reports/9605.java-TACOMA.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//IETF//DTD HTML 3.0//EN">
   2 <!--Converted with LaTeX2HTML 96.1 (Feb 5, 1996) by Nikos Drakos (nikos@cbl.leeds.ac.uk), CBLU, University of Leeds -->
   3 <HTML>
   4 <HEAD>
   5 <TITLE>Integrering av Java i TACOMA</TITLE>
   6 <!-- Changed by: Petter Reinholdtsen,  3-Jun-1996 -->
   7 <META NAME="description" CONTENT="Integrering av Java i TACOMA">
   8 <META NAME="keywords" CONTENT="java2">
   9 <META NAME="resource-type" CONTENT="document">
  10 <META NAME="distribution" CONTENT="global">
  11 <LINK REL=STYLESHEET HREF="java2.css">
  12 </HEAD>
  13 <BODY LANG="EN">
  14  <H1 ALIGN=CENTER>Integrering av Java i TACOMA</H1>
  15 <P ALIGN=CENTER><STRONG>Petter Reinholdtsen<BR>
  16         &lt;pere@td.org.uit.no&gt;</STRONG></P><P>
  17 <P>
  18 <H3 CLASS=ABSTRACT>Abstract:</H3>
  19 <P CLASS=ABSTRACT>
  20 Denne rapporten beskriver en enkel integrering av
  21 programmeringsspråket Java i TACOMA, en infrastructur for
  22 internet-agenter.  Integreringen gjøres som bindinger til
  23 C-funksjoner.
  24 </P><P>
  25 <H1><A NAME="SECTION00010000000000000000">Innledning</A></H1>
  26 <P>
  27 TACOMA, Tromsø And COrnell Moving Agents&nbsp;[<A HREF="java2.html#SchneiderTACOMA1_0">1</A>],
  28 er en infrastruktur for flyttbare agenter.  En slik infrastruktur
  29 muliggjør automatisk flytting og utføring av programbiter mellom
  30 maskiner i et nettverk.  TACOMA tar sikte på å tilby en abstraksjon som
  31 er uavhengig av programmeringsspråk og maskinarkitektur.  Denne
  32 rapporten beskriver integreringen av programmeringsspråket
  33 Java&nbsp;[<A HREF="java2.html#SUNJAVA">3</A>] i TACOMA.
  34 <P>
  35 Da jeg startet med å integrere Java i TACOMA var det kun et språk,
  36 Tcl, som kunne brukes sammen med TACOMA.  Tcl virker rotete og tregt,
  37 så jeg ønsket et alternativ.  Da jeg ønsket meg mer erfaring med Java,
  38 valgte jeg å integrere dette som alternativt språk.
  39 <P>
  40 Java ble i utgangspunktet utviklet av SUN for å ha et deterministisk
  41 og arkitekturuavhengig språk for å programmere konsument elektronikk. Det
  42 er multi-treaded og objektorientert, og ligner litt på C++.  I
  43 tillegg tilbyr det en API som er generell på tvers av OS og
  44 arkitektur.  Det siste året har det fått gjennomslag som w3s
  45 ``applet''-språk.  Det muliggjør utvidelser i w3-framviserne.  ``The
  46 NPAC Visible Human Viewer''&nbsp;[<A HREF="java2.html#NPACHuman">5</A>] og ``The Improved
  47 Sorting Demo''&nbsp;[<A HREF="java2.html#morinsort">4</A>] er gode eksempel på det siste.
  48 <P>
  49 Java og agenter er et aktivt område for tiden.  Det jobbes med
  50 integrasjon av Java i TACOMA ved Computer Science Department på
  51 Cornell University&nbsp;[<A HREF="java2.html#DagJohansen">2</A>].  Her har de valgt å konvertere
  52 hele TACOMA til Java.  Jeg har ikke sett på deres løsninger.
  53 <P>
  54 I tillegg fins for eksempel ``Personal Media Arbitration
  55 Protocol''&nbsp;[<A HREF="java2.html#PMAPhome">6</A>] (PMAP) som jobber med å lage en lignende
  56 infrastruktur med helt andre abstraksjoner.  PMAP skal kunne støtte
  57 flere ulike språk, deriblant Java.
