rpc簡介、原理、實例-緣於difx

簡介

RPC(Remote Procedure Call，遠程過程調用)是建立在Socket之上的,出於一種類比的願望,在一臺機器上運行的主程序,可以調用另一臺機器上準備好的子程序,就像LPC(本地過程調用).越底層，代碼越複雜、靈活性越高、效率越高；越上層，抽象封裝的越好、代碼越簡單、效率越差。Socket和RPC的區別再次說明了這點。在傳統的編程概念中，過程是由程序員在本地編譯完成，並只能侷限在本地運行的一段代碼，也即其主程序和過程之間的運行關係是本地調用關係。因此這種結構在網絡日益發展的今天已無法適應實際需求。衆所周知，傳統過程調用模式無法充分利用網絡上其他主機的資源（如CPU、Memory等），也無法提高代碼在實體間的共享程度，使得主機資源大量浪費。

通過RPC我們可以充分利用非共享內存的多處理器環境（例如通過局域網連接得多臺工作站）,這樣可以簡便地將你的應用分佈在多臺工作站上，應用程序就像運行在一個多處理器的計算機上一樣。你可以方便的實現過程代碼共享，提高系統資源的利用率，也可以將以大量數值處理的操作放在處理能力較強的系統上運行，從而減輕前端機的負擔。

RPC作爲普遍的C/S開發方法,開發效率高效,可靠.但RPC方法的基本原則是－－以模塊調用的簡單性忽略通訊的具體細節,以便程序員不用關心C/S之間的通訊協議,集中精力對付實現過程.這就決定了 RPC生成的通訊包不可能對每種應用都有最恰當的處理辦法,與Socket方法相比,傳輸相同的有效數據,RPC佔用更多的網絡帶寬.
　　RPC是在Socket的基礎上實現的,它比socket需要更多的網絡和系統資源.另外,在對程序優化時,程序員雖然可以直接修改由rpcgen產生的令人費解的源程序,但對於追求程序設計高效率的RPC而言,獲得的簡單性則被大大削弱.

RPC的結構原理及其調用機制

如前所述RPC其實也是種C/S的編程模式，有點類似C/S Socket 編程模式，但要比它更高一層。當我們在建立RPC服務以後，客戶端的調用參數通過底層的RPC傳輸通道，可以是UDP，也可以是TCP（也即TI-RPC—無關性傳輸），並根據傳輸前所提供的目的地址及RPC上層應用程序號轉至相應的RPC應用程序服務端，且此時的客戶端處於等待狀態，直至收到應答或Time Out超時信號。當服務器端獲得請求消息，則會根據註冊RPC時告訴RPC系統的例程入口地址，執行相應的操作，並將結果返回至客戶端。

當一次RPC調用結束後，相應線程發送相應的信號，客戶端程序纔會繼續運行。

在這個過程中，一個遠程過程是有三個要素來唯一確定的：程序號、版本號和過程號。

程序號是用來區別一組相關的並且具有唯一過程好的遠程過程。一個程序可以有一個或幾個不同的版本，而每個版本的程序都包含一系列能被遠程調用的過程，通過版本的引入，使得不同版本下的RPC能同時提供服務。每個版本都包含有許多可供遠程調用的過程，每個過程則有其唯一標示的過程號。

基於RPC的應用系統開發

通過以上對RPC原理的簡介後，我們再來繼續討論如何來開發基於RPC的應用系統。

一般而言在開發RPC時，我們通常分爲三個步驟：

a、定義說明客戶/服務器的通信協議:這裏所說的通信協議是指定義服務過程的名稱、調用參數的數據類型和返回參數的數據類型，還包括底層傳輸類型（可以是UDP或TCP），當然也可以由RPC底層函數自動選擇連接類型建立TI-RPC。最簡單的協議生成的方法是採用協議編譯工具，常用的有Rpcgen，我會在後面實例中詳細描述其使用方法。

b、開發客戶端程序。

c、開發服務器端程序。

開發客戶端和服務器端的程序時，RPC提供了我們不同層次的開發例程調用接口。不同層次的接口提供了對RPC不同程度控制。一般可分爲5個等級的編程接口，接下來我們分別討論一下各層所提供的功能函數。

簡單層例程

簡單層是面向普通RPC應用，爲了快速開發RPC應用服務而設計的，他提供瞭如下功能函數。

函數名	功能描述
Rpc_reg( )	在一特定類型的傳輸層上註冊某個過程，來作爲提供服務的RPC程序
Rpc_call( )	遠程調用在指定主機上指定的過程
Rpc_Broadcast( )	向指定類型的所有傳輸端口上廣播一個遠程過程調用請求

