Axum – Agenci w akcji

Powakacyjna kontynuacja serii na temat różnych podejść w pisaniu aplikacji równoległych. Po koniec lipca przedstawiłem model Agenta, a dzisiaj chciałbym przedstawić jego Microsoftową implementację.

Axum to kolejny inkubacyjny projekt z Redmond, tak więc naprawdę nie wiadomo, co się z nim dalej stanie. Model agenta [1], który przedstawiłem w poprzednim poście, został przez giganta potraktowany całkiem poważnie. Solidna implementacja, skalowalność, wtyczka do Visual Studio – to wszystko daje całkiem duże pole do popisu, ale powoli…

Axum to jezyk programowania – pewnie się zdziwiliście – w 99% oparty na C# i w pełni współpracujący z platformą .NET. To narzędzie umożliwiające koordynację niezależnych komponentów aplikacji, definiujące agentów oraz ich interakcje. Jest to język „special-purpose”, więc z miejsca wprowadzona jest tu równoległość.

Najprościej przedstawić Axum budując bardzo prostą aplikację taką jak  kalkulator. Na początek zatem musimy zaplanować, jakie elementy będą nam potrzebne – myśląc naturalnie w świecie agentów. Otóż, potrzebny będzie nam agent wykonujący pojedyncze działanie, np. dodawanie, ale również agent, który przekaże mu dane jednocześnie odbierając je od nas (np. z konsoli), tj. agent utożsamiany z punktem wejściowym aplikacji. Agent powinien również definiować kanał, czyli określenie rodzaju wiadomości, jaką może obsłużyć.

Zacznijmy zatem od kanału. Nazwijmy go MathChannel:

  1. channel MathChannel
  2. {
  3.    input int X;
  4.    input int Y;
  5.    output int Z;
  6. }

Jak widać, kanał definiuje pewne pola zwane portami. Oprócz typu decyduje się również o kierunku. Porty to nic innego jak bufory. Kolejność używania portów przez agenta można zdefiniować w tzw. patternach, ale na tym etapie poznawania Axum nie będą one potrzebne.

Stwórzmy zatem agenta dodawania:

  1. public agent Adder : channel MathChannel
  2. {
  3.    public Adder()
  4.    {
  5.       while(true)
  6.       {
  7.          Z <– ( receive(X) + receive(Y) );
  8.       }
  9.    }
  10. }

Należy zauważyć, że definiując agenta, musimy zdecydować, jaki kanał będzie obsługiwał, a w tym wypadku oczywiście będzie to nasz kanał matematyczny. Jak widzicie, kanał nie decyduje o funkcjonalności, a jedynie o możliwym interfejsie obsługi. Konstruktor tego agenta jest punktem wejściowym. Czytanie z kanału jest blokujące, tak więc łatwo zauważyć, na czym polega działanie agenta: czeka on na parametr, który pojawi się na porcie X w kanale. Jeśli przyjdzie, czeka na Y, a jeśli i ten przyjdzie – na port Z wstawia wynik działania i znów nasłuchuje na porcie X. O ile konstrukcja pobierania z portu jest „normalna”, to wysyłanie wyniku na port operatorem „<–” może troszkę dziwić. Axum definiuje więcej podobnych operatorów.

Czas na kluczowego agenta:

  1. public agent App : channel Application
  2. {
  3.    public App()
  4.    {
  5.       var a = Adder.CreateInNewDomain();
  6.       while(true)
  7.       {
  8.          Console.Write("X: ");
  9.          int x = Int32.Parse(Console.ReadLine());
  10.          a::X <– x;
  11.  
  12.          Console.Write("X: ");
  13.          int y = Int32.Parse(Console.ReadLine());
  14.          a::Y <– y;
  15.  
  16.          int za = receive(a::Z);
  17.          Console.WriteLine("Adder Z: " + za);
  18.       }
  19.    }
  20. }

Agent będący punktem wejściowym aplikacji musi implementować kanał Application, co w tym wypadku polega jedynie na deklaracji. W konstruktorze (czyli w ciele wykonywania agenta) tworzymy pozostałych potrzebnych nam agentów, w tym wypadku tylko jednego – do dodawania. Zauważcie, że stworzony został w innej domenie niż obecny agent, przez co będzie mógł działać równolegle. Następnie najzwyczajniej w świecie pobieramy liczbę z konsoli i wysyłamy ją na dany port agenta – port który definiuje zgodnie z kanałem. To samo robimy z drugim argumentem. Znaną funkcją receive odbieramy wynik. Ciekawy jest sposób dostępu do portów, a mianowicie nie przez kropkę, jak przywykliśmy do tego typu konstrukcji, a przez podwójny dwukropek.

Myślę, że kod jest na tyle prosty, że każdy zrozumiał ideę, ale teraz więcej szczegółów.

