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Biblioteca RPC – Trabalho Prático Sistemas Distribuídos

Este projeto implementa uma biblioteca RPC (Remote Procedure Call) em Python usando sockets TCP, que permite que funções sejam chamadas remotamente simulando sistemas distribuídos reais. O sistema é modular, orientado a objetos e organizado para facilitar extensibilidade.

Estrutura do Projeto

Library_RPC/
│
├── rpc/
│ ├── init.py # Inicialização do pacote RPC
│ ├── rpc_binder.py # Binder - registro e consulta de serviços
│ ├── rpc_server.py # Servidor RPC
│ ├── rpc_client.py # Cliente RPC
│ ├── rpc_stub_generator.py # Stub para chamadas remotas
│ └── serializer.py # Serialização dos dados
│
├── interface/
│ └── math_service.py # Serviço exemplo: calculadora
│
├── examples/
│ ├── server_example.py # Exemplo de   servidor usando a biblioteca
│ └── client_example.py # Exemplo de cliente usando a biblioteca│
├── README.md # Este arquivo

Arquitetura

A biblioteca é composta por três componentes principais:

  • Binder: Serviço central que mantém o registro e descoberta dos servidores. Funciona como um "catálogo" de serviços registrados, respondendo a pedidos de registro e consultas.
  • Servidor RPC: Registra seus serviços no Binder e aguarda chamadas remotas dos clientes para executar funções e retornar resultados.
  • Cliente RPC: Consulta o Binder para descobrir a localização do serviço desejado e realiza chamadas remotas às funções disponíveis via stub.

Funcionalidades

1. Binder

  • Registra serviços com nome, IP e porta para que clientes possam localizá-los.

  • Responde a consultas de clientes sobre onde encontrar serviços registrados.

  • Mantém o serviço ativo continuamente, aceitando múltiplas requisições.

2. Servidor RPC

  • Registra seu serviço no Binder para que clientes possam descobri-lo.

  • Executa funções remotamente para clientes, enviando resultados serializados.

  • Atende múltiplas requisições simultâneas usando threads.

3. Cliente RPC

  • Consulta o Binder para descobrir o servidor e porta do serviço desejado.

  • Envia chamadas de função remotas e recebe resultados de forma transparente.

  • Implementa tentativas e espera para lidar com indisponibilidade temporária do Binder ou servidor.

Sobre a execução

Nesta biblioteca RPC, o Binder, o Servidor RPC e o Cliente RPC foram projetados para serem iniciados em qualquer ordem, garantindo flexibilidade no ambiente distribuído.

Cada componente possui mecanismos de tratamento que fazem com que:

  • O Servidor RPC tente se conectar ao Binder repetidas vezes, aguardando até que ele esteja disponível para registrar seu serviço com sucesso.

  • O Cliente RPC aguarda o Binder ficar acessível e, caso o servidor ainda não tenha registrado o serviço, realize tentativas periódicas até que o serviço seja encontrado.

  • O Binder fica sempre ativo, aguardando conexões de registro e consultas, não dependendo da ordem de inicialização dos demais.

Como executar

Cada componente (Binder, Servidor e Cliente) deve ser executado em um console/terminal separado para que fiquem rodando simultaneamente e possam se comunicar entre si.

1. Iniciar o Binder em um terminal

O Binder é o serviço que registra e disponibiliza os servidores para os clientes.

python rpc/rpc_binder.py

2. Iniciar o Servidor RPC em outro terminal

Ele registra seus serviços no Binder e fica aguardando chamadas.

python rpc/rpc_server.py

3. Iniciar o Cliente RPC em um terceiro terminal

O Cliente consulta o Binder para descobrir o servidor que oferece o serviço e faz as chamadas remotas.

python rpc/rpc_client.py

Como adicionar novos serviços à biblioteca

Vamos simular a criação de um serviço que realiza conversão direta entre Fahrenheit e Celsius. Este exemplo mostrará passo a passo como integrar um novo serviço à biblioteca RPC, desde a implementação da lógica até a exposição via servidor e o consumo pelo cliente.

