Was ist Remote Procedure Call (RPC)?

Ein Remote Procedure Call (RPC) ist eine Kommunikationsmethode, die es einem Programm ermöglicht, Funktionen oder Prozeduren auf einem anderen Computer auszuführen oder server als würden sie lokal ausgeführt.

Was ist ein Remote Procedure Call?

Remote Procedure Call ist ein Protokoll und Programmierkonzept, das es einem Computerprogramm ermöglicht, eine Prozedur auf einem anderen Rechner über ein Netzwerk auszuführen, während sie dem Programmierer als lokaler Funktionsaufruf erscheint. Es bietet einen Mechanismus für die Interprozesskommunikation in verteilten Systemen und verbirgt die Komplexität der zugrunde liegenden Netzwerkprotokolle und Datenübertragung.

Bei Verwendung von RPC sendet der Client-Prozess eine Anfrage an den server Prozess, der die angegebene Prozedur ausführt und das Ergebnis zurückgibt. Der gesamte Austausch wird über Stubs abgewickelt und Middleware die Aufgaben wie das Marshallen von Argumenten, die Handhabung des Netzwerktransports und die Verwaltung von Antworten ausführen, sodass Entwickler mit einfachen Prozeduraufrufen arbeiten können, anstatt die Kommunikation auf Socket-Ebene manuell zu codieren.

Durch die Schaffung dieser Abstraktion erleichtert RPC den Entwurf von Klient-server Architekturen, verteilte Anwendungen und Dienste, die auf verschiedenen Maschinen laufen, Betriebssystemeoder Umgebungen, während die nahtlose Interaktion zwischen den Komponenten aufrechterhalten wird.

Arten von Remote Procedure Calls

RPCs können je nach Art der Kommunikation, Datenübertragung und Ausführungsfluss unterschiedlich implementiert werden. Diese Unterschiede wirken sich auf Leistung, Transparenz und Zuverlässigkeit in verteilten Systemen aus. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten RPC-Typen und ihre Erläuterungen:

• Synchrones RPC. Beim synchronen RPC sendet der Client eine Anfrage an den server und wartet, bis die server beendet die Verarbeitung und gibt eine Antwort zurück. Dieser Ansatz ist unkompliziert, kann aber zu Verzögerungen führen, wenn die server Die Antwort dauert lange, da der Client blockiert bleibt, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
• Asynchrones RPC. Beim asynchronen RPC sendet der Client eine Anfrage an den server und setzt die Ausführung fort, ohne auf die Antwort zu warten. Die server verarbeitet die Anfrage selbstständig und der Client ruft das Ergebnis später über einen Rückruf-, Polling- oder Benachrichtigungsmechanismus ab. Dies verbessert die Reaktionsfähigkeit, erfordert jedoch eine komplexere Programmierung zur Ergebnisverwaltung.
• Einweg-RPC. One-Way-RPC ermöglicht dem Client, eine Anfrage an den server ohne dass ein Rückgabewert oder eine Bestätigung erwartet wird. Es wird typischerweise für Vorgänge wie Protokollierung oder Benachrichtigungen verwendet, bei denen eine Bestätigung nicht erforderlich ist. Da keine Wartezeiten auftreten, sind unidirektionale RPCs effizient, bieten jedoch keine Garantie für die Zustellung oder den Erfolg.
• Batch-RPC. Mit Batch RPC kann der Client mehrere Anfragen gruppieren und an den server in einem einzigen Anruf. Die server führt jede Anfrage aus und gibt die Ergebnisse in einer Antwort zurück. Dies reduziert den Aufwand mehrerer Netzwerkaufrufe und verbessert die Leistung in Szenarien mit häufigen oder sich wiederholenden Anfragen.
• Sicherer RPC. Secure RPC fügt hinzu Verschlüsselung, Beglaubigungund Integritätsprüfungen des RPC-Mechanismus. Es stellt sicher, dass die Kommunikation zwischen Client und server ist vor unbefugtem Zugriff, Datenmanipulation und Identitätsbetrug geschützt. Dieser RPC-Typ ist in Umgebungen von entscheidender Bedeutung, in denen vertrauliche Daten über Netzwerke ausgetauscht werden.

Beispiel für einen Remote Procedure Call

Ein Beispiel für RPC ist in einem Client zu sehen.server Anwendung, bei der ein Client Benutzerinformationen von einem Remote-Datenbankdienst abruft.

Angenommen, ein Entwickler möchte die Funktion getUserDetails(userID) in seinem lokalen Programm aufrufen. Anstatt die Funktion auf dem Client-Rechner auszuführen, wird der Aufruf über das Netzwerk an einen server Hosten des Benutzers Datenbank.

