Padrões-06 - Padrões Arquiteturais - Microkernel

Padrões Arquiteturais

Sistemas Adaptáveis Microkernel

2 Livro Texto: Pattern Oriented Software Architecture - Buschmann

Eduardo N. F. Zagari

Sistemas Adaptáveis

• Sistemas evoluem: novas funcionalidades são adicionadas e serviços existentes atualizados

• Projetar sistemas para mudanças é importante, não só para que ele suporte suas próprias modificações, mas também: – Novas versões de S.O.s, plataformas de interfaces,

componentes de terceiros, bibliotecas – Novos padrões de plataforma de HW – Atualizações de requisitos – Customização



Sistemas Adaptáveis

• Padrão Microkernel: – Aplica-se a sistemas que devem ser aptos a se

adaptarem a novos requisitos – Separa as funções principais das funcionalidades

estendidas • Padrão Reflexão:

– Mecanismo para mudança dinâmica da estrutura e do comportamento do sistema

– Suporta modificação de aspectos fundamentais – Meta Nível versus Nível Base



Microkernel

• Aplica-se a sistemas de software que devem ser aptos a se adaptarem a alterações nos requisitos do sistema

• Separa a funcionalidade central do sistema das partes específicas do usuário e da funcionalidade estendida

• Serve também como um conector para ligar estas extensões e coordenar suas colaborações



Exemplo



Contexto

• O desenvolvimento de várias aplicações que usam interfaces de programação similares que residem sobre uma mesma funcionalidade núcleo



Problema

• Sistemas que tem “vida longa”, devem sobreviver a emersão de novas tecnologias e à mudanças das antigas – S.O.s e GUIs

• Aspectos que devem ser levados em consideração no desenvolvimento da plataforma da aplicação: – Deve lidar com a evolução contínua de HW e SW – Deve ser portável, extensível e adaptável para

permitir a fácil integração de tecnologias emergentes



Problema

• O sucesso desta plataforma de aplicação depende da capacidade dela de rodar aplicações escritas para padrões existentes – Capacidade de emular outras plataformas de

aplicação • O núcleo funcional da plataforma de aplicação

deve ser separado em: – Um componente com quantidade de memória mínima – Serviços que consumam menor processamento

possível



Solução

• Encapsular os serviços fundamentais em no componente microkernel – Deve possibilitar outras componentes

comunicarem entre si – Manter recursos do sistema – Prover interfaces de acesso

• Demais funcionalidades devem ser alocadas em Servidores Internos



Solução

• Servidores Externos – implementam suas próprias visões do microkernel (via interfaces) – Representa uma outra plataforma de

aplicação • Clientes – comunicam-se como os

servidores externos usando as facilidades de comunicação providas pelo microkernel



Estrutura - Microkernel

• Implementa os serviços básicos, como facilidades de comunicação, tratamento de recursos

• Expõe interfaces para que os demais componentes usem seus serviços

• Esconde dependências específicas do sistema, como partes dependente de HW

• Implementa serviços atômicos (mecanismos) sobre os quais funcionalidades mais complexas são construídas (políticas)



Estrutura – Servidor Interno (Subsistema)

• Estende a funcionalidade do microkernel • Microkernel invoca sua funcionalidade via

requisições de serviço – Podem encapsular algumas dependências do

sistema (p. ex., drivers de placas gráficas específicas)

• São acessíveis apenas pelo microkernel (que os ativa ou carrega somente quando necessário)



Estrutura – Servidor Externo (Personalidade)

• Usa o microkernel para implementar sua própria visão (camada de abstração) do domínio da aplicação

• Também expõem suas funcionalidades exportando interfaces

• Rodam em processos separados • Recebem req. de serviços das aplicações

clientes (via facilidades de comunicação) • Executam o serviço apropriado • Retornam resultado a seus clientes



Estrutura - Cliente

• Associado a exatamente um servidor externo

• Clientes podem necessitar acessar as interfaces de seus servidores diretamente – Problema: clientes teriam o código para

comunicação com o servidor externo “hard-coded”. Este acoplamento traz desvantagens: • Não suporta bem alterações



Estrutura – Adaptadores (Emuladores)

• Interfaces entre os clientes e os S.Ext. para protegê-los de dependências diretas – Isto é, acesso de forma portável

• São parte do espaço de endereçamento dos clientes

• Se o servidor externo implementa uma plataforma de aplicação existente, o adaptador correspondente imita a API da plataforma.

• Responsável por encaminhar as requisições (usa serviço do microkernel)



Estrutura



Dinâmica – Cenário 1 Cliente chama serviço de seu S.E.



Dinâmica – Cenário 2 Arquitetura Microkernel



Implementação

1. Analise o domínio da aplicação – Funcionalidade núcleo necessária para

implementar servidores externos 2. Analise os servidores externos

– “Políticas” que serão providas 3. Categorize os serviços

– Sempre que possível, agrupe as funcionalidades em categorias semânticamente independentes



Implementação

4. Particione as categorias – Microkernel versus servidores internos

5. Encontre um conjunto de operações e abstrações completo e consistente para cada categoria

6. Determinar estratégias para transmissão e recuperação de requisições

7. Estruture o componente microkernel – Considere o uso do Padrão de Camadas



Implementação

8. Especificar as interfaces de programação do microkernel

9. Criar e manter mapeamento entre recursos e handles

10. Projetar e implementar Servidores Internos

– Processos separados ou bibliotecas 11. Implemente os Servidores Externos



Implementação

12. Implemente os adaptadores 13. Desenvolva as aplicações cliente ou use

as existentes



Benefícios

• Portabilidade – Na maioria dos casos, não se precisa portar os

servidores externos ou clientes se portarmos o Microkernel para um novo ambiente

– Mesmo a migração do microkernel demanda apenas modificações nas partes dependentes de HW

• Flexibilidade e Extensibilidade – Mais “políticas” versus mais “habilidades”

• Separação de “políticas” e “mecanismos”



Desvantagens

• Desempenho • Complexidade do projeto e

implementação

Technology

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