网络软件设计10——有状态设计.ppt

网络软件设计,服务器的有状态与无状态 有状态协议设计,制作 主讲,段景山,2,状态 由服务器维护的，关于服务器与客户机正在进行的交互 的信息称为状态 “信息”不是指服务器和客户机交互的数据，而是关于交互过程本身 有状态服务器 保存状态信息的服务器程序 例：认证服务器需要记录与客户交互的状态正在认证（等待用户名、等待口令）、已认证等 无状态服务器 不保存状态信息的服务器程序 例：聊天应用,有状态与无状态服务器,3,有状态服务,为什么要求设计有状态服务器 任务需求 可以减少报文开销（利用报文间的相关性） 有状态服务器面临的问题 增加实现的复杂程度 需要复杂的协议控制 系统在多个状态下转换时，可能因错误事件而导致：进入非期望状态、死锁、崩溃 可以设计有限状态机来指导软件实现,4,无状态是一个协议问题,为什么要设计无状态服务 任务需求 服务实现简单，可靠性强 一个报文的意义不依赖先前的报文状态的依赖性 究竟网络应用软件是有状态的还是无状态的 从系统的角度，系统是“无状态”的 系统能不断为各次通信服务 从功能实现角度，复杂的通信应采用有状态方法设计,5,有限状态机,一种直观、全局、准确的协议描述方法,状态,转换,事件,动作,缺点时序性不强,6,有限状态机的基本结构,状态： 实体有有限个状态 每一时刻，实体只处于其中一个状态 事件： 事件引起实体产生动作，如收到PDU、定时器到时等 事件按发生的顺序排在事件队列中，等待处理 事件可能有附加条件 动作： 处理队列中的一个事件，转移到下一状态 不同状态下，对同一事件可能有不同的处理方法 最简动作：忽略事件，保持状态（图中可省略不画）,FSM,事件,状态1,状态2,事件e1 / 动作a1,事件e2 / 动作a2,事件e3 / 动作a3,7,例,以停等协议为例，讲解利用有限状态机实现有状态设计 发送方发送完一个数据包后，需得到接收方的确认才能发送下一个数据包 若接收方超时没有确认，发送方将重传,8,停等协议的状态机（1）,状态机 （Ns, Nr）,发送,接收,递交,上层DU,协议实体,PDU、ACK To：对等实体,PDU、ACK From：对等实体,状态机的位置,9,停等协议（2）,状态的确定,0,ACK,1,ACK,发送方,接收方,准备发送帧1,准备发送帧0,等待帧1,等待帧0,10,停等协议状态机,准备 发送帧0,准备 发送帧1,等待 接收帧0,等待 接收帧1,接收方,发送方,11,有限状态机小结,状态 状态是复合的 由多个要素形成 如：准备发送帧0状态 刚发送了帧1 上层有一个待发的SDU 收到了对前一帧的应答 等待刚发送的帧的应答还没有超时 系统的状态是稳定的 不触发就不变化 制定状态的结果可能不唯一,状态1,状态2,/,x,12,有限状态机小结,事件 转换的输入条件 若是别的状态的动作造成转换，则跃迁的状态是不稳定状态，不应出现 可以是对等实体的动作 状态机一次只处理一个事件 如果有必要处理多个事件，应定义为复合事件,状态1,状态2,事件1/动作1,事件2 （动作1)/动作2,，动作2,事件1,事件2 /动作3,事件1/动作1,事件2/动作2,状态3,状态1,事件3 /动作3,13,有限状态机小结,动作 动作一定由事件触发 不触发就自发产生动作是不稳定状态 某些转换不一定产生动作，动作不一定伴随状态转换 触发不一定有动作产生，不一定造成状态转换,状态1,/动作1,事件1/,x,状态1,事件2/动作2,事件3/,14,有限状态机的作用(1),指导协议实现 根据有限状态机形成状态转移表,状态转移表,15,状态转移表,停等协议的状态转移表,16,状态转移表,停等协议的状态转移表,等待帧0,等待帧1,发送ACK,收到帧0,发送ACK,收到帧1,17,fsm程序框架,根据状态转移表形成fsm程序可能的框架,fsm( 当前状态,事件 ） ,switch( 事件）,case 事件1:,case 事件2:,default：ignore；,return next_state;,action 1;,next_state = xxx;,main() state = initial; while(1) waite for a event; state = fsm(state,event); ,fsm.c,if（当前状态=X）,18,改进的fsm程序框架,main() state = initial; while(1) waite for a event; switch（state） case X: state = x_fsm(event); case Y: state = y_fsm(event); ,x_fsm(事件) ,switch( 事件）,case 事件1:,case 事件2:,default：ignore；,return next_state;,action 1;,next_state = xxx;,19,有限状态机的设计,事件的产生 停等协议的事件 接收到数据：Information、ACK 定时器 利用select（） 接收到数据 read事件进一步判决为Information、ACK等 定时 select timeout 超时计时 例：定时器为5秒，timeout可设为5秒，如果select返回值为0则认为超时 或者timeout设为1秒，连续五次select返回值为0，则认为超时。,20,有限状态机的设计,main() state = initial; while(1) waite for a event; switch（state） case X: state = x_fsm(event); case Y: state = y_fsm(event); ,main( ) timeout = 5; while(1) retval = select(,timeout); if(retval = 0) event = TIMEOUT; else if(FD_ISSET(s,read) check the data type; event = data type; switch(state) ,21,停等协议的有限状态机设计,事件定义 #define EVENT_RECV0 1 #define EVENT_RECV1 2 #define EVENT_ACK 3 #define EVENT_TIME 4 状态定义 #define STATE_SEND0 1 #define STATE_SEND1 2 #define STATE_RECV0 3 #define STATE_RECV1 4,22,停等协议的有限状态机设计,PDU设计 事件产生,retval = select(,timeout); if(retval = 0) event = TIMEOUT; else if(FD_ISSET(s,read) check the data type; event = data type; ,struct PDU char type; char sequence_num; char len; char data100; sendbuf,recvbuf;,recv(s, ,停等协议的有限状态机设计,停等协议缓冲区设计 发送方： 单个帧的发送缓冲 以备超时重传时使用 struct PDU sendbuf; 接收方： 单个帧的接收缓冲 struct PDU recvbuf;,23,事件处理（例：发送状态）,24,switch(state) case STATE_SEND0: state = S0_fsm(event); break; case STATE_SEND1: state = S1_fsm(event); break; ,25,int S0_fsm(int event) int next_state; next_state = STATE_SEND0; switch(event) case EVENT_ACK: sendbuf.len = fread(sendbuf.data,sizeof(char), sizeof(sendbuf.data),Fid); sendbuf.sequence_num = 1; sendbuf.type = FRAME_DATA; send(sock,(char*) ,26,停等协议的有限状态机设计,事件处理（例，接收状态）,switch(state) case STATE_RECV0: state = R0_fsm(event); break; case STATE_RECV1: state = R1_fsm(event); break; ,int R0_fsm(int event) int next_state; next_state = STATE_RECV0; switch(event) case EVENT_RECV0: /duplicate frame ProgramLog(“Dicard frame 0“,“Duplicate“); /send ack sendbuf.type = FRAME_ACK; sendbuf.len = 3; send(ns,(char*) ,停等协议的有限状态机设计,完善细节 起始状态 第一个帧的发送是“没有”条件触发的 结束状态 接收方需要知道还有没有新的数据,28,案例：某嵌入式终端主控程序设计,需求 界面控制,29,30,需求 功能控制,31,基于状态机的主控设计,主程序架构,32,事件驱动基本架构,33,状态设计,34,状态转移图,35,状态转移表