IBM MQSeries: архитектура системы очередей сообщений (стр. 1 из 3)

Николай Игнатович

В статье на примере IBM MQSeries описываются основные элементы архитектуры системы управления очередями сообщений, обеспечивающей гибкое решение для организации асинхронного взаимодействия между программами в распределенной среде. Предоставляя единый программный интерфейс для большинства программно-аппаратных платформ и обеспечивая гарантированную доставку сообщений, MQSeries упрощает разработку программ и интеграцию приложений.

Системы очередей сообщений (Messaging Oriented Middleware - MOM) принято относить к категории промежуточного ПО, которое в самом общем случае призвано решать проблемы взаимодействия между различными прикладными и системными программными компонентами. Многие аналитики компьютерной индустрии, например, специалисты из Gartner Group, отмечают сегодня быстрый рост числа решений, использующих очереди сообщений и подчеркивают при этом гибкость и адаптируемость подобной архитектуры.

Системы очередей сообщений предоставляют услуги сохранения сообщений и последующей их доставки другой программе (метод store and forward). Прикладная программа передает свое сообщение серверу (менеджеру очередей), который записывает его в локальную очередь, а затем передает по сети другому менеджеру очередей, содержащему очередь-адресат. Программа-адресат обращается к целевой очереди и получает доступ к сообщению. В результате система очередей сообщений предоставляет асинхронный метод взаимодействия программ, не требующий установки между ними прямой связи. При этом гарантируется, что передаваемое сообщение не будет потеряно или получено дважды.

Семейство MQSeries

Предшественники средств МОМ появились при решении задач обмена данными между программами, когда разработчики писали собственные локальные или сетевые модули экспорта-импорта с использованием различных промежуточных хранителей: файлов, буферов памяти и т.д. Данное ПО долгое время существовало в виде вспомогательных и частных средств, однако в связи с выходом на первый план задач интеграции готовых прикладных систем между собой системы МОМ получили мощный стимул к развитию и стандартизации.

История MQSeries как единого семейства программных продуктов начинается с 1992 года, когда компания IBM опубликовала спецификации для программного интерфейса Message Queue Interface (MQI). В том же году было заключено соглашение между IBM и компанией System Strategies (SSI), которая тогда разрабатывала собственные продукты для передачи сообщений ezBRIDGE Transact, адаптированные для использования MQI.

Затем появилось несколько принципиально новых версий, существенно расширился круг платформ и функциональных возможностей MQSeries. Сегодня менеджеры очередей MQSeries работают на OS/390, MVS, VSE/ESA, OS/400, OS/2, Tandem Guardian и Himalaya, OpenVMS VAX, Digital Unix, AIX, HP-UX, SunOS, Sun Solaris, SCO UNIX, UnixWare, AT&T GIS UNIX, DC/OSx, Windows NT/95/3.1. Для еще большего числа платформ, в том числе для DOS, Java, MacOS, Linux, существуют MQSeries клиенты. Взаимодействие менеджеров очередей MQSeries даже разных версий происходит прозрачно для внешних программ, что обеспечивает им единый интерфейс MQI и функционирование единой транспортной системы MQSeries.

Можно указать ряд направлений развития MQSeries и всей архитектуры средств МОМ: появляются новые прикладные и административные интерфейсы, упрощающие процесс создания новых систем; поддерживаются более сложные модели обработки сообщений, такие как публикация-подписка или обработка с анализом контекста сообщений; развивается интеграция между MQSeries и реляционными базами данных; появляются решения для поддержки совместной работы нескольких менеджеров очередей, соединенных в кластеры.

Устройство системы очередей сообщений

Основными элементами системы MQSeries являются: сообщения, которые прикладные программы посылают друг другу; очереди для хранения сообщений; менеджеры очередей, управляющие очередями и обработкой сообщений; каналы передачи сообщений, связывающие менеджеры между собой.

Сообщения (Message) MQSeries представляют собой структуру данных, состоящую из заголовка сообщения размером 324 байт (MQMessageDescriptor) и прикладных данных, в зависимости от платформы имеющих размер до 100 Мбайт. Заголовок содержит контрольную информацию о сообщении и его характеристиках. С помощью этой информации менеджер очередей решает, каким образом обрабатывать и куда передавать сообщение.

Прикладная часть сообщения может включать данные в специальных предопределенных форматах или данные в форматах пользователя. Для приложений, функционирующих под управлением разных ОС и оперирующих различными кодовыми страницами, поддерживаются методы конвертации данных.