高層例程

在這一層，程序需要在發出調用請求前先創建一個客戶端句柄，或是在偵聽請求前先建立一個服務器端句柄。程序在該層可以自由的將自己的應用綁在所有的傳輸端口上，它提供瞭如下功能函數。

函數名	功能描述
Clnt_create( )	程序通過這個功能調用，告訴底層RPC服務器的位置及其傳輸類型
Clnt_create_timed( )	定義每次嘗試連接的超時最大時間
Svc_create( )	在指定類型的傳輸端口上建立服務器句柄，告訴底層RPC事件過程的相應入口地址
Clnt_call()	向服務器端發出一個RPC調用請求

中間層例程

中間層向程序提供更爲詳細的RPC控制接口,而這一層的代碼變得更爲複雜，但運行也更爲有效，它提供瞭如下功能函數。

函數名	功能描述
Clnt_tp_create( )	在指定的傳輸端口上建立客戶端句柄
Clnt_tp_create_timed( )	定義最大傳輸時延
Svc_tp_creaet( )	在指定的傳輸端口上建立服務句柄
Clnt_call( )	向服務器端發出RPC調用請求

專家層例程

這層提供了更多的一系列與傳輸相關的功能調用，它提供瞭如下功能函數。

函數名	功能描述
Clnt_tli_create( )	在指定的傳輸端口上建立客戶端句柄
Svc_tli_create( )	在指定的傳輸端口上建立服務句柄
Rpcb_set( )	通過調用rpcbind將RPC服務和網絡地址做映射
Rpcb_unset( )	刪除rpcb_set( ) 所建的映射關係
Rpcb_getaddr( )	調用rpcbind來犯會指定RPC服務所對應的傳輸地址
Svc_reg( )	將指定的程序和版本號與相應的時間例程建起關聯
Svc_ureg( )	刪除有svc_reg( ) 所建的關聯
Clnt_call( )	客戶端向指定的服務器端發起RPC請求

底層例程

該層提供了所有對傳輸選項進行控制的調用接口，它提供瞭如下功能函數。

函數名	功能描述
Clnt_dg_create( )	採用無連接方式向遠程過程在客戶端建立客戶句柄
Svc_dg_create( )	採用無連接方式建立服務句柄
Clnt_vc_create( )	採用面向連接的方式建立客戶句柄
Svc_vc_create( )	採用面向連接的方式建立RPC服務句柄
Clnt_call( )	客戶端向服務器端發送調用請求

實例介紹

以下我將通過實例向讀者介紹通過簡單層RPC的實現方法。通常在此過程中我們將使用RPC協議編譯工具—Rpcgen。Rpcgen 工具用來生成遠程程序接口模塊，它將以RPC語言書寫的源代碼進行編譯，Rpc 語言在結構和語法上同C語言相似。由Rpcgen 編譯生成的C源程序可以直接用C編譯器進行編譯，因此整個編譯工作將分爲兩個部分。Rpcgen的源程序以.x結尾，通過其編譯將生成如下文件：

a) 一個頭文件（.h）包括服務器和客戶端程序變量、常量、類型等說明。

b) 一系列的XDR例程，它可以對頭文件中定義的數據類型進行處理。

c) 一個Server 端的標準程序框架。

d) 一個Client 端的標準程序框架。

當然，這些輸出可以是選擇性的，Rpcgen 的編譯選項說明如下：

選項	功能
‘-’ a	生成所有的模板文件
‘-’ Sc	生成客戶端的模板文件
‘-’ Ss	生成服務器端的模板文件
‘-’ Sm	生成Makefile 文件

(詳見Solaris Rpcgen Manaul)

Rpcgen 源程序 time.x:

[plain]view plain copy
 
program TIMEPROG {  
   version PRINTIMEVERS {  
     string PRINTIME(string) = 1; /* 過程號 */  
   } = 1; /* 版本號 */  
} = 0x20000001; /* 程序號 */  

time_proc.c源程序：

[cpp]view plain copy
 
/* time_proc.c: implementation of the remote procedure "printime" */   
  
#include <stdio.h>   
#include <rpc/rpc.h>           /* always needed */   
#include "time.h"                  /* time.h will be generated by rpcgen */   
#include <time.h>           
  
/* Remote version of "printime" */   
char ** printime_1_svc(char **msg,struct svc_req *req)  
{  
   static char * result; /* must be static! */  
   static char tmp_char[100];  
   time_t rawtime;     
  