1. Criando o arquivo de serviço

Na pasta /interface crie o arquivo temperature_servive.py e adicione a implementação da lógica de conversão:

class TemperatureService:
    def celsius_to_fahrenheit(self, c):
        return c * 9/5 + 32

    def fahrenheit_to_celsius(self, f):
        return (f - 32) * 5/9

2. Adaptando o servidor RPC para expor o novo serviço

No código atual rpc_server.py, substitua a instância do serviço atual pela do novo serviço TemperatureService.

Altere o método que encaminha as chamadas para o serviço:

Linha 10:

from interface.temperature_service import TemperatureService

Linha 20:

self.service_name = TemperatureService()

Linhas 60 (OPCIONAL, Apenas para deixar melhor visualmente):

message = f"REGISTER|TemperatureService|{self.host}|{self.port}"

3. Adaptando o Stub generator para o novo serviço

No código atual rpc_stub_generator.py, crie uma nova classe de stub para o TemperatureService.

Altere com os métodos correspondentes:

Linha 5:

class TemperatureServiceStub:

Linha 53 até a 63:

def celsius_to_fahrenheit(self, c):
        return self._send_request("TemperatureService", "celsius_to_fahrenheit", c)

    def fahrenheit_to_celsius(self, f):
        return self._send_request("TemperatureService", "fahrenheit_to_celsius", f)

4. Adaptando o Init para o novo serviço

No código atual __init__.py, importe o novo stub para que ele fique disponível para os clientes.

Altere com os métodos correspondentes:

Linha 3:

from .rpc_client import TemperatureServiceStub

5. Adaptando o Client para o novo serviço

No código atual rpc_client.py, importe o novo stub e crie um cliente para testar o serviço.

Altere com os métodos correspondentes:

Linha 9:

from rpc.rpc_stub_generator import TemperatureServiceStub

Linha 28:

temp_stub = TemperatureServiceStub(binder_ip, binder_port)

Linha 32 até a 35:

print("100 Celsius em Fahrenheit:", temp_stub.celsius_to_fahrenheit(100))
print("212 Fahrenheit em Celsius:", temp_stub.fahrenheit_to_celsius(212))

Agora, basta seguir a sessão Como executar para iniciar o Binder, servidor e cliente normalmente.

Exemplos de execução

⚠️ Modelo baseado no serviço math_service.py⚠️

Exemplo de servidor (example/server_example.py)

import sys
import os

sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..')))

from rpc.rpc_server import RPCServer

def start_server():
    server = RPCServer(host='localhost', port=5001, binder_ip='localhost', binder_port=5000)
    print("Servidor RPC iniciado...")
    server.start_server()

if __name__ == "__main__":
    start_server()

Exemplo de cliente (example/client_example.py)

import sys
import os

sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..')))

from rpc.rpc_client import MathServiceStub

def start_client():
    binder_ip = 'localhost'
    binder_port = 5000

    math_stub = MathServiceStub(binder_ip, binder_port)
    
    print("Resultado de 5 + 3:", math_stub.add(5, 3))
    print("Resultado de 4 * 2:", math_stub.multiply(4, 2))
    print("Resultado de 5 - 3:", math_stub.subtract(5, 3))
    print("Resultado de 4 / 2:", math_stub.divide(4, 2))

if __name__ == "__main__":
    start_client()

Considerações finais

  • A biblioteca foi desenvolvida para permitir fácil extensão com novos serviços.

  • Utiliza serialização com pickle para passagem transparente de objetos.

  • Permite chamadas concorrentes no servidor via threads.

Notas Importantes ⚠️

  • Limitações: Este sistema é uma simulação didática de RPC e não possui mecanismos avançados de segurança, autenticação ou criptografia. Não é recomendado para uso em ambientes produtivos sem adaptações.

  • Extensibilidade: A arquitetura modular permite adicionar novos serviços facilmente, desde que respeitem a interface de serialização e registro no Binder.

  • Tratamento de erros: O sistema inclui tratamento básico para serviços não encontrados, funções inexistentes e indisponibilidade temporária dos componentes.

Licença

Este projeto foi desenvolvido como parte de um trabalho acadêmico para a disciplina de Sistemas Distribuídos na UERJ.