ACE技术论文集：面向对象通信解决方案

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ACE技术论文集上篇深入探讨了多进程多线程在现代软件开发中的关键作用，特别是针对高性能通信服务和应用的开发。作者Douglas C. Schmidt等人提出了ACE（Adaptive Communication Environment），一个面向对象的网络编程工具包，旨在简化开发过程，支持跨平台（如UNIX和Win32）的高效通信。 ACE的核心特性在于其灵活性和适应性，它通过动态链接机制，使得服务可以在运行时与应用程序无缝结合，允许在多个进程或线程中并发执行，从而实现了系统的自动配置和重配置。这种设计模式有助于提高系统的可靠性和可扩展性，尤其是在处理大规模分布式系统，如全球个人通信、网络管理、企业级医学成像、在线金融分析等领域。论文详细介绍了ACE的架构，包括进程间通信、事件多路分离、显式动态链接等关键技术。通过实际案例，如电信行业的应用，展示了ACE如何解决分布式软件开发中的挑战，例如复杂性管理和错误减少。ACE不仅在商业项目中得到了广泛应用，如爱立信、贝尔核心、西门子等，也在学术界和工业研究中被广泛采用，证明了其在降低开发成本和提升软件质量方面的价值。 ACE支持多种操作系统平台，包括Windows和各种UNIX/POSIX实现，并且提供了C++和Java两种版本，以满足不同开发者的需求。OO（面向对象）编程语言的使用，尤其是对模块化和可扩展性的强调，使得ACE成为应对分布式计算软件危机的有效工具。 ACE技术论文集上篇不仅阐述了多进程多线程技术在ACE中的实现，还深入剖析了如何利用ACE构建健壮、高性能和可扩展的分布式系统，这对于理解和应用ACE技术以及优化分布式计算系统的开发具有重要意义。

Ping_Pong callback (argv[1]);

// Register I/O-based event handler

reactor.register_handler (

handles[pid == 0],

&callback,

ACE_Event_Handler::READ_MASK

| ACE_Event_Handler::WRITE_MASK);

// Register signal-based event handler

reactor.register_handler (SIGINT, &callback)

// Register timer-based event handler

reactor.schedule_timer (&callback, 0, 10)

/* Main event loop (run in each process) */

while (callback.done () == false)

reactor.handle_events ();

return 0;

}

基于定时器和基于信号的事件的 callback 事件处理器存储在 ACE_Reactor 中的相应的表中。同样地，

当调用 register_handler 方法登记基于 I/O 的事件处理器时，ACE_Reactor 在一个内部表中存储适当的句柄。

当应用随后通过调用 ACE_Reactor::handle_events 方法执行它的主事件循环时，该句柄被作为参数传递给

底层的 OS I/O 多路分离系统调用（例如，select 或 poll）。

图 1-6 ACE Reactor 交互图

}

ACE_Guard 类的对象定义一个代码块，在块开始时获取 ACE_Mutex，而在块结束时自动释放。

注意 ACE_Guard 类被定义为模板，由互斥机制参数化。有若干不同类型的互斥语义[33]。每种互斥

共有一个通用接口（也就是，acquire/release），但具有不同的序列化和性能属性。ACE 支持的两种互斥

是

非递归

和

递归锁

。

z 非递归锁：非递归锁提供互斥的一种高效的形式，它定义一个

临界区

，每一时刻只有单个线程可在其

中执行。它们之所以是非递归的，是因为当前拥有锁的线程在将其释放前不可以再次获取它。否则，

就会立即发生死锁。SunOS 5.x 通过它的 mutex_t、rwlock_t，和 sema_t 类型（POSIX Pthreads 不提

供后两种同步机制）为非递归锁提供支持。ASX 框架提供 Mutex、RW_Mutex，和 Semaphore 包装，

以分别封装这些语义。

z 递归锁：另外一方面，递归锁允许 acquire 方法嵌套调用，只要当前拥有该锁的线程就是试图重新获

取它的线程。递归锁对于回调驱动的事件分派框架（比如 1.3.2 描述的反应器）特别有用，在其中框

架的事件循环执行对预登记的用户定义的对象的回调。因为随后用户定义的对象可能经由它的方法入

口重入分派框架，必须使用递归锁以防止在回调过程中框架持有的锁发生死锁。

下面的 C++模板类为 Solaris 线程和 POSIX Pthreads（它们自己不提供递归锁语义）的同步语义实现

了递归锁语义：

template <class MUTEX>

class ACE_Recursive_Thread_Mutex

{

public:

// Initialize a recursive mutex.