   FILE *f;   
  
   f = fopen("/tmp/rpc_result", "a+");  
   if (f == (FILE *)NULL) {  
     strcpy(tmp_char,"Error");  
     result = tmp_char;;  
     return (&result);  
    }  
  
   fprintf(f, "%s", *msg);                      //used for debugging   
   fclose(f);  
   time(&rawtime);  
   sprintf(tmp_char,"Current time is :%s",ctime(&rawtime));  
   result =tmp_char;  
   return (&result);  
}  

rtime.c源代碼

[cpp]view plain copy
 
/* 
* rtime.c: remote version 
* of "printime.c" 
*/  
   
#include <stdio.h>  
#include "time.h" /* time.h generated by rpcgen */   
main(int argc, char **argv)  
{  
  CLIENT *clnt;  
  char *result;  
  char *server;  
  char *message;   
  
 if (argc != 3) {  
     fprintf(stderr, "usage: %s host messagen", argv[0]);  
     exit(1);  
    }  
  
  server = argv[1];  
  message = argv[2];  
  
  /* 
   * Create client "handle" used for 
   * calling TIMEPROG on the server 
   * designated on the command line. 
   */  
  //clnt = clnt_create(server, TIMEPROG, PRINTIMEVERS, "visible");  
clnt = clnt_create(server, TIMEPROG, PRINTIMEVERS, "TCP");   
  
  if (clnt == (CLIENT *)NULL) {  
   /* 
    * Couldn't establish connection 
    * with server. 
    * Print error message and die. 
    */  
   clnt_pcreateerror(server);  
   exit(1);  
   }  
  
  /* 
* Call the remote procedure 
   * "printime" on the server 
   */  
   result =*printime_1(&message,clnt);  
   if (result== (char *)NULL) {  
     /* 
      * An error occurred while calling 
      * the server. 
      * Print error message and die. 
      */   
     clnt_perror(clnt, server);  
     exit(1);  
    }  
  
   /* Okay, we successfully called 
    * the remote procedure. 
    */  
    if (strcmp(result,"Error")==0){  
   /* 
    * Server was unable to print 
    * the time. 
    * Print error message and die. 
    */  
  
   
    fprintf(stderr, "%s: could not get the timen",argv[0]);  
    exit(1);  
    }  
  
    printf("From the Time Server ...%s",result);    
    clnt_destroy( clnt );  
    exit(0);  
}  

編譯方法

有了以上的三段代碼後，就可用rpcgen 編譯工具進行RPC協議編譯，命令如下：

$rpcgen time.x(rpcgen -C -a -M -N time.x(多個參數時))

rpcgen 會自動生成time.h、time_svc.c、time_clnt.c

再用系統提供的gcc進行C的編譯，命令如下：

$gcc rtime.c time_clnt.c -o rtime –lnsl //客戶端編譯

$gcc time_proc.c time_svc.c -o time_server –lnsl //服務器端編譯

編譯成功後即可在Server端運行time_server，立即將該服務綁定在rpc服務端口上提供服務。在客戶端運行./rdate hostname msg (msg 是一字符串，筆者用來測試時建立的)，立即會返回hostname 端的時間。

出錯問題

Cannot register service

RPC: Authentication error; why = Client credential too weak unable to register (TIMEPROG, PRINTIMEVERS, udp)

解決方法：使用root賬戶即可(同時檢查portmap是否安裝了)

time_proc.c:7: error: conflicting types for printime_1?

源程序time_proc.c中報錯

解決方法，改爲char ** printime_1_svc(char **msg,struct svc_req *req)即可。

RPC: Unknown protocol

這個原因可能是rpc依賴包沒有安裝，或者使用函數clnt_create的時候，最後一個參數應該不使用visible，而是tcp。

參考文檔：http://docs.freebsd.org/44doc/psd/22.rpcgen/paper.pdf

Linux.C 高級程序員指南

http://www.cs.rutgers.edu/~pxk/rutgers/notes/rpc/index.html

http://fossies.org/linux/misc/old/portmap-6.0.tgz/

rpc簡介、原理、實例-緣於difx

RPC的結構原理及其調用機制

基於RPC的應用系統開發

簡單層例程

高層例程

中間層例程

專家層例程

底層例程

實例介紹

Rpcgen 源程序 time.x:

time_proc.c源程序：

rtime.c源代碼

編譯方法

出錯問題

Cannot register service

time_proc.c:7: error: conflicting types for printime_1?

RPC: Unknown protocol

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