(jì)算平臺(tái)中找到。在有些方面， Ice 與CORBA非常接近，而在另外一些方面，它們的差異則意義深遠(yuǎn)，并且在架構(gòu)上有著廣泛的影響。如果你曾經(jīng)使用過(guò)CORBA，了解這些差異十分重要。盡管從表面看來(lái)，Ice 對(duì)象模型與CORBA 對(duì)象模型是一樣的，但它們?cè)谝恍┲匾矫鎱s有所不同。類(lèi)型系統(tǒng)Ice 對(duì)象和CORBA對(duì)象一樣，都只有一個(gè)派生層次最深的（most derived） 主接口。但I(xiàn)ce對(duì)象可以提供其他接口作為facets。重要的是要注意到，一個(gè)Ice 對(duì)象的所有facets都具有相同的對(duì)象標(biāo)識(shí)，也就是說(shuō)，客戶看到的是具有多個(gè)接口的單個(gè)對(duì)象，而不是看到多個(gè)對(duì)象、每個(gè)對(duì)象有不同的接口。facets提供了極大的架構(gòu)靈活性。特別地，它們?yōu)榘姹竟芾韱?wèn)題提供了一種解決途徑：你可以簡(jiǎn)單地給已經(jīng)存在的對(duì)象增加新的facet，輕松地?cái)U(kuò)展某個(gè)服務(wù)器的功能，而不會(huì)破壞已有的、已經(jīng)部署的客戶。代理語(yǔ)義Ice 代理（CORBA 對(duì)象引用的等價(jià)物） 不是不透明的。客戶只要知道對(duì)象的類(lèi)型和標(biāo)識(shí)，無(wú)需其他系統(tǒng)組件的支持，就可以創(chuàng)建出代理（在使用間接綁定時(shí)， 不必了解對(duì)象的傳輸?shù)刂罚?br>
ACE的好處包括：
(1)增強(qiáng)可移植性：在ACE組件的幫助下，很容易在一種OS平臺(tái)上編寫(xiě)并發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，然后快速地將它們移植到各種其他的OS平臺(tái)上。而且，因?yàn)锳CE是開(kāi)放源碼的自由軟件，你無(wú)需擔(dān)心被鎖定在特定的操作系統(tǒng)平臺(tái)或編譯器上。
(2)更好的軟件質(zhì)量：ACE的設(shè)計(jì)使用了許多可提高軟件質(zhì)量的關(guān)鍵模式，這些質(zhì)量因素包括通信軟件靈活性、可擴(kuò)展性、重用性和模塊性。
(3)更高的效率和可預(yù)測(cè)性：ACE經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)，支持廣泛的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量（QoS）需求，包括延遲敏感應(yīng)用的低響應(yīng)等待時(shí)間、高帶寬應(yīng)用的高性能，以及實(shí)時(shí)應(yīng)用的可預(yù)測(cè)性。
(4) 更容易轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)中間件：TAO使用了ACE提供的可重用組件和模式。它是CORBA的開(kāi)發(fā)源碼、遵循標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，并為高性能和實(shí)時(shí)系統(tǒng)作了優(yōu)化。為此，ACE和TAO被設(shè)計(jì)為能良好地協(xié)同工作，以提供全面的中間件解決方案。
ACE還包含一個(gè)高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)編程框架，集成并增強(qiáng)了較低層次的C++包裝外觀。該框架支持將并發(fā)分布式服務(wù)動(dòng)態(tài)配置進(jìn)應(yīng)用。ACE的框架部分包含以下組件：
(1)事件多路分離組件：ACE Reactor(反應(yīng)器)和Proactor（前攝器）是可擴(kuò)展的面向?qū)ο蠖嗦贩蛛x器，它們分派應(yīng)用專(zhuān)有的處理器，以響應(yīng)多種類(lèi)型的基于I/O、定時(shí)器、信號(hào)和同步的事件。
(2)服務(wù)初始化組件：ACE Acceptor（接受器）和Connector（連接器）組件分別使主動(dòng)和被動(dòng)的初始化任務(wù)與初始化一旦完成后通信服務(wù)所執(zhí)行的應(yīng)用專(zhuān)有的任務(wù)去耦合。
(3)服務(wù)配置組件：ACE Service Configurator（服務(wù)配置器）支持應(yīng)用的配置，這些應(yīng)用的服務(wù)可在安裝時(shí)和/或運(yùn)行時(shí)被動(dòng)態(tài)裝配。
(4)分層的流組件：ACE Stream組件簡(jiǎn)化了像用戶級(jí)協(xié)議棧這樣的由分層服務(wù)組成的通信軟件應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。
(5)ORB適配器組件：通過(guò)ORB適配器，ACE可以與單線程和多線程CORBA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行無(wú)縫集成。
ACE框架組件便利了通信軟件的開(kāi)發(fā)，它們無(wú)需修改、重編譯、重鏈接，或頻繁地重啟運(yùn)行中的應(yīng)用，就可被更新和擴(kuò)展。在ACE中，這樣的靈活性是通過(guò)結(jié)合以下要素來(lái)獲得的：（1）C++語(yǔ)言特性，比如模板、繼承和動(dòng)態(tài)綁定，（2）設(shè)計(jì)模式，比如抽象工廠、策略和服務(wù)配置器，以及（3）OS機(jī)制.