Das RPC-System generiert Client-Stubs mit einem server Stummel. Der Client-Stub nimmt den Funktionsaufruf entgegen, ordnet das Argument (die Benutzer-ID) an und sendet es als Anfrage an den server über das Netzwerk. Die server Stub empfängt die Anfrage, deserialisiert die Daten und ruft die eigentliche Funktion getUserDetails(userID) auf dem server. Sobald der server Ruft die Benutzerinformationen (wie Name, E-Mail und Kontostatus) ab und sendet das Ergebnis zurück an den Client-Stub, der die Daten deserialisiert und zurückgibt, als ob die Funktion lokal ausgeführt worden wäre.

Aus der Sicht des Clients sieht der Aufruf von getUserDetails(42) identisch aus wie der Aufruf einer lokalen Funktion, aber in Wirklichkeit erfolgten die Berechnung und der Datenzugriff remote auf dem server.

Wichtige Funktionen des Remote Procedure Call

Remote Procedure Call führt eine Reihe von Funktionen ein, die es Entwicklern erleichtern, verteilte Anwendungen indem die Komplexität der Netzwerkkommunikation verborgen wird. Diese Funktionen definieren, wie RPC funktioniert und warum es in Client-server und serviceorientierte Architekturen:

• TransparenzRPC lässt Remote-Funktionsaufrufe identisch mit lokalen erscheinen. Entwickler können eine Remote-Prozedur aufrufen, ohne sich um die zugrunde liegenden Netzwerkvorgänge, die Datenserialisierung oder Kommunikationsdetails kümmern zu müssen.
• Klient-server Modell. RPC unterstützt natürlich eine Client-server Struktur, in der der Kunde Dienstleistungen anfordert und die server stellt sie bereit. Diese Rollentrennung vereinfacht den verteilten Systementwurf.
• Stubs und Proxy-Mechanismus. RPC verwendet Stubs (auf der Clientseite) und Skeletons oder Proxies (auf der server Seite) zum Packen (Marshalling) und Entpacken (Unmarshalling) von Parametern und Ergebnissen. Dies ermöglicht eine reibungslose Kommunikation ohne manuelle Handhabung von Netzwerkprotokollen.
• Rangieren und AbreihenArgumente und Rückgabewerte werden in ein für die Netzwerkübertragung geeignetes Format serialisiert (marshalliert) und anschließend wieder in nutzbare Datenstrukturen deserialisiert (deserialisiert). Dies gewährleistet die Kompatibilität zwischen heterogenen Systemen.
• KommunikationsabstraktionDie RPC-Schicht verbirgt Details auf Transportebene wie Sockets, Nachrichtenformatierung und Fehlerbehandlung. Diese Abstraktion ermöglicht es Entwicklern, sich auf die Anwendungslogik statt auf den Netzwerkcode zu konzentrieren.
• Synchrone und asynchrone Unterstützung. RPC kann im synchronen Modus betrieben werden, wobei der Client auf die serverAntwort oder asynchroner Modus, bei dem der Client die Ausführung fortsetzt und das Ergebnis später verarbeitet. Dies flexibility unterstützt unterschiedliche Anwendungsanforderungen.
• FehlerbehandlungDa Netzwerkausfälle oder server Probleme auftreten können, umfassen RPC-Frameworks Mechanismen zur Ausnahmebehandlung, Wiederholungsversuche oder Timeout-Erkennung, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
• Sprach- und Plattformunabhängigkeit. Viele RPC-Implementierungen sind so konzipiert, dass sie auf verschiedenen Betriebssystemen, Architekturen und Programmiersprachen. Protokolle wie gRPC oder XML-RPC ermöglichen Interoperabilität in heterogenen Umgebungen.

RPC-Architektur

Die Architektur eines Remote Procedure Calls basiert auf dem Client-server Modell, bei dem der Kunde einen Dienst anfordert und der server stellt die Ausführung dieses Dienstes bereit.

Auf der Clientseite ruft die Anwendung eine Remote-Funktion auf, die von einem Client-Stub. Der Stub ist für das Marshalling der Parameter verantwortlich und konvertiert sie in ein standardisiertes Format, das für die Netzwerkübertragung geeignet ist. Diese Daten werden dann durch das Kommunikationssubsystem des Betriebssystems geleitet und über das Netzwerk an den serverAus Sicht des Clients sieht es so aus, als ob die Funktion lokal ausgeführt wurde, obwohl die Anfrage über ein Netzwerk übertragen wurde.