  58 <P>
  59 <H1><A NAME="SECTION00020000000000000000">Hva er Java</A></H1>
  60 <P>
  61 Programmeringsspråket Java ble lansert av SUN ved hjelp av deres
  62 webbrowser HotJava. Denne framviseren er skrevet i Java som et
  63 eksempel på anvendelsesområdene til språket.  Denne har mulighet for å
  64 kjøre applets, nedlastede programmer, lokalt på egen maskin.  Slike
  65 applets skal kjøre i en sikker omgivelse som ikke tillater ondsinnede
  66 programmer å ødelegge for brukeren ved for eksempel &#229; slette filer
  67 eller sende passordlister ut fra maskinen. Dette har vist seg å ikke holde
  68 vann, da det er oppdaget flere brudd på den lovede sikkerheten det
  69 siste halve året.
  70 <P>
  71 Java er et flertrådbasert og objektorientert språk med enkel arv
  72 mellom klassene.  Hukommelseshåndteringen er basert på garbage
  73 collection, i motsetning til C++.  Det har et kraftig systembibliotek
  74 med bildebehandlingrutiner og abstrakte datatyper i tillegg til de
  75 vanlige systemrutinene.
  76 <P>
  77 De første implementasjonene av Java oversatte til en mellomkode
  78 (Bytecode) som ble kjørt på virtuelle Java-implementasjoner.  Denne
  79 mellomkoden er felles for alle arkitekturene Java kjører på, og
  80 kompilerte programmer kan dermed brukes uavhengig av prosessortype.
  81 Det fins i tillegg kompilatorer for å oversette Java til maskinkode.
  82 Bytecoden blir utf&#248;rt av en virtuell maskin med bytecoden som sin
  83 &quot;maskinkode&quot;.
  84 <P>
  85 Systembibliotekene skal være felles for alle arkitekturene.  Dette
  86 skal gi samme utseende og oppførsel både under X og Windows.
  87 <P>
  88 <H1><A NAME="SECTION00030000000000000000">Java i TACOMA</A></H1>
  89 <P>
  90 Å integrere et nytt språk i TACOMA er en todelt oppgave.  Først må det
  91 lages et bibliotek med APIen for å understøtte agent-abstraksjonen.
  92 Deretter må det lages en agent for å ta imot og starte opp agenter
  93 skrevet i det nye språket.  Jeg valgte å kun ta imot bytecode for å
  94 unngå problemer med kompilering og skrivefeil i Java-koden.
  95 <P>
  96 TACOMA er i utgangspunktet ikke objektorientert.  For å få en sømløs
  97 integrasjon av Java i TACOMA bør det lages et objektorientert design
  98 for å identifisere og spesifisere objekt-metoder.  Dette innebærer i
  99 hovedsak å endre notasjonen for APIen.  Jeg har valgt en annen
 100 innfallsvinkel, den gjeldende APIen blir operasjoner på ett enkelt
 101 TACOMA-object i Java.
 102 <P>
 103 Java-agentene får inn to parametre (<TT>TACOMA</TT> og <TT>briefcase</TT>)
 104 der første parameter er TACOMA-objektet med den tilgjengelige APIen.
 105 <P>
 106 Koden blir dermed slik (uten exceptions etc):
 107 <P>
 108 <PRE><TT>
 109 import TACOMA;
 110 class TACOMA_AGENT
 111 {
 112         public void Main(TACOMA world, briefcase bc)
 113         {
 114                 String text = world.folder_shift(bc, &quot;DATA&quot;, world.RIGHT, 1, &quot;&quot;);
 115                 world.folder_store(bc, &quot;DATA&quot;, &quot;No message of the day at host&quot;);
 116                 world.meet(&quot;ag_echo&quot;, bc, 0);
 117         }
 118 }
 119 </TT></PRE>
 120 <P>
 121 En del av tanken bak bruken av agenter er at de skal fungere i en
 122 mobil omgivelse.  Da mobile maskiner gjerne har færre ressurser enn
 123 stasjonære maskiner, vil lagrings og hukommelseskravene i TACOMA ha
 124 vesentlig betydning for anvendelsen.  Lagringskravene for Java er
 125 rundt 3 MB for systembibliotek og kjørefiler.  Dette burde ikke legge
 126 store begrensninger på anvendelsen til Java.  Jeg har ikke undersøkt
 127 hukommelseskravene til Java.