除了OS適配層、C++包裝外觀和框架組件，ACE還提供了包裝成自包含組件的標(biāo)準(zhǔn)分布式服務(wù)庫(kù)。盡管這些服務(wù)組件并不是ACE框架庫(kù)的嚴(yán)格組成部分，它們?cè)贏CE中扮演了兩種角色：
1. 分解出可重用分布式應(yīng)用的“積木”：這些服務(wù)組件提供通用的分布式應(yīng)用任務(wù)的可重用實(shí)現(xiàn)，比如名字服務(wù)、事件路由、日志、時(shí)間同步和網(wǎng)絡(luò)鎖定。
2.演示常用的ACE組件的用例：這些分布式服務(wù)還演示了怎樣用像Reactor、ServiceConfigurator、Acceptor和Connector、ActiveObject，以及IPC包裝這樣的ACE組件來(lái)有效地開(kāi)發(fā)靈活、高效和可靠的通信軟件。
Ice是一種面向?qū)ο蟮闹虚g件平臺(tái)。從根本上說(shuō)，這意味著Ice為構(gòu)建面向?qū)ο蟮目蛻簦?wù)器應(yīng)用提供了工具、API和庫(kù)支持。Ice應(yīng)適合在異種環(huán)境中使用：客戶和服務(wù)器可以用不同的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)和機(jī)器架構(gòu)上，并且可以使用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通信。無(wú)論部署環(huán)境如何，這些應(yīng)用的源碼都是可移植的。
ICE的好處包括：
(1)客戶無(wú)需詢問(wèn)外部的查找服務(wù)，比如命名服務(wù)，就能夠創(chuàng)建代理。實(shí)際上，對(duì)象標(biāo)識(shí)和對(duì)象的名字被認(rèn)為是同一事物。這樣能夠消除命名服務(wù)的內(nèi)容與實(shí)際情況失去同步所可能帶來(lái)的問(wèn)題；同時(shí)，為了讓客戶和服務(wù)器正常工作、必須正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)組件的數(shù)目也會(huì)減少。
(2)通過(guò)創(chuàng)建所需的初始對(duì)象的代理，客戶可以輕松地進(jìn)行自引導(dǎo)（bootstrap）。這樣就無(wú)需使用單獨(dú)的引導(dǎo)服務(wù)了。
(3)不需要對(duì)串化代理進(jìn)行不同的編碼。一種統(tǒng)一的表示就足夠了，而這種表示是人可以閱讀的。這樣就避免了CORBA的三種不同的對(duì)象引用編碼（IOR、corbaloc，以及corbaname）所帶來(lái)的各種復(fù)雜問(wèn)題。開(kāi)發(fā)者多年使用CORBA的經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)象引用的不透明性很成問(wèn)題：它不僅需要更加復(fù)雜的API 和運(yùn)行時(shí)支，還會(huì)妨礙我們構(gòu)建現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)。為此， CORBA增加了像corbaloc 和corbaname 這樣的機(jī)制，以及用于進(jìn)行引用比較的is_equivalent 和hash操作（這些操作的定義有問(wèn)題）。所有這些機(jī)制都降低了對(duì)象引用的不透明性，但CORBA平臺(tái)的其他部分仍試圖維持引用是不透明的這樣一個(gè)錯(cuò)覺(jué)。結(jié)果，開(kāi)發(fā)者在兩方面所得的東西都是最糟的：引用既不是完全不透明的，也不是完全透明的——這樣所帶來(lái)的混亂和復(fù)雜性相當(dāng)大。對(duì)象標(biāo)識(shí)Ice對(duì)象模型假定對(duì)象標(biāo)識(shí)在任何地方都是唯一的（但并沒(méi)有把這個(gè)要求強(qiáng)加給應(yīng)用開(kāi)發(fā)者）。這種對(duì)象標(biāo)識(shí)的主要好處是，你可以遷移服務(wù)器，也可以把多個(gè)不同服務(wù)器中的對(duì)象合并進(jìn) 一個(gè)服務(wù)器，而不用考慮名字沖突的問(wèn)題：如果每個(gè)Ice 對(duì)象都具有唯一的標(biāo)識(shí)，它就不可能與另外的域中的對(duì)象的標(biāo)識(shí)發(fā)生沖突。Ice對(duì)象模型還使用了強(qiáng)對(duì)象標(biāo)識(shí)：使用本地的客戶端操作，你就能確定兩個(gè)代理表示的是否是同一個(gè)對(duì)象（在CORBA中，要進(jìn)行可靠的標(biāo)識(shí)比較，你必須調(diào)用遠(yuǎn)地對(duì)象上的操作）。本地標(biāo)識(shí)比較要高效得多，而且對(duì)于有些應(yīng)用領(lǐng)域而言（比如分布式事務(wù)服務(wù)），這樣的比較也至關(guān)緊要。
Ice 在架構(gòu)上提供的好處
