Надежные и ненадежные примитивы

Ранее подразумевалось, что когда отправитель посылает сообщение, адресат его обязательно получает. Но на практике сообщения могут теряться. Предположим, что для обмена сообщениями используются блокирующие примитивы. Когда от­правитель посылает сообщение, то он приостанавливает свою работу до тех пор, пока сообщение не будет послано. Однако нет никаких гарантий, что после того, как он возобновит свою работу, сообщение будет доставлено адресату.

Для решения этой проблемы существуют три подхода. Первый заключается в том, что система не берет на себя никаких обязательств по поводу доставки сообщений. Такой способ доставки сообщений обычно называют дейтаграммным (datagram). Реализация надежного взаимодействия при его применении целиком становится заботой прикладного программиста.

Второй подход заключается в том, что ядро принимающей машины посылает кви­танцию-подтверждение ядру отправляющей машины на каждое сообщение или на группу последовательных сообщений. Посылающее ядро разблокирует поль­зовательский процесс только после получения такого подтверждения. Обработ­кой подтверждений занимается подсистема обмена сообщениями ОС, ни процесс-отправитель, ни процесс-получатель их не видят.

Третий подход заключается в использовании ответа в качестве подтверждения в тех системах, в которых запрос всегда сопровождается ответом, что характерно для клиент-серверных служб. В этом случае служебные сообщения-подтвержде­ния не используются, так как в их роли выступают пользовательские сообще­ния-ответы. Процесс-отправитель остается заблокированным до получения от­вета. Если же ответа нет слишком долго, то после истечения тайм-аута ОС отправителя повторно посылает запрос.

Надежная передача сообщений может подразумевать не только гарантию достав­ки отдельных сообщений, но и упорядоченность этих сообщений, при которой процесс-получатель извлекает из системного буфера сообщения в том же поряд­ке, в котором они были отправлены. Для надежной и упорядоченной доставки чаще всего используется обмен с предварительным установлением соединения, причем на стадии установления соединения (называемого также сеансом) стороны обмениваются начальными номерами сообщений, чтобы можно было в процессе обмена отслеживать как факт доставки отдельных сообщений последовательно­сти, так и упорядочивать их (сами сетевые технологии не всегда гарантируют, что порядок доставки сообщений будет совпадать с порядком их отправки, на­пример из-за того, что разные сообщения могут доставляться адресату по раз­ным маршрутам).

В хорошей подсистеме обмена сообщения должны поддерживаться как ненадеж­ные примитивы, так и надежные. Это позволяет прикладному программисту ис­пользовать тот тип примитивов, который в наибольшей степени подходит для организации взаимодействия в той или иной ситуации. Например, для передачи данных большого объема, транспортируемых по сети в нескольких сообщениях (в сетях обычно существует ограничение на максимальный размер поля данных, из-за чего данные приходится пересылать в нескольких сообщениях), больше под­ходит надежный вид обмена с упорядочиванием сообщений. А вот для взаимо­действия типа «короткий запрос — короткий ответ» предпочтительны ненадеж­ные примитивы. Действительно, вероятность потери отдельного сообщения не так уж велика, а скорость такого обмена будет выше, чем при применении на­дежных примитивов, поскольку на установление необходимого в этом случае со­единения тратится дополнительное время.

Для реализации примитивов с различной степенью надежности передачи сооб­щений система обмена сообщениями ОС использует различные коммуникаци­онные протоколы. Так, если сообщения передаются через IP-сеть, то для надеж­ной передачи сообщений используется протокол транспортного уровня TCP, работающий с установлением соединений, обеспечивающий гарантированную и упорядоченную доставку и управляющий потоком данных при обмене. Если же надежность при передаче сообщений не требуется, то будет использован прото­кол UDP, обеспечивающий быструю доставку небольших сообщений без всяких гарантий. Аналогично при работе через сети Novell для надежной доставки сооб­щений используется протокол SPX, а для дейтаграммной — IPX. В стеке OSI су­ществует один транспортный протокол, но он поддерживает несколько режимов, отличающихся степенью надежности.