使用rtsj实现实时orb分析

May,2003

Cocia Lin([email protected])

Huihoo.org

概述

rtsj是实时java规范，现在已经是1.0最终版了，相信不久会有很多基于此规范的jvm实现。现存的rtsj jvm在功能上和应用范围上，都还很有限。

Rtcorba规范是omg.org的Corba规范的扩展，现在是1.1版本。比较著名的c++实现是TAO，Visibroker也有c++的实时版本。Orbix也有RT-ORB。而且c++版本的rt-corba也已经得到了广泛的应用。Java的实现据我所知，只有TAO的姊妹作品Zen，基于rtsj。Zen现在还处于开发阶段。而且现在的进度好像不太理想。这可能是rtsj的应用推广进度比较慢有关系。

RT-ORB for rtsj，就是借助rtsj的实时特性和易用特性实现rt-corba的分布式模型结构。下面针对rt-corba的规范和rtsj的具体特性，探讨一下在rtsj上实现rt-orb需要解决的问题和可能的实现方法。

根据rt-corba规范，可以把实现需要的部分划分为以下几项内容来探讨

1．  RTORB和RTPOA的实现

2．  高性能的，基于优先级调度和分配的实时线程池的实现

3．  CORBA优先级到RTSJ优先级的映射

4．  实时CORBA资源共享访问控制的实现(Mutex)

5．  优先级绑定的连接，GIOP的实时版本

 

 

这里讨论的是rt-orb主要的部分，还有协议配置，优先级模型的细节规范内容这里没有列出。这可能在对rt-orb实现的进一步探讨中再做讨论。

 

RTORB和RTPOA的实现

 

       RTCORBA::RTORB扩展了一些CORBA::ORB的方法。在逻辑上可以认为RTORB继承了ORB接口，但是实际上，RTORB不是从ORB继承。RTORB只是按照ORB的思路和根据RT-CORBA的需要，定义了一些和ORB相关的方法。这些方法主要是工厂方法，为了适应线程池，新的ORB策略等的构造的需要。在后面的相应模块的讨论中，会再次描述这些具体的方法。这里不再多说。

       RTPortableServer::POA和RTCORBA::RTORB的定义方法不用，它是直接从PortableServer::POA中继承而来，所以RTPOA具有普通POA所具有的全部功能。也就是说，普通CORBA虽然不兼容RT-CORBA的实时特性，但是可以把RTPOA当作普通POA一样的调用。在面向对象语言中，这叫做上塑造形，是合法的使用方式。RTPOA和POA存在两点区别:1.RTPOA提供了一些方法和行为来支持对象级的优先级定义和优先级行为；2.RTPOA需要适应RT-CORBA中增加的策略，所以添加了一些相应的方法。

       要得到RTPOA对象，参考如下代码：

    // initialize and get reference to the ORB

    org.omg.CORBA.ORB orb =

                  org.omg.CORBA.ORB.init(args, null);

    // now get the reference to the RootPOA

    org.omg.PortableServer.POA rootPOA =

            org.omg.PortableServer.POAHelper.narrow (

                      orb.resolve_initial_references("RootPOA"));

(此段代码问题:如何得到RTPOA对象，有RTPOAHelper类么？？？)

 

RTPOA中定义了4个新的方法，

1．  create_reference_with_priority

2．  create_reference_with_id_and_priority

3．  activate_object_with_priority

4．  activate_object_with_id_and_priority

从方法名字来看，他们分别对应POA中4个方法，不同的是都加上了优先级。也就是说，这些方法都需要需要指定优先级。

       另外，在使用create_POA方法创建Child POA的时候，可以在设置的策略包含ThreadpoolPolicy策略，用来绑定这个POA运行的时候，指定使用的线程池。

    在内部运行的行为上，RTPOA必须体现很强的实时特性，这就是前面的指定优先级和指定线程池的原因。在接到调用Servant的请求的时候，RTPOA需要根据优先级，借助线程池来最优化的实现请求的分发，避免优先级翻转，提高响应速度。

 

 

高性能的，基于优先级调度和分配的实时线程池的实现

       线程池的实现，首先的一个问题，就是线程池的构架问题。这个构架是否具有通用性，可扩展性，合理性等几个简单的选择条件。在rtsj中，虽然做了很多共享资源控制和性能优化，但是这还远远不够。Rtsj提供的这方面的功能，仍然是最基本的，到达到实用，还必须需要开发者的细节控制。而rtsj本身的资源同步访问的划分有很粗糙，对于开发者来说，并不完备。

在Java中，就这个问题，已经有很多人扩展自己的并发同步线程模型。现在这个模型我认为最完备的是Doug Lea开发的Util.concurrent并发控制工具包。这个工具包首先定义了一个线程同步的模型，然后根据这个模型，可以提供不同的实现。例如，对于Pool这个功能，我可以提供基于List的实现，也可以提供基于Array的实现。在我们的实时系统中，我们也可以作出一个基于rtsj的实现。Jdk的将来版本中，也可能集成这样类似的工具包，或者直接继承这个工具包也不一定(apache xerce就做到了)。针对这个工具包的基本结构和使用方法，请参见相关文档。

这里，我们需要使用rtsj实现一套Util.concurrent模型的线程工具包，更具体一点，我们现在首先需要用到的就是线程池，基于rtsj的和基于优先级的线程池。Rt-orb中，几乎任何地方都能用到线程池。

在这套同步模型之上，实现线程池，需要实现以下两部分：

l         Channel:放置/取走(put/take) 协议

l         Executor:执行Runnable任务

 

这里的Channel就是Queue队列的概念，需要在这之上实现可控制内存的，实现优先级相关的，可实时强占的部分控制。Channel是线程池实现的基础。

       Executor就是提供被开发者使用的具体线程池了，使用时情况如下：

Executior ex = PoolFactory.getPoole( “N1” );

ex.execution(new Runnable(){

  public void run(){

    //do some thing here.