(1)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)義:Ice “在線路上”完全保留了 面向?qū)ο蠓缎?。所有的操作調(diào)用都使用遲后綁定，所以操作的實(shí)現(xiàn)的選定，是根據(jù)對(duì)象在運(yùn)行時(shí)的（而不是靜態(tài)的）實(shí)際類(lèi)型決定的。
(2)持同步和異步的消息傳遞:Ice 提供了同步和異步的操作調(diào)用和分派，并且通過(guò)IceStorm 提供了發(fā)布－訂閱消息傳遞機(jī)制。這樣，你可以根據(jù)你的應(yīng)用的需要來(lái)選擇通信模型，而不必把你的應(yīng)用硬塞進(jìn)某種模型里。
(3)支持多個(gè)接口:通過(guò)facets，對(duì)象可以提供多個(gè)不相關(guān)的接口，同時(shí)又跨越這些接口、保持單一的對(duì)象標(biāo)識(shí)。這提供了極大的靈活性，特別是在這樣的情況下：應(yīng)用在發(fā)生演化，但又需要與更老的、已經(jīng)部署的客戶保持兼容。
(4)機(jī)器無(wú)關(guān)性:客戶及服務(wù)器與底層的機(jī)器架構(gòu)屏蔽開(kāi)來(lái)。對(duì)于應(yīng)用代碼而言，像字節(jié)序和填充這樣的問(wèn)題都隱藏了起來(lái)。
(5)語(yǔ)言無(wú)關(guān)性:客戶和服務(wù)器可以分別部署，所用語(yǔ)言也可以不同（目前支持C++、Java，以及PHP （客戶端））。 客戶和服務(wù)器所用的Slice 定義建立兩者之間的接口合約，這樣的定義也是它們唯一需要達(dá)成一致的東西。
(6)操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)性:Ice API 完全是可移植的，所以同樣的源碼能夠在Windows 和UNIX上編譯和運(yùn)行。
(7)線程支持:Ice run time 完全是線程化的，其API 是線程安全的。 作為應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，（除了在訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行同步）你無(wú)需為開(kāi)發(fā)線程化的高性能客戶和服務(wù)器付出額外努力。
(8) 傳輸機(jī)制無(wú)關(guān)性:Ice 目前采用了TCP/IP 和UDP 作為傳輸協(xié)議?？蛻艉头?wù)器代碼都不需要了解底層的傳輸機(jī)制（你可以通過(guò)一個(gè)配置參數(shù)選擇所需的傳輸機(jī)制）。
(9)位置和服務(wù)器透明性:Ice run time會(huì)負(fù)責(zé)定位對(duì)象，并管理底層的傳輸機(jī)制，比如打開(kāi)和關(guān)閉連接。客戶與服務(wù)器之間的交互顯得像是無(wú)連接的。如果在客戶調(diào)用操作時(shí)，服務(wù)器沒(méi)有運(yùn)行，你可以通過(guò)IcePack讓它們隨需啟動(dòng)。服務(wù)器可以遷移到不同的物理地址，而不會(huì)使客戶持有的代理失效，而客戶完全不知道對(duì)象實(shí)現(xiàn)是怎樣分布在多個(gè)服務(wù)器進(jìn)程上的。
(10) 安全性:通過(guò)SSL 強(qiáng)加密，可以使客戶和服務(wù)器完全安全地進(jìn)行通信，這樣，應(yīng)用可以使用不安全的網(wǎng)絡(luò)安全地進(jìn)行通信。你可以使用Glacier穿過(guò)防火墻，實(shí)現(xiàn)安全的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)，并且完全支持回調(diào)。
(11)內(nèi)建的持久機(jī)制:使用Freeze，創(chuàng)建持久的對(duì)象實(shí)現(xiàn)變成了一件微不足道的事情。Ice提供了對(duì)高性能數(shù)據(jù)庫(kù)Berkeley DB[18]的內(nèi)建支持。 Ice 的源碼是開(kāi)放的。盡管要使用Ice平臺(tái)，并不一定要閱讀源碼，通過(guò)源碼你可以了解各種事情是怎樣實(shí)現(xiàn)的，或把這些代碼移植到新的操作系統(tǒng)上。
總而言之， Ice和ACE提供了一流的分布式計(jì)算開(kāi)發(fā)和部署環(huán)境，比我們所知道的其他任何平臺(tái)都更完整。提供適用于異種環(huán)境的面向?qū)ο笾虚g件平臺(tái),提供一組完整的特性，支持廣泛的領(lǐng)域中的實(shí)際的分布式應(yīng)用的開(kāi)發(fā),避免不必要的復(fù)雜性，使平臺(tái)更易于學(xué)習(xí)和使用。提供一種在網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)存使用和CPU開(kāi)銷(xiāo)方面都很高效的實(shí)現(xiàn),提供一種具有內(nèi)建安全性的實(shí)現(xiàn)，使它適用于不安全的公共網(wǎng)絡(luò)。
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