  • każdy agent to oddzielny wątek
  • wysyłanie na porty odbywa się przez kopiowanie i jest nieblokujące
  • porty mogą być jedynie typów niezmiennych (immutable) lub w pełni serializowanych
  • możliwe są operacje Multiplex, Combine, Broadcast, Alternate
  • kanały są kompatybilne z WCF

Axum to naprawdę potężne narzędzie, które bez problemu można wpleść w istniejące projekty .NETowe. Jest skalowane, intuicyjne i proste w zaadaptowaniu. W powyższym wpisie przedstawiłem jedynie  zarys funkcjonalności, ale wszystkich gorąco zachęcam do przyjrzeniu się temu narzędziu bliżej.

Dostępna jest wersja Axum zarówno do VisualStudio 2008 oraz 2010 [2]. Dla ciekawskich powyższy projekt powiększony o jeszcze jednego agenta prezentuje na swoim googlowym hostingu kodu [3]. Zapraszam!

Źródła:

Promuj

Pamięć Transakcyjna – Istniejące implementacje – cz.1

Na rynku istnieje wiele rozwiązań implementująych STM – zdziwilibyście się, jak wiele. Są to rozszerzenia dla więkoszści języków: zaczynając od C, przez C++, C#, Java, Haskell, Perl. Dość pokaźna lista znajduje się w wikipedii. W tym poście chciałbym omówić jedynie kilka.

Rozwiązanie, którego wydajność opisywałem w poprzednim poście, jest modyfikacją maszyny wirtualnej Javy. Dokładny opis znajduje się w dokumencie [1] oraz na tej stronie. Można pobrać przykładowy kod i spróbować samemu uruchomić to rozwiązanie.

Drugie rozwiązanie, jakie chciałbym zaprezentować, zostało stworzone w laboratoriach Microsoft Research (prawdopodobnie przy pomocy Brown University), i nosi nazwę SXM (dokumentacja znajduje się tutaj [2]). Wersję 1.0 można pobrać tutaj [3], a wersję 1.1 tutaj [4]. Jest to implementacja na platformę .NET w postaci specjalnej biblioteki. Zamysł jest prosty: klasy, których chcemy używać równolegle, musimy zarejestrować w fabryce obiektów i dzięki tej fabryce musimy te obiekty tworzyć. Właściwości, których będziemy używać, należy dodatkowo opatrzyć specjalnym atrybutem. Fabryka dynamicznie tworzy podklasę i opakowuje atrybuty w specjalne wywołania – to są właśnie atonomiczne bloki. Dynamiczne tworzenie podklas możliwe jest dzięki mechanizmom z przestrzeni nazw System.Reflection.Emit.  Ponadto kod źródłowy SXM, która można pobrać z podanych linków [3,4], zorganizowany jest jako benchmark. Zawiera dwie różne implementacje fabryk, nakłaniając programistę do napisania swojej i sprawdzenia jej wydajności z istniejącymi.

Kolejne rozwiązanie, również na platformę microsoftu, to STM.NET. Można śmiało założyć, że SXM był pierwowzorem, na którym bazowali inżynierowie tworzący STM.NET. Historia tego produktu jest jednak o wiele bardziej ciekawa. STM.NET funkcjonował od jakiegoś czasu jako projekt na DevLab’ach, czyli wyżej w hierarchii niż MS Research. Blog zespołu tworzącego można śledzić tutaj nadal, mimo tego, że projekt został zakończony – tak można przeczytać na oficjalnej stronie rozwiązania – dnia 13 maja br. Dla programisty zostawiono jedynie podręcznik użytkownika. Rozwiązanie to nie było biblioteką, a zmodyfikowaną wersją platformy .NET 4 beta 1. Jak wiemy, mechanizm transakcji najlepiej sprawdzi się wtedy, kiedy będzie na stałe zintegrowany z platformą, na jaką został napisany – tak właśnie uczynili inżynierowie.

Według mnie projektu nie wycofano, bo był on mało przydatny. Myślę, że wejdzie on w skład Parallel Extensions w następnej wersji platformy – ale to tylko moje domysły. Dlaczego tak uważam? Wiadomo dokładnie, jak nazywał się plik, który był do pobrania w czasie trwania projektu (dotNetFx40_STMNet_10_x86.exe). Na zagranicznych portalach, na których był udostępniany, została po nim tylko notka, że usunięto zasób ze względu na prawa autorskie (zobacz). Ktoś się natrudził, aby to uczynić. Nie ustrzeżono się jednak błędów. Mimo usunięcia strony pobierania archiwa z przykładami i dokumentacją bezpośredni link do pliku działał jeszcze przez ponad miesiąc. Spragniony tego rozwiązania nadal szukam w czeluściach Internetu pliku ze zmodyfikowaną wersją platformy…

W następnym poście opiszę kolejne implementacje. Zapraszam.

Źródła:

Update, godz 14:30:

Z nieznanych mi przyczyn, podany link do zmodyfikowanej platformy, w serwisie depositfiles, zaczął nagle działać.

Promuj