ACE_Recursive_Thread_Mutex (void);

// Implicitly release a recursive mutex.

˜ACE_Recursive_Thread_Mutex (void);

// Acquire a recursive mutex.

int acquire (void) const;

// Conditionally acquire a recursive mutex.

int tryacquire (void) const;

// Releases a recursive mutex.

int release (void) const;

private:

ACE_Mutex nesting_mutex_;

ACE_Condition<ACE_Mutex> mutex_available_;

thread_t owner_id_;

int nesting_level_;

};

注意这个类的接口与 ACE 中可用的其他锁定机制一致[22]。

下面的代码演示怎样将 ACE_Guard 和 ACE_Recursive_Thread_Mutex 用于回调机制中：

int Callback::dispatch (const Event_Handler *eh, Event *event)

{

// Constructor acquires the lock on entry.

ACE_Guard<ACE_Recursive_Thread_Mutex<ACE_Mutex> > mon (this->lock_);

eh->handle_event (event);

// Destructor of Guard releases the lock on exit.

}

该代码确保 Event_Handler 对象的登记作为临界区执行。该例子还演示了 C++习语的使用[34]，在其中，

当 ACE_Guard 对象创建时，类的构造器自动在同步对象上获取锁。同样地，当 mon 对象出了作用域，类

的析构器自动解锁对象。而且，mon 的析构器将被自动调用以释放互斥锁，而不管 if/else 语句的哪一分

支从方法返回。此外，如果在 register_handler 方法的处理过程中发生了 C++异常，锁也将会被自动释放。

ACE_Recursive_Thread_Mutex 用于确保 dispatch 方法分派的应用特有的 handle_event 回调不会导致死锁，

如果它们重入 Callback 对象的话。

ACE 还提供一个 ACE_Thread_Manager 类，其中包括一组用于管理相互协作、以实现集体行为的线

程组的机制。例如，ACE_Thread_Manager 类提供的机制（比如 suspend_all 和 resume_all）允许任意数目

的参与线程被原子地挂起和恢复。

1.3.4 服务配置器（Service Configurator）：显式动态链接机制

静态链接

是这样一种技术：在编译时和/或静态链接时将所有对象文件绑定在一起，以组成完整的可

执行程序。相反，

动态链接

使得对象文件可以在初始调用程序或迟后在运行时的任意时刻被加入地址空

间，和/或被从中删除。SunOS 4.x 和 5.x 同时支持

隐式的

和

显式的

动态链接：

隐式动态链接

被用于实现共享对象文件，也称为共享库[35]。共享对象文件可减少主要和辅助存储的

使用，因为只有一份共享对象的拷贝存在于内存中和磁盘上，而不管执行该代码的进程的数量是多少。

而且，特定的地址解析和重定位操作可以延迟至动态链接的函数被初次引用时。这样的“懒惰计算”

方案将进程启动时的链接编辑开销降到了最小。

显式动态链接

提供的接口允许应用获取、利用，和/或移除在共享对象文件中定义的符号的运行时地

址绑定[36]。显式动态链接机制显著地增强了通信软件的功能和灵活性，因为服务可以在运行时插入

和/或删除，而

不用

终止和/或重启整个应用。SunOS 5.x 通过 dlopen/dlsym/dlcose 例程支持显式动态

链接，而 Win32 通过 LoadLibrary/GetProcAddress 调用支持这一特性。

ACE 提供 Service Configurator 类属来在一组类和继承层次中封装 SunOS 的显式链接机制。Service

Configurator 有效地利用了其他 ACE 组件来扩展传统的看守配置和控制框架的功能[20]（比如 listen[3]、i

netd[2]，和 Windws NT Service Control Manager[37]），这些功能为下列行为提供自动的支持：（1）并

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