 128 <P>
 129 I TACOMA har man foreløbig sett helt bort fra sikkerhetsproblemer ut
 130 fra tanken om at du ikke slipper inn agenter du ikke stoler på.  Dette
 131 har forenklet implementasjon og integrering av nye språk.  Jeg har ikke
 132 vurdert hvor store sikkerhetsproblemer Java vil bidra med i TACOMA.  I
 133 og med at TACOMA ikke forsøker å gi noen garantier for sikkerheten til
 134 maskinen hvis det utføres ondskapsfulle agenter, så tror jeg ikke Java
 135 tilfører noen nye problemer.
 136 <P>
 137 Sikkerheten ved kjøring av Java-programmer kan muligens økes ved å
 138 fjerne deler av systembiblioteket.  Ved å fjerne nett- og
 139 filtilgangs-primitiver og sørge for at all tilgang til eksterne deler
 140 går via TACOMAs API så kan man sørge for å få samlet all
 141 tilgangskontroll på en plass.  Jeg har ikke forsøkt dette.
 142 <P>
 143 <H2><A NAME="SECTION00031000000000000000">Java API</A></H2>
 144 <P>
 145 Jeg valgte å binde Java APIen direkte opp mot APIen i C.  Dette gjøres
 146 ved å lage en klasse med såkalte <TT>native</TT> metoder.  Alle
 147 C-funksjonene får således en metode i den globale TACOMA-klassen.
 148 <P>
 149 Java-klassen som kompileres ser da slik ut:
 150 <PRE><TT>
 151 class TACOMA
 152 {
 153         native briefcase bc_create();
 154         <EM>[...]</EM>
 155         // Load library
 156         static {
 157                 System.loadLibrary(&quot;TACOMA&quot;);
 158         }
 159 }
 160 </TT></PRE>
 161 <P>
 162 For å få bindingen mellom Java og C brukes først stub-kompilatoren
 163 (<TT>javah -stub</TT>) for å lage <TT>TACOMA.c</TT>.  Denne inneholder kall
 164 til C-funksjoner som har navn etter klasse-operasjonene.
 165 Eksempelfunksjonen blir hetende <TT>void *TACOMA_bc_create(void
 166 *this)</TT>.  Implementasjonen er triviell:
 167 <P>
 168 <PRE><TT>
 169 void* TACOMA_bc_create(void *)
 170 {
 171         return bc_to_containter(bc_create());
 172 }
 173 </TT></PRE>
 174 <P>
 175 C-biblioteket bruker struct-pekere for å representere arkivskap og
 176 kofferter.  Pekere er vanskelige å representere i Java.  Jeg har
 177 derfor valgt å lagre C-pekerens verdi som en string i en intern
 178 klasse (container) i Java.  Denne verdien konverteres i C-stubbene før
 179 og etter C-kallene og skal aldri brukes i Java.
 180 <P>
 181 Det er ikke gjort noe for å hindre feil og problemer som følge av
 182 flertråd-støtten til Java.  Det kan oppstå problemer hvis flere tråder
 183 bruker C-biblioteket samtidig.
 184 <P>
 185 Det er ikke lagt inn korrekt håndtering av exceptions i C-rutinene.
 186 Det blir dermed ingen god håndtering av feil med denne måten å
 187 integrere Java i TACOMA.
 188 <P>
 189 <H2><A NAME="SECTION00032000000000000000">Oppstart av Java-agenter</A></H2>
 190 <P>
 191 En egen agent (ag_java) startes opp når en Java-agent kommer inn fra
 192 nettet eller egen maskin.  Denne mottar en koffert som inneholder
 193 bytecoden som skal utføres.
 194 <P>
 195 Når ag_java mottar kofferten ser den i mappen JAVA_BYTECODE for å
 196 finne navnene på folderne med bytecoden.  Disse folderne lagres på
 197 disken med filnavn likt navnet på folderen pluss '.class'.  En av
 198 folderne skal hete TACOMA_AGENT.  Skråstrek ('/') tolkes som
 199 katalognavn-skille og det opprettes en underkatalog for filen.  Det
 200 siste er nødvendig for å bruke Javas klassehierarki.
 201 <P>
 202 Når alle bytecode-filene ligger klar på disken starter ag_java opp en
 203 java-stub som laster inn klassen TACOMA_AGENT, oppretter et objekt av
 204 samme type og kaller deretter operasjonen <TT>void Main(TACOMA,
 205 briefcase)</TT> på objektet. Første parametret er et objekt der
 206 operasjonene er APIen til TACOMA.  Det skal kun være et TACOMA-objekt
 207 per agent.  Det andre parametret er kofferten som agenten mottar ved
 208 oppstart.