Очередь сообщений (Queue) - основное место хранения и обработки сообщений. Физическое управление очередями полностью скрыто от прикладных программ - приложения могут получить доступ к очередям только через интерфейс MQI (Message Queue Interface). Для передачи критически важной информации MQSeries использует "постоянные" (persistence) сообщения, которые журналируются и восстанавливаются после рестарта менеджера сообщений. Для повышения производительности MQSeries поддерживает также и "непостоянные" сообщения, которые не журналируются и могут быть потеряны в результате системного или аппаратного сбоя.

Менеджер очередей (Queue Manager) отвечает за управление очередями сообщений и прием вывозов от прикладных программ. Внутренняя реализация менеджеров очередей для каждой операционной системы своя. Однако с функциональной точки зрения менеджеры очередей MQSeries представляют собой совокупность очередей различных типов, каналов передачи сообщений между менеджерами, программ-мониторов и административных утилит.

Прикладные программы взаимодействуют с системой MQSeries через интерфейс прикладного программирования MQI, который имеет единую структуру на всех платформах и основан на простой системе из десятка команд.

Взаимодействие с системой любой прикладной программы начинается с команды подключения к менеджеру очередей MQCONN. Чтобы использовать очередь, приложение должно сначала ее открыть (команда MQOPEN). Если все прошло успешно, программе возвращается специальный указатель (object handle), на который она будет ссылаться при последующих обращениях к данной очереди. Для помещения сообщения в очередь используется команда MQPUT, для выборки сообщений - команда MQGET, для вспомогательных целей запроса и установки атрибутов очередей существуют вызовы MQINQ и MQSET. При этом многочисленные опции команд позволяют реализовать различные режимы работы приложений с очередями сообщений. Например, путем установки опций команды MQGET можно осуществлять просмотр и навигацию вдоль очереди сообщений (по типу курсора CУБД) или выборку сообщений, удовлетворяющих, например, какому-либо признаку. Для начала и завершения транзакции используется команда MQCMT и команда отката транзакции назад MQBACK. Для закрытия очереди и отсоединения от менеджера очередей применяются команды MQCLOSE и MQDISC соответственно.

При создании приложений обеспечивается поддержка интерфейса MQI для языков программирования: Cи, С++, Java, SmallTalk, Cobol, PL/1, Lotus LSX, Basic. Для написания программ, использующих MQSeries, можно задействовать такие распространенные пакеты быстрой разработки приложений, как VisualAge, Delhi, PowerBuilder, VisualBasic и другие. Хотя надо отметить, что разработка приложений для систем очередей сообщений имеет свои особенности, связанные с асинхронным характером взаимодействия, например программирование процедур-мониторов очередей.

Передача сообщений в распределенной системе

Пользовательские приложения не обязаны "знать" внутреннюю структуру системы менеджеров MQSeries: адрес физического размещения очереди, типы коммуникаций между менеджерами очередей и т.п. Приложение, обращаясь к менеджеру очередей, всегда получает доступ только к локальным очередям сообщений. Когда приложение посылает сообщение в очередь, расположенную на удаленной системе, то сообщение для надежности записывается в специальную транспортную очередь (transmission queue), а уже затем переправляется по каналу передачи другому менеджеру на удаленную систему.

На рис. 1 показаны основные элементы, участвующие в передаче сообщения - от приложения к менеджеру очередей A и затем в удаленную очередь на менеджере очередей B.

Рис. 1. Порядок передачи сообщений

Каналы передачи сообщений

Каналы соединяют менеджеры очередей и позволяют осуществлять односторонне направленную посылку сообщений под контролем пары взаимодействующих канальных агентов (Message Channel Agent-MCA). Каналы определяются парами на каждом из взаимодействующих менеджеров очередей. Существует несколько типов каналов, которые должны соответствовать друг другу в паре. Типы каналов различаются тем, какая сторона в канале инициирует установку связи, а какая играет роль источника сообщений. Комбинации соответствующих признаков дают пары типа Sender-Receiver или Requestor-Server. Инициаторами связи выступают каналы типа Sender и Requestor: в их определении содержатся сетевые адреса и параметры

Приведем пример административной команды для создания канала в MQSeries, в которой указаны основные параметры, определяющие канал:

DEFINE CHANNEL(имя канала)

CHLTYPE(тип канала) +

TRPTYPE(сетевой протокол) +

...{XMITQ(очередь трансмиссии)}

После установки связи из транспортной очереди в канале начинается передача сообщений. При передаче сообщений между двумя менеджерами очередей используется специальный протокол канала сообщения (Message Channel Protocol - MCP). Сообщения удаляются из транспортной очереди передающего менеджера только после подтверждения доставки сообщения другим менеджером. Использование протокола MCP обеспечивает передачу сообщения полностью, в том числе в случае системного или сетевого сбоя.

Если линия связи недоступна, MQSeries может автоматически совершать повторные попытки передачи после восстановления связи. Протокол МСР используется при передаче сообщений поверх транспортных протоколов более низкого уровня.


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.