Auf dem server Seite wird die Anfrage von einem server Stummel (manchmal auch Skelett genannt), das die Daten wieder in ihr ursprüngliches Format zurückführt und sie an die eigentliche Prozedurimplementierung weitergibt. Nach der server die angeforderte Funktion ausführt, wird das Ergebnis erneut geordnet und über das Netzwerk zurückgesendet, wobei der umgekehrte Pfad durch die server Stub, Netzwerkschicht, Client-Stub und schließlich zurück zur Client-Anwendung.

Diese mehrschichtige Interaktion (Anwendung, Stubs und Kommunikationssystem) bildet die Grundlage der RPC-Architektur und ermöglicht eine nahtlose Kommunikation zwischen verteilten Komponenten, während die Details der Netzwerkprotokolle, der Datendarstellung und der Fehlerbehandlung abstrahiert werden.

Remote Procedure Call-Anwendungen

RPCs werden häufig in verteilten Systemen und vernetzten Anwendungen eingesetzt, da sie die Kommunikation zwischen Prozessen auf verschiedenen Rechnern vereinfachen. Im Folgenden sind die wichtigsten Anwendungsbereiche aufgeführt:

• Klient-server Anwendungen. RPC ist die Grundlage vieler Client-server Systeme, in denen Clients Dienste wie Authentifizierung anfordern, Datei Zugang oder Datenbank Abfragen und servers die Verarbeitung bereitstellen. Es ermöglicht eine nahtlose Interaktion, ohne dass der Client Netzwerkdetails verwalten muss.
• Verteilte Systeme. In verteilten Umgebungen können verschiedene Komponenten auf mehreren Knoten ausgeführt werden. RPC ermöglicht die Interaktion dieser Komponenten, als befänden sie sich auf derselben Maschine und unterstützt Aufgaben wie verteilte Dateisysteme, replizierte Datenbanken und Lastausgleich Dienstleistungen.
• Microservices-Kommunikation. Modern Microservices verlassen sich oft auf RPC-Frameworks wie gRPC, um effizient zu kommunizieren. Diese Frameworks bieten leistungsstarke, sprachunabhängige Kommunikation, die Streaming, Authentifizierung und Skalierbarkeit.
• Remote-Konfiguration und -Verwaltung. RPC wird häufig in der Netzwerk- und Systemadministration für Remote-Konfigurations-, Überwachungs- und Verwaltungsaufgaben verwendet. Zum Beispiel: Sysadmins kann Prozeduren auf Remotecomputern aufrufen, um Einstellungen zu aktualisieren, den Integritätsstatus zu überprüfen oder Dienste neu zu starten.
• Cloud und Webdienste. RPC ist die Grundlage vieler cloud APIs und Webdienste, bei denen Client-Anwendungen über Protokolle wie JSON-RPC oder XML-RPC mit Remote-Diensten interagieren. Dies ermöglicht Entwicklern die Integration von Funktionen von Drittanbietern (z. B. Zahlungsgateways, Messaging-Systeme) in ihre Anwendungen.
• Paralleles und verteiltes Rechnen. in High Performance ComputingRPC ermöglicht die Verteilung von Aufgaben auf mehrere Prozessoren oder Maschinen. Jeder Knoten kann Berechnungen durchführen und Ergebnisse zurückgeben, wodurch umfangreiche Probleme effizienter gelöst werden können.

RPC-Implementierung

Die Implementierung eines Remote Procedure Calls beinhaltet die Einrichtung des praktischen Workflows, der es einem Client ermöglicht, Funktionen auf einem Remote serverDer Prozess umfasst alles von der Definition der Prozeduren und der Generierung des unterstützenden Codes bis hin zur Übermittlung von Anfragen, deren Ausführung auf dem serverund die Ergebnisse an den Client zurückgeben. Jede Phase stellt sicher, dass die Kommunikation zwischen Client und server ist transparent und zuverlässig.

1. Definieren Sie die Schnittstelle. Die Prozeduren, die remote aufgerufen werden können, werden mithilfe einer Interface Definition Language (IDL) oder einer gleichwertigen Notation angegeben.
2. Stubs generieren. Aus der Schnittstellendefinition erzeugen die Tools einen Client-Stub und einen server Stub (Skelett), der Kommunikationsaufgaben übernimmt.
3. Bereiten Sie die Anfrage vor. Der Client-Stub ordnet den Prozedurnamen und die Argumente in einer Anforderungsnachricht an.
4. Senden Sie die Anfrage. Das Kommunikationsmodul des Clients sendet die Anfrage über ein Transportprotokoll wie TCP oder UDP.
5. Erhalten Sie die Anfrage. Die serverDas Kommunikationsmodul von erfasst die Nachricht und leitet sie an die server stummel.
6. Unmarshalieren Sie die Daten. Die server stub rekonstruiert die Argumente in ein verwendbares Format für die server Anwendung.
7. Führen Sie die Prozedur aus. Die server Die Anwendung führt die angeforderte Prozedur unter Verwendung der nicht zusammengestellten Argumente aus.
8. Geben Sie die Ergebnisse zurück. Die server Der Stub ordnet die Rückgabewerte an und sendet sie über das Kommunikationssystem zurück.
9. Übermitteln Sie die Antwort. Der Client-Stub deserialisiert die Ergebnisse und übergibt sie an die Client-Anwendung.
10. Laufzeitdetails verwalten. Die RPC-Laufzeit übernimmt die Fehlererkennung, Wiederholungsversuche, Timeouts und alle erforderlichen Datenkonvertierungen zwischen verschiedenen Architekturen.

Die Vor- und Nachteile von RCPs

RPC bietet eine bequeme Möglichkeit, verteilte Systeme zu erstellen, indem es die Komplexität der Netzwerkkommunikation verbirgt und Remote-Interaktionen wie lokale Funktionsaufrufe erscheinen lässt. Es bietet zwar klare Vorteile in Bezug auf Einfachheit, Skalierbarkeit und Interoperabilität, bringt aber auch Einschränkungen mit sich, wie z. B. Latenz, Herausforderungen hinsichtlich der Fehlertoleranz und Implementierungsaufwand.

RCP-Vorteile

PRC bietet mehrere Vorteile, die es zu einer beliebten Wahl für den Aufbau verteilter Systeme machen. Die Hauptstärke des Protokolls liegt in der Vereinfachung der netzwerkübergreifenden Anwendungsinteraktion durch Abstraktion der Kommunikationskomplexität. Die wichtigsten Vorteile sind:

• TransparenzRPC lässt Remote-Aufrufe wie lokale Funktionsaufrufe aussehen und sich auch so verhalten. Entwickler müssen sich nicht mit Socket-Programmierung oder Low-Level-Netzwerkprotokollen befassen, was die Codierung vereinfacht und die Produktivität verbessert.
• Modularität und WiederverwendbarkeitDurch die Trennung von Client und server Logik, RPC fördert modulares Anwendungsdesign. Server-seitige Prozeduren können in verschiedenen Clientanwendungen wiederverwendet werden, ohne dass der Code neu geschrieben werden muss.
• Flexibel KommunikationViele RPC-Frameworks wie gRPC, XML-RPC oder JSON-RPC unterstützen plattformübergreifende Kommunikation. Dies ermöglicht die nahtlose Interaktion von Systemen, die in unterschiedlichen Programmiersprachen erstellt wurden oder auf unterschiedlichen Betriebssystemen laufen.
• Skalierbarkeit. RPC unterstützt verteilte Architekturen und ermöglicht die Skalierung von Anwendungen durch die Verteilung der Arbeitslasten auf mehrere serversDies ist besonders nützlich für stark nachgefragte Dienste und cloud-basierte Systeme.
• Einfache EntwicklungEntwickler können sich auf die Anwendungslogik konzentrieren, anstatt sich mit den Details der Netzwerkkommunikation herumschlagen zu müssen. Stubs und Middleware übernehmen Marshalling, Unmarshalling und Transport und reduzieren so die Komplexität der Implementierung.

Nachteile von RCP

RPC vereinfacht zwar das verteilte Rechnen, bringt aber auch einige Herausforderungen mit sich, die vor der Implementierung berücksichtigt werden müssen. Diese Nachteile ergeben sich oft aus der Abhängigkeit von Netzwerken und der verborgenen Komplexität hinter der Abstraktion:

• NetzwerkabhängigkeitIm Gegensatz zu lokalen Funktionsaufrufen ist RPC von der Verfügbarkeit und Stabilität des Netzwerks abhängig. Netzwerkverzögerungen, Paketverluste oder Ausfälle können dazu führen, dass Aufrufe fehlschlagen oder die Ausführung erheblich verlangsamt wird.
• Latenz und Leistungsaufwand. Jeder RPC umfasst Marshalling, Übertragung über das Netzwerk und Unmarshalling, was im Vergleich zu lokalen Aufrufen zusätzlichen Overhead verursacht. Eine hohe Latenz kann die Systemreaktion beeinträchtigen, insbesondere bei synchronen RPCs.
• Komