タプル空間、Linda、JavaSpaces、Ruby Linda(Rinda)

並行システム

                               システム情報系情報工学域,
			       システム情報工学研究科コンピュータサイエンス専攻
                               新城 靖
                               <yas@cs.tsukuba.ac.jp>

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■今日の重要な話

• パラダイム
  • 結果並列法
  • 専門家並列法
  • 手順並列法
• 例: 家の建築
• 手法
  • メッセージ・パッシング
  • ライブ・データ構造体
  • 分散データ構造体
• 例: N-体問題
• Linda
  • rd(), in(), out(), eval()
  • パタン: Task Bag, 配列、ストリーム
• JavaSpaces
• Ruby Linda (Rinda)

• Nicholas Carriero (著), David Gelernter (著), 村岡 洋一 (翻訳), " 並列プログラムの作り方", 共立出版 (1993). ISBN: 4320023625
• Nicholas Carriero , David Gelernter: "How to write parallel programs: a guide to the perplexed", ACM Computing Surveys, Vol.21, No.3, pp.323-357 (September 1989).
• 関 将俊: "dRubyによる分散・Webプログラミング", オーム社 (2005). ISBN-10: 4274066096, ISBN-13: 978-4274066092.
• http://www2a.biglobe.ne.jp/~seki/ruby/d208.html, 関 将俊氏による Rinda の解説。本のサンプルコードと説明含む。

■協調作業のための基本パラダイム

◆並列プログラムを構築する手順

1. パラダイムを選ぶ
   • 結果並列法
   • 専門家並列法
   • 手順並列法
2. パラダイムに合った手法(Methods)で書く
   • メッセージ・パッシング
   • ライブ・データ構造体
   • 分散データ構造体
3. プログラム変換する

◆パラダイム１：結果並列法(Result Parallelism)

並列処理の最終結果に焦点を当る。

例: 家の建築：

• 壁（前、後ろ、両脇、内部）、土台、屋根に大工を割り当てる
• 全大工が並列に仕事をする

◆パラダイム２：専門家並列法 (Specialist Parallelism)

例: 家の建築：

• 計測士、基礎工、大工、鉛管工、電気屋などの専門家が流れ作業的(pipeline)におこなう

◆パラダイム３：手順並列法 (Agenda Parallelism)

• 何でもやる作業者がいる
• 壁、土台、屋根の作業手順がある(動的に生成されることもある)
• 各作業者は、前の仕事が終わったら、次の手順を見ながら仕事をする

◆どのパラダイムを使うか

問題にあったものを使う。

実際の家の建築では、全部の方法が使われている。

◆結果並列法の使い方

うまく行く例:ベクトルの足し算: S[i] = A[i] + B[i]

1. n 要素のベクトルを作る
2. S[i] は、A[i] と B[i] を加えればわかる。

テキスト処理、コンパイラ、

結果が可変

ＬＵ分解

繰り返しがある

ＯＳ、実時間

結果というよりは作用が大事

◆手順並列法の使い方

1. マスターが計算を始める
2. 同一のワーカ・プロセスの集合を作る
3. ワーカ、どの仕事でもやる。
4. 仕事がなくなれば終わり

1. マスターは、袋(task bag)の中にデータ・レコードを全部入れる
2. 各ワーカは、袋から取り出して（複雑な）関数の計算を行い、 結果をマスターに返す
3. マスターは、ワーカから送られてきたものの最小のものを記録する。
4. 全部が終われば終わり。

◆専門家並列法の使い方

• パイプライン
• シストリック計算

プロセス

道路（都市）

データ

トラック

◆その他の並列パラダイム

• データ並列
  • 各要素について同じ変換(transformation)を適用する
  • 変換＝手順で、プロセスが次々とデータを取っては処理するならば、手順並列法
• 推論並列(OR 並列)
  • ヒューリスティック検索、木検索の各枝について要・不要を選択する
  • 選択＝手順で、プロセスが次々と枝を調べるならば、手順並列法

■プログラミングの手法

• メッセージパッシング(Message Passing)
• ライブデータ構造体(Live Data Structure)
• 分散データ構造体(Distributed Data Structure)

• データとプロセスの関係
• パラダイムとの対応

◆手法１：ライブデータ構造体(Live Data Structure)

• データの中にプロセスが含まれている。プロセスはデータを１つ作って死ぬ。
• 対応パラダイムは、結果並列法
• プロセス生成は暗黙的
• 通信も暗黙的

◆手法２：メッセージパッシング(Message Passing)

• プロセスの中にデータが含まれる。
• 対応パラダイムは、専門家並列法
• プロセス生成は明示的
• 通信も明示的。send, receive がプログラム中に現れる。

◆手法３：分散データ構造体(Distributed Data Structure)

• データとプロセスは独立
• 対応パラダイムは、手順並列法

◆N-体問題シミュレータ

◆N-体問題:結果並列法

位置の配列: M[i][j]、i=0..N-1, j=0..q、M[][0] に最初の位置。

position(i,j), 繰り返し j での 物体 i の位置を計算する。 その時、一つ前ののステップの位置 position(i,j-1) (i=0..N-1) の処理が終了するのを待つ。

プロセスは、position(i,j) の計算をするとデータに化けて行く。 ライブデータ構造体の図 で、 赤い丸は活動中のプロセス。黒い丸は終了したプロセス。

◆N-体問題:専門家並列法

◆N-体問題:手順並列法

マスタで、N 個の物体を作る。

ワーカを作る。ワーカの数は、N 個ではなくて、もっと少ない(CPU数と同じに する)。

物体の位置を分散データ構造体（共有メモリ）に置く。

◆並列プログラムを書く方法

1. 問題に適したパラダイムを選ぶ
2. パラダイムに適した手法でプログラムを書く
3. 必要なら効率のよい手法で書き直す

◆手法の相互変換

アブストラクション(abstraction)

データとプロセスの結び付きを切る

スペシャリゼーション(specialization)

データとプロセスから分離して分散データ構造体におく

クランピング(clumping)

通信を明示的に行うようにする

デクランピング(declumping)

通信を暗黙的にに行うようにする

解決１：ライブデータ構造体を、受動的な構造体に書き換える。プロセスを複数 の構造体に対応させる。

問題２：分散データ構造体で書いたプログラム（共有空間が必要）が、NORMA で うまく動かない。

解決：メッセージ・パッシングに変換する。

Carriero と Gelernter の主張：分散データ構造体がいい。

Java では、スレッド、RMI、Javaspaces の順に導入された。

◆プログラミング言語とライブラリ

1. ライブデータ構造体

データフロー： Id Nouveau

関数型言語: Multilisp, Sisal

2. 分散データ構造体

言語：HPF (High Performance Fortran)

共有メモリとロック／セマフォ

DSM: Orca,　Munin, Midway, Linda

3. メッセージパッシング

特殊言語：CSP/Occam

RPC、ランデブ：Ada

ライブラリ：PVM, MPI

モニタは、メッセージパッシングの仲間か分散データ構造体か。

■Linda

タプルペースモデル(tuple space model)で分散データ構造体を支援。（メッ セージ・パッシングやライブデータ構造体的なプログラムも書ける。）

◆タプル空間(tuple space)

タプルは、型付きの値の並び。

タプルの例:

("a string", 10.01, 17, 10)

(0,1)

２種類のタプル

データタプル

受動的

ライブタプル(プロセスタプル)

全部が同時に実行している。 データタプルを読み書きする。 終了するとデータタプルに変化する。

◆NUMAとタプル空間

◆Lindaの命令

out()

タプルをタプル空間内に生成する。(受動的なタプル)

in()

タプルを取り去る

rd() -- (read)

in と似ているが、タプルがタプル空間に残る。

eval()

out() と似ているが、新たにプロセスが作られて、そのプロセスによりタ プルが評価される。(ライブタプル)

inp()

in() と同じだが、見つからなければ 0 を返す

rdp()

rd() と同じだが、見つからなければ 0 を返す

◆formalとactual

out("a string", 10.01, 17, x)

in("a string", ?f, ?i, y)

「?」付のものは、formal。型が同じものとマッチする。 ついていないものは、actual。型と値が同じものとマッチする。

◆プロセス生成

eval("e", 7, exp(7))

◆同期

out() してから in()

in() したプロセスはブロックしない

out() する前に in()

in() したプロセスはブロックする。 out() されるとブロック解除。

◆基本分散データ構造体

1. 要素が全て同じ、または、要素を区別して取り出す方法がない。 タスクバッグ。集合。
2. 要素が名前で区別できる。構造体、ハッシュ表。
3. 要素が位置て区別される。
   • ランダムアクセスされる。配列。連想配列。
   • 逐次アクセスされる。リスト、木、グラフなど。

◆名前付の構造体(連想メモリ)

タプルの形式: (name,val)

読込み:
    rd(name,?val)

変更:
    in(name,?val)
    val = val + 1 ;
    out(name,val)

◆計数セマフォ

P命令: 
    in("sem-1")

V命令:
    out("sem-1");

注意：in() したデータは、１プロセスでしかアクセスされないので、セマフォ などによるロックは不要。

◆Task Bag

仕事を入れる:
    out("task",TaskDescription)

仕事を取り出す:
    in("task",?NewTask)

◆並列DOループ

for( i=0 ; i<N; i++ )
{
    func(i,args);
}

for( i=0 ; i<N; i++ )
{
    eval ("loop-33", func(i,args) ); // プロセス生成, fork
}
for( i=0 ; i<N; i++ )
{
    in("loop-33", 1 ); // 待ち, join
}

func(i,args)
{
   ...
   return( 1 );
}

◆バリア同期

マルチスレッドの マスタ・スレーブ(バリア付き) 参照。

n プロセスのバリア

初期化:
    out("barrier-37",n)

各プロセス: １減らして、0になるのを待つ。
    in("barrier-37",?val)
    out("barrier-37",val-1)
    rd("barrier-37",0)

◆配列

A[10];

("A",0,val00)
("A",1,val01)
("A",2,val02)
...
("A",9,val99)

• 要素は、名前、インデックス、値を持つ。
• 必要なら、「メタ情報」を保存するためのエントリを作る。
  1. 配列の最初のインデックス
  2. 配列の最後のインデックス

A[10][10];

("A",0,0,val00)
("A",0,1,val01)
("A",0,2,val02)
...
("A",9,9,val99)

◆ストリーム(inストリーム)

ストリームデータ
    ("stream",0,val0)
    ("stream",1,val1)
    ("stream",2,val2)
    ...

ポインタ
    ("stream","head",0)
    ("stream","tail",0)

ストリームに要素を追加:
    int index; // ローカル変数
    in("stream","tail",?index);
    out("stream","tail",index+1);
    out("stream",index,new_element);

ストリームから要素を取り出す:
    int index; // ローカル変数
    in("stream","head",?index);
    out("stream","head",index+1);
    in("stream",index,?element);

source、sinkが１つなら、head, tail をタプル空間に置かなくてもよい。

◆ストリーム(readストリーム)

head の代わりに、局所変数でアクセスする。

ストリームから要素を取り出す:
    int index=0 ;
    while( ... )
    {
       rd("stream",index++,?element);
    }

◆メッセージ・パッシングのプログラムの書き方

• eval を使ってプロセスを作る。
• ストリームでプロセスを結合する。

◆ライブ・データ構造体のプログラムの書き方

• 受動タプル(out)ではなくライブタプル(eval)を使う。
• 結果は配列かもしれない。

■JavaSpaces

interface JavaSpace を実現したオブジェクト

Linda	JavaSpace	説明
out	write	タプルをタプル空間内に生成する。
in	take	タプルを取り去る
rd	read	in/takeと似ているが、タプルがタプル空間に残る。

ライブタプル(eval命令)は、ない。

write, read, take を使う部分のプログラムは簡単だが、space を利用可能に するのには苦労する。

JavaSpaces が提供する空間の特徴

• 異なるノードで動作するプログラムで共有される。
• 永続的である。
• 連想アクセス機能がある。
• トランザクションの機能がある。複数の操作をグループ化できる(all or nothing)。
• 実行可能コンテンツ。空間からローカルに取り出たオブジェクトの メソッドを実行できる。

◆interface Entry

net/jini/core/entry/Entry.java:
public interface Entry extends java.io.Serializable {
}

◆interface JavaSpace

net/jini/space/JavaSpace.java:
public interface JavaSpace {
    Lease write(Entry entry, Transaction txn, long lease)
        throws TransactionException, RemoteException;
    long NO_WAIT = 0;
    Entry read(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)
        throws UnusableEntryException, TransactionException, 
               InterruptedException, RemoteException;
    Entry readIfExists(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)
        throws UnusableEntryException, TransactionException, 
               InterruptedException, RemoteException;
    Entry take(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)
        throws UnusableEntryException, TransactionException, 
               InterruptedException, RemoteException;
    Entry takeIfExists(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)
        throws UnusableEntryException, TransactionException, 
               InterruptedException, RemoteException;
    EventRegistration
        notify(Entry tmpl, Transaction txn, RemoteEventListener listener,
               long lease, MarshalledObject handback)
        throws TransactionException, RemoteException;
    Entry snapshot(Entry e) throws RemoteException;
}

notify() では、マッチするテンプレートが write された時、 RemoteEventListener の notify(RemoteEvent theEvent) が呼ばれる。

snapshot() では、エントリのスナップショットが返される。元のエントリが 更新されても、変化しない。read(), take() のテンプレート用。

◆チュートリアルとLookupクラス

次のチュートリアルが参考になる。

[1] Qusay H. Mamoud: "Getting Started With JavaSpaces Technology: Beyond Conventional Distributed Programming Paradigms", July 12, 2005. http://java.sun.com/developer/technicalArticles/tools/JavaSpaces/

[2] The Blitz Project: "Blitz HelloWorld Example". http://www.dancres.org/bjspj/docs/docs/hello_example.html

両方とも、後者のサイトにある Lookup.java を使っている。

◆Jini

Jini は、以前は、"Jini Technology Starter Kit" という名前のパッケージで 配布されていた。現在は、Apache River として開発が続けられ配布されている。

• http://river.apache.org/,
Apache River トップページ
• http://river.apache.org/user-guide-basic-river-services.html,
User Guide - Basic River Services,HTTPサーバ、Lookup サーバ "reggie",A Java Space サーバ "outrigger" の使い方。
• http://river.apache.org/downloads.html,
ソースとバイナリのダウンロードページ。
• http://river.apache.org/doc/api/,
Apache River API Documentation。
• java.net の掲示。 "The Jini Technology Starter Kit is now the River Apache top level project."

JavaSpaces の例題を実行する前に、Apache River　に含まれているいくつかの サーバを実行する必要がある。

■Java Spaces による Message Box の例題

◆class Message

   1: // From the JavaSpaces book
   2: //package jsbook.chapter1.helloWorld;
   3: 
   4: import net.jini.core.entry.Entry;
   5: 
   6: public class Message implements Entry {
   7:     public String content;
   8: 
   9:     public Message() {
  10:     }
  11: }

• 変数も public にする。他のクラスでマッ チングが行われるので。private なフィールドは空間には置かれない。
• フィールドは、オブジェクトにする。int, boolean, float, double な どは、Integer, Boolean, Float, Double などの wrappe クラスを使う。フィー ルドを更新する時には、new する。
• 引数なしのコンストラクタが必要である。

◆HelloWriter

   1: //
   2: // HelloWriter.java
   3: // 
   4: 
   5: import net.jini.space.JavaSpace;
   6: 
   7: class HelloWriter {
   8:     public static void main(String[] argv)
   9:     {
  10:         Lookup finder = new Lookup(JavaSpace.class);
  11:         JavaSpace space = (JavaSpace) finder.getService();
  12:         if( space == null )
  13:         {
  14:             System.err.println("No JavaSpace found.");
  15:             System.exit( 1 );
  16:         }
  17:         Message msg = new Message();
  18:         msg.content = "Hello" ;
  19:         try
  20:         {
  21:             space.write(msg, null, net.jini.core.lease.Lease.FOREVER);
  22:             System.out.println("HelloWriter: wrote["+msg.content+"]");
  23:         }
  24:         catch( Exception e )
  25:         {
  26:             System.err.println("JavaSpace write error "+e.getMessage());
  27:             e.printStackTrace();
  28:             System.exit( -1 );
  29:         }
  30:         System.exit( 0 );
  31:     }
  32: }

    Lease write(Entry entry, Transaction txn, long lease)
        throws TransactionException, RemoteException;

lease は、時間を指定する。その時間だけは、空間がそのエントリを記憶して いる。空間が Garbage Collection に使う。Lease.FOREVER は、無限に覚えて いることを意味する。単位は、ミリ秒。

◆HelloReader

   1: //
   2: // HelloReader.java
   3: // 
   4: 
   5: import net.jini.space.JavaSpace;
   6: 
   7: public class HelloReader {
   8:     public static void main(String[] argv)
   9:     {
  10:         Lookup finder = new Lookup(JavaSpace.class);
  11:         JavaSpace space = (JavaSpace) finder.getService();
  12:         if( space == null )
  13:         {
  14:             System.err.println("No JavaSpace found.");
  15:             System.exit( 1 );
  16:         }
  17: 
  18:         Message template = new Message();
  19:         Message result;
  20:         try
  21:         {
  22:             result = (Message)space.read(template, null, Long.MAX_VALUE);
  23:             System.out.println("HelloReader: read ["+result.content+"]");
  24:         }
  25:         catch( Exception e )
  26:         {
  27:             System.err.println("JavaSpace read error "+e.getMessage());
  28:             e.printStackTrace();
  29:             System.exit( -1 );
  30:         }
  31: 
  32:         System.exit( 0 );
  33:     }
  34: }

    Entry read(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)
        throws UnusableEntryException, TransactionException, 
               InterruptedException, RemoteException;

read() は、マッチするエントリがなければ、timeout するまで待つ。 Long.MAX_VALUE は、無限に待つことを意味する。待ちたくない時には、 JavaSpaces.NO_WAIT を使うか、raedIfExists() を使う。

◆read() におけるテンプレートとのマッチング

1. テンプレートの型が、エントリの型とまったく同じである、または、エ ントリの型の部分型(サブクラス)である。
2. テンプレートの中の各フィールドが、対応するエントリ中のフィールドと マッチする。
   • テンプレートのフィールドが null である場合、 対応するエントリのフィールドとマッチする。
   • テンプレートのフィールドが null でない場合、 テンプレートとエントリの対応するフィールドが 「同じ値」の場合にマッチする。

例:

• Entry
  • Vegetable
  • Fruit
    • Apple
    • Orange

public class Vegetable implements Entry {
}

public class Fruit implements Entry {
}

public class Apple extends Fruit {
}

public class Orange extends Fruit {
}

「同じ値」は、serialize してバイトレベルで同じという意味。エントリは、 空間にある時にはserialize された形で保存されている。

null をワイルド・カードに使う問題点は、「本当に null の値を持つエントリ 探す」ということができないこと。 区別したい時には、Boolean を添える。

public class NotePtr implements Entry {
    public Boolean ptrIsNull;
    public Node ptr;
}

...

NodePtr template = new NodePtr();
template.ptrIsNull = new Boolean(true);
template.ptr = null; // for completeness; null by default

注意：連続する read() が同じオブジェクトを返す保証はない。

◆HelloTaker

   1: //
   2: // HelloTaker.java
   3: // 
   4: 
   5: import net.jini.space.JavaSpace;
   6: 
   7: public class HelloTaker {
   8:     public static void main(String[] argv)
   9:     {
  10:         Lookup finder = new Lookup(JavaSpace.class);
  11:         JavaSpace space = (JavaSpace) finder.getService();
  12:         if( space == null )
  13:         {
  14:             System.err.println("No JavaSpace found.");
  15:             System.exit( 1 );
  16:         }
  17: 
  18:         Message template = new Message();
  19:         Message result;
  20:         try
  21:         {
  22:             result = (Message)space.take(template, null, Long.MAX_VALUE);
  23:             System.out.println("HelloTaker: took ["+result.content+"]");
  24:         }
  25:         catch( Exception e )
  26:         {
  27:             System.err.println("JavaSpace read error "+e.getMessage());
  28:             e.printStackTrace();
  29:             System.exit( -1 );
  30:         }
  31: 
  32:         System.exit( 0 );
  33:     }
  34: }

% diff HelloReader.java HelloTaker.java
2c2
< // HelloReader.java
---
> // HelloTaker.java
7c7
< public class HelloReader {
---
> public class HelloTaker {
22,23c22,23
<           result = (Message)space.read(template, null, Long.MAX_VALUE);
<           System.out.println("HelloReader: read ["+result.content+"]");
---
>           result = (Message)space.take(template, null, Long.MAX_VALUE);
>           System.out.println("HelloTaker: took ["+result.content+"]");
% 

◆Apache River のインストール

1. ダウンロード・ページ でバイナリ( apache-river-2.2.0-bin.zip か apache-river-2.2.0-bin.tar.gz ) を入手する。
2. 入手したファイルを展開する。すると、apache-river-2.2.0 という ディレクトリができる。

   $ ls -l 
   total 0
   drwxr-xr-x@ 7 yas  wheel  374  6 20  2011 apache-river-2.2.0
   $ ls apache-river-2.2.0/ 
   LICENSE         NOTICE          configentry     lib             lib-ext
   LICENSE.txt     NOTICE.txt      examples        lib-dl
   $ 
   

3. コンパイルには、このディレクトリの下の次のファイルが 必要になる。これを classpath で指定する。
   • lib/jini-core.jar
   • lib/jini-ext.jar
   • lib/reggie.jar
   • lib/outrigger.jar
4. さらに、次のディレクトリにあるスクリプトや設定ファイルが必要になる。

   $ cd apache-river-2.2.0/examples/hello/ 
   $ ls 
   config  doc  index.html  krb-setup.html  lib  prebuiltkeys  scripts
   $ 
   

◆コンパイル

% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/Lookup.java 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/Message.java 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/HelloWriter.java 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/HelloReader.java 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/HelloTaker.java 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/Makefile 
% emacs Makefile (jinilibを、自分の環境に合わせて書き換える) 

% make hello 
javac -classpath .:略/jini-core.jar:略/jini-ext.jar:略/reggie.jar:略/outrigger.jar Lookup.java
javac -classpath .:略/jini-core.jar:略/jini-ext.jar:略/reggie.jar:略/outrigger.jar Message.java
javac -classpath .:略/jini-core.jar:略/jini-ext.jar:略/reggie.jar:略/outrigger.jar HelloWriter.java
javac -classpath .:略/jini-core.jar:略/jini-ext.jar:略/reggie.jar:略/outrigger.jar HelloReader.java
javac -classpath .:略/jini-core.jar:略/jini-ext.jar:略/reggie.jar:略/outrigger.jar HelloTaker.java
% ls  
HelloReader.class       HelloWriter.class       Makefile
HelloReader.java        HelloWriter.java        Message.class
HelloTaker.class        Lookup.class            Message.java
HelloTaker.java         Lookup.java
% 

◆Jiniサーバの実行

Jini関連のサーバ用にウインドウを 3 枚開く。Apache River の examples/hello に cd する。

$ cd apache-river-2.2.0/examples/hello/ 
$ ls 
config  doc  index.html  krb-setup.html  lib  prebuiltkeys  scripts
$ 

$ tail -1 ./scripts/httpd.sh   
java -jar ../../lib/classserver.jar -port 8080 -dir lib:../../lib-dl $*
$ tail -1 ./scripts/httpd.bat 
java -jar ..\..\lib\classserver.jar -port 8080 -dir lib;..\..\lib-dl %1
$ ./scripts/httpd.sh  
+ java -jar ../../lib/classserver.jar -port 8080 -dir lib:../../lib-dl
Jan 25, 2012 9:54:13 PM com.sun.jini.tool.ClassServer run
INFO: ClassServer started [[lib/, ../../lib-dl/], port 8080]
^Cで終了

$ tail -4 scripts/jrmp-reggie.sh 
java -Djava.security.policy=config/start.policy \
     -Djava.ext.dirs=../../lib-ext/     \
     -jar ../../lib/start.jar   \
     config/start-reggie.config
$ tail -3 scripts/jrmp-reggie.bat 
java -Djava.security.policy=config\start.policy ^
     -jar ..\..\lib\start.jar ^
     config\start-reggie.config
$ ./scripts/jrmp-reggie.sh  
+ java -Djava.security.policy=config/start.policy -Djava.ext.dirs=../../lib-ext/ -jar ../../lib/start.jar config/start-reggie.config
Jan 25, 2012 9:58:14 PM com.sun.jini.reggie.RegistrarImpl init
INFO: started Reggie: 6879dd38-7782-4f43-a172-baffff666af7, [nonsecure.hello.example.jini.sun.com], jini://example.com/
^Cで終了

$ tail -3 scripts/jrmp-outrigger-group.bat 
java -Djava.security.policy=config\policy.all ^
     -jar ..\..\lib\start.jar ^
     config\start-outrigger-group.config
$ ls config/policy.all 
ls: config/policy.all: No such file or directory
$ ls scripts/jrmp-outrigger-group.sh   
ls: scripts/jrmp-outrigger-group.sh: No such file or directory
$ 

$ java -Djava.security.policy=config/start.policy \ 
     -jar ../../lib/start.jar \
     config/start-outrigger-group.config
^Cで終了

◆実行

一方のウインドウを２枚開く。

一方のウインドウで Writer を動作させる。

$ PS1='Writer$ ' 
Writer$ make run-HelloWriter
HelloWriter: wrote[Hello]
Writer$ wYHM_Cursor()

$ make run-HelloReader 
HelloReader: read [Hello]
$ make run-HelloReader 
HelloReader: read [Hello]
$ make run-HelloReader 
HelloReader: read [Hello]
$ 
$ make run-HelloTaker  
HelloTaker: took [Hello]
$ make run-HelloTaker 
（固まる）

Writer$ make run-HelloWriter
HelloWriter: wrote[Hello]
Writer$ 

◆serializationの効果

read() でのマッチングは、serialize(marshaling) された形で比較される。

一度空間に入れて出すと、オブジェクトが増えることがある。

public class E1 implements Entry {
    public Integer obj1;
    public Integer obj2;
}

Integer obj = Integer(0);
E1 e = new E1();
e.obj1 =obj;
e.obj2 =obj;

引数なしのコンストラクタが必要である。

read(), take() でのエントリの復元

1. serialize されたエントリのコピーを得る
2. 1. から型を得る
3. 引数なしのコンストラクタでオブジェクトを作る
4. 1. から、public のフィールドを deserialize する。
5. 4. の値を、オブジェクトのフィールドに代入する。

read(), take() のテンプレートがループの中で不変な場合、 snapshot() を作ると効率が良くなる。

■Rinda

Linda	Rinda	説明
タプル()	配列[]	タプル空間に置くことができるデータ構造
out	write	タプルをタプル空間内に生成する。
in	take	タプルを取り去る
rd	read	in/takeと似ているが、タプルがタプル空間に残る。

ライブタプル(eval命令)は、Rinda にはない。 配列の要素が nil なら、formal (ワイル ドカード, Linda の ?)の意味になる。

Rinda が提供する空間の特徴

• 連想アクセス機能がある。
• 空間からローカルに取り出たオブジェクトのメソッドを実行できる。
• タプルに有効期限がつけられる。renew できる。
• タプル空間への操作を、イベントして受け取れる。
• 配列の他に、ハッシュ表がおける。

• 配列の要素数が同じ。
• 配列の各要素が、演算子 === で等しい。

• テンプレートでクラスを指定できる。 あるクラスのインスタンスの時にもマッチする。
• 正規表現と文字列の比較もできる。

% ruby -e 'p 1 === 1' 
true
% ruby -e 'p Integer === 1' 
true
% ruby -e 'p String === 1' 
false
% ruby -e 'p /[abc]xy/ === "axy"' 
true
% ruby -e 'p /[abc]xy/ === "Axy"' 
false
%

■Rinda による Message Box の例題

["Message Box", "Hello" ]

• 第0要素は、"Message Box" に固定。 (JavaSpacesでは、クラスによるマッチングが行われるので、このようなパラメ タは不要。)
• 第1要素には、通信内容のメッセージを置く。

◆make-space.rb

   1: #!/usr/bin/env ruby
   2: # make-space.rb -- Make a tuple space and print its URI
   3: 
   4: require 'rinda/tuplespace'
   5: 
   6: def usage()
   7:         $stderr.printf("Usage: %% %s portno\n", $0)
   8:         exit( 1 )
   9: end
  10: 
  11: def main(argv)
  12:         if( argv.length != 1 )
  13:             usage()
  14:         end
  15:         portno = argv[0]
  16:         space = Rinda::TupleSpace.new()
  17:         DRb.start_service("druby://:"+portno, space)
  18:         uri = DRb.uri()
  19:         $stdout.printf("%s\n",uri)
  20:         $stdout.printf("Type ^C to stop this program.\n")
  21:         DRb.thread.join()
  22: end
  23: 
  24: main(ARGV)

• 引数は、ポート番号。
• Rinda::TupleSpace.new() でタプル空間を生成する。
• DRb.start_service() で、生成したタプル空間をその URI でアクセス可 能にする。
• URI を表示する。

◆mbox-writer.rb

   1: #!/usr/bin/env ruby
   2: # mbox-writer.rb -- Write a message to the message box in a tupple space.
   3: 
   4: require 'rinda/tuplespace'
   5: 
   6: def usage()
   7:         $stderr.printf("Usage: %% %s uri message\n", $0)
   8:         exit( 1 )
   9: end
  10: 
  11: def main(argv)
  12:         if( argv.length != 2 )
  13:             usage()
  14:         end
  15:         uri = argv[0]
  16:         message = argv[1]
  17: 
  18:         space = DRbObject.new_with_uri( uri )
  19: 
  20:         tuple = ["Message Box", message ]
  21:         space.write( tuple )
  22:         printf("mbox-writer: wrote[%s]\n",message)
  23: end
  24: 
  25: main(ARGV)

• 引数は、タプル空間の URI と書き込むメッセージ
• DRbObject.new_with_uri() でタプル空間を入手。
• space.write() で、タプルを書き込む。

◆mbox-reader.rb

   1: #!/usr/bin/env ruby
   2: # mbox-reader.rb -- Read a message from a message box in a tuple space.
   3: 
   4: require 'rinda/tuplespace'
   5: 
   6: def usage()
   7:         $stderr.printf("Usage: %% %s uri\n", $0)
   8:         exit( 1 )
   9: end
  10: 
  11: def main(argv)
  12:         if( argv.length != 1 )
  13:             usage()
  14:         end
  15:         uri = argv[0]
  16:         DRb.start_service()
  17:         space = DRbObject.new_with_uri( uri )
  18: 
  19:         template = ["Message Box",nil]
  20:         tuple = space.read( template )
  21:         message = tuple[1]
  22:   p tuple # for debug
  23:         printf("mbox-reader: read [%s]\n", message )
  24: end
  25: 
  26: main(ARGV)

read() は、マッチするエントリがなければ、タイムアウトするまで待つ。 第2引数に秒単位で待ち時間を指定できる。

注意：連続する read() が同じオブジェクトを返す保証はない。

◆mbox-taker.rb

   1: #!/usr/bin/env ruby
   2: # mbox-taker.rb -- Take a message from a message box in a tuple space.
   3: 
   4: require 'rinda/tuplespace'
   5: 
   6: def usage()
   7:         $stderr.printf("Usage: %% %s uri\n", $0)
   8:         exit( 1 )
   9: end
  10: 
  11: def main(argv)
  12:         if( argv.length != 1 )
  13:             usage()
  14:         end
  15:         uri = argv[0]
  16:         DRb.start_service()
  17:         space = DRbObject.new_with_uri( uri )
  18: 
  19:         template = ["Message Box",nil]
  20:         tuple = space.take( template )
  21:         message = tuple[1]
  22:   p tuple # for debug
  23:         printf("mbox-taker: took [%s]\n", message )
  24: end
  25: 
  26: main(ARGV)

% diff mbox-reader.rb mbox-taker.rb 
2c2
< # mbox-reader.rb -- Read a message from a message box in a tuple space.
---
> # mbox-taker.rb -- Take a message from a message box in a tuple space.
20c20
<       tuple = space.read( template )
---
>       tuple = space.take( template )
23c23
<       printf("mbox-reader: read [%s]\n", message )
---
>       printf("mbox-taker: took [%s]\n", message )
% 

◆コピー

% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/make-space.rb 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/mbox-writer.rb 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/mbox-reader.rb 
% wget http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/cs/csys-2011/2012-01-26/ex/mbox-taker.rb 
% chmod +x *.rb 
% ls -l 
total 32
-rwxr-xr-x   1 yas  yas  463  2  7 23:42 make-space.rb
-rwxr-xr-x   1 yas  yas  485  2  7 23:48 mbox-reader.rb
-rwxr-xr-x   1 yas  yas  484  2  8 00:06 mbox-taker.rb
-rwxr-xr-x   1 yas  yas  406  2  7 23:40 mbox-writer.rb
% which ruby 
/usr/local/bin/ruby
% ruby -v 
ruby 1.8.6 (2008-03-03 patchlevel 114) [powerpc-darwin8.11.0]
% 

◆実行

1. タプル空間用
2. writer 用
3. reader/taker用

$ ./make-space.rb 1231 
druby://ホスト名:1231
Type ^C to stop this program.
(最後に ^C で止める)

Writer を動作させる。

$ ./mbox-writer.rb druby://localhost:1231 hello 
mbox-writer: wrote[hello]
$ ./mbox-writer.rb druby://localhost:1231 hi    
mbox-writer: wrote[hi]
$ 

$ ./mbox-reader.rb druby://localhost:1231 
["Message Box", "hello"]
mbox-reader: read [hello]
$ ./mbox-reader.rb druby://localhost:1231 
["Message Box", "hello"]
mbox-reader: read [hello]
$ ./mbox-reader.rb druby://localhost:1231 
["Message Box", "hello"]
mbox-reader: read [hello]
$ ./mbox-taker.rb druby://localhost:1231 
["Message Box", "hello"]
mbox-taker: took [hello]
$ ./mbox-taker.rb druby://localhost:1231 
["Message Box", "hi"]
mbox-taker: took [hi]
$ ./mbox-taker.rb druby://localhost:1231 
...

タプルがない状態先に take/read すると、止まる。この状態で、write すれ ば、read/take が終了する。

◆阿波連流

• 空間にタプルを置く時に、生存期間(TTL, Time to live) 付きで置く。 write() の第2引数に、生存期間を秒で指定する。
• 定期的に、タプル空間から read_all() で現存するタプルをすべて読み込 み、それについて処理を行う。
• Linda の readストリーム の代わりに、 notify('write') で、write を監視する。

練習問題

★問題(601) WWWアクセスカウンタ

次の２つのプログラムを作成する。

(1) 初期化プログラム
    String url = argv[0];
    tuple = [url,0]
    space.write( tuple );

(2) アクセスされた時に動作するプログラム
    値を増やす。現在の値を画面に表示する。

★問題(602) Linda の inストリーム

• ストリームにデータを格納する
• ストリームにデータを取り出す

★問題(603) スタック

★問題(604) マスタ・スレーブ

★問題(605) RPC

★問題(606) C-Linda例題の実行

★問題(607) タプル空間自由課題