}

}

通过这样的方式，就将一个任务交给了线程池来处理了。不同的线程池可能使用不同的优先级策略。

       线程池部分，在具体设计和实现的时候，在详细探讨。

 

 

CORBA优先级到RTSJ优先级的映射

       这部分就比较简单。在c++的rt-orb中，需要实现不同操作系统的版本，例如rt-linux和lynxOS的，而这两种操作系统的优先级的定义不同，rt-linux有可能是0-100，而lynxos是0-255。这样的情况下，一个优先级50，在不同的操作系统中，意义也就不同。而rt-corba的调用，有可能是不同操作系统之间的调用。优先级的表示的不同，就会给rt-corba应用带来很大的麻烦。为了解决这个问题，rt-corba定义了一套Corba优先级，0-2e16，在rt-corba应用中，统一使用Corba优先级来表示，而在具体一个线程需要操作系统的支持来运行时，在根据rt-corba事先做好的优先级映射，得到本地操作系统的优先级，赋给线程来运行。C++的rt-orb中，不用的操作系统版本，需要作不同的映射。而在rtsj中，实际上rtsj为我们做好了跨平台的特性，所以，只要将rt-corba的优先级和rtsj的优先级做好映射就可以了。

       Rt-corba定义的接口，java语法的api如下：

PriorityMapping {

    public boolean to_native (short corba_priority,

                       org.omg.CORBA.ShortHolder native_priority);

    public boolean to_CORBA (short native_priority,

                      org.omg.CORBA.ShortHolder corba_priority);

}

在这里，直接将rtsj的线程优先级数字转换到rt-corba中的表示，和反向转换就可以了。Rtsj的优先级范围是0-28.

 

 

 

实时CORBA资源共享访问控制的实现(Mutex)

       对于非分布式环境下的资源共享访问，各个语言工具都有很好的实现。但在分布式环境下，一个资源有可能是分散在不同的主机上，或者在一个主机上，但是不在本地。语言工具提供的基本资源共享访问方式就难以实现了。

       借助于rt-corba，这件事情就简单多了，利用corba的分布式特性，将这个访问互斥对象做成corba对象就可以了。Rt-corba的Mutex接口如下：

public interface MutexOperations

{

        void lock();

        void unlock();

        boolean try_lock(long max_wait);

}

       对于实现，将这里接口借助本地语言工具实现就可以了。

 

 

优先级绑定的连接，GIOP的实时版本

       rt-corba已经把优先级的控制武装到牙齿上了，无处不在控制。网络连接也不例外。连接的优先级控制，类似于前面说过的Channel的控制，也就是Quere的优先级控制。根据连接的优先级的高低，分配可用的资源和发送到orb和poa中的优先级别。

       Rt-corba通过扩展GIOP来实现。增加了如下定义：

// IDL

module IOP {

const ServiceId RTCorbaPriority = 10;

const ServiceId RTCorbaPriorityRange = 11;

};

 

       把这两个优先级有关参数绑定到GIOP消息的ServiceContext中，这样，GIOP就有了优先级别，客户端和服务器端可可以根据这些参数，进行优先级调度了。Tao把这样实现的IIOP版本叫做RIOP.

       对于这样的RIOP的实现，就需要发送和接收消息的时候，在线程池之上，增加基于优先级的消息分发。

 

 

告一段落

       这里，粗略的将rt-corba在rtsj上进行实现，作了基本的分析。Rt-corba的内容没有在这里全部包括。针对以上几部分和rt-corba的其他部分的分析和讨论。将在后续的文字中和大家进行讨论。

参考

 

开放企业基金会
http://www.huihoo.org

 

 

C++ RT-ORB:Borland Visibroker-RT

http://www.highlander.com/

 

 

C++ RT-ORB:TAO

http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/TAO.html

 

 

orbas是开放源码的一个Java CORBA的实现，对RT-CORBA进行支持。

http://www.huihoo.org/orbas/index.html

 

 

基于Jrate的rtsj RT-ORB:ZEN

http://www.zen.uci.edu/

 

 

Real-Time Java Expert Group
http://www.rtj.org

 

 

Util.concurrent并发控制工具包概述

http://www.huihoo.org/rt/util_concurrent_tools.html

 

 

使用Real-Time Java编写Real-Time程序

http://www.huihoo.org/rt/rtj/rtj_rta.html

 

 

实时CORBA结构构架概述

http://www.huihoo.org/rt/rtcorba/index.html