 209 <P>
 210 <H1><A NAME="SECTION00040000000000000000">Konklusjon</A></H1>
 211 <P>
 212 Jeg har her vist hvordan man på en enkel måte kan integrere
 213 programmeringsspråket Java i TACOMA.  Dette er en enkel oppgave på
 214 grunn av god st&#248;tte for binding mellom C og Java.  Den valgte metoden for
 215 integrering bruker ikke Javas styrke med feilhåndtering (exeptions)
 216 eller utnytter de objektorienterte aspekter av språket.
 217 <P>
 218 <H1><A NAME="SECTION00050000000000000000">Tilgjengelighet</A></H1>
 219 <P>
 220 Mer informasjon om og siste versjon kan finnes på TACOMAs
 221 hjemmeside&nbsp;[<A HREF="java2.html#TACOMAHome">7</A>] ved Seksjon for Informatikk.
 222 <P>
 223 <P><A NAME="SECTIONREF"><H2>References</H2></A><P>
 224 <DL COMPACT>
 225 <DT><A NAME="SchneiderTACOMA1_0"><STRONG>1</STRONG></A><DD>
 226 Dag Johansen, Robbert van Renesse, og Fred&nbsp;B. Schneider.
 227 An introduction to the tacoma distributed system.
 228 Technical report, Seksjon for Informatikk, Universitetet i Troms&#248;,
 229   1995.
 230 <TT>[http://www.cs.uit.no/Lokalt/Rapporter/Reports/9523.html]</TT>.
 231 <P>
 232 <DT><A NAME="DagJohansen"><STRONG>2</STRONG></A><DD>
 233 Dag Johansen&nbsp;<TT>&lt;dag@cs.uit.no&gt;</TT>.
 234 Personlig kommunikasjon.
 235 <P>
 236 <DT><A NAME="SUNJAVA"><STRONG>3</STRONG></A><DD>
 237 SUN microsystems.
 238 Java: Programming for the internet.
 239 Elektronisk dokument, 1996.
 240 <TT>[http://java.sun.com/]</TT>.
 241 <P>
 242 <DT><A NAME="morinsort"><STRONG>4</STRONG></A><DD>
 243 Pat Morin.
 244 The improved sorting algorithm demo.
 245 Elektronisk dokument, Mars 1996.
 246 <TT>[http://turing.scs.carleton.ca/morin/sortalg/]</TT>.
 247 <P>
 248 <DT><A NAME="NPACHuman"><STRONG>5</STRONG></A><DD>
 249 The npac visible human viewer.
 250 Elektronisk dokument, 1996.
 251 <TT>[http://www.npac.syr.edu/projects/vishuman/VisibleHuman.html]</TT>.
 252 <P>
 253 <DT><A NAME="PMAPhome"><STRONG>6</STRONG></A><DD>
 254 Personal media arbitration protocol.
 255 Elektronisk dokument, 1996.
 256 <TT>[http://www.mirai.com/PMAP/]</TT>.
 257 <P>
 258 <DT><A NAME="TACOMAHome"><STRONG>7</STRONG></A><DD>
 259 The tacoma project.
 260 Elektronisk dokument, Mai 1996.
 261 <TT>[http://www.cs.uit.no/DOS/Tacoma/]</TT>.
 262 </DL>
 263 <P>
 264 <H2><A NAME="SECTION00061000000000000000">Om forfatteren</A></H2>
 265 <P>
 266 Petter Reinholdtsen er en laveregradsstudent i Informatikk ved
 267 Universitetet i Tromsø.  Hans hovedinteresse er internet-tjenester og
 268 Unix drift.  I tillegg til studiene jobber han deltid som webmaster og
 269 utvikler ved universitetet og på Telenor Origo.  Han har vært aktiv på
 270 Internet siden høsten 1992, da han samlet det første laget for å delta
 271 i konkuransen The Internet Hunt.
 272
 273 <P><ADDRESS><I>Petter Reinholdtsen <BR>
 274 Mon Jun  3 22:58:24 METDST 1996</I>
 275 </ADDRESS>
 276 </BODY>
 277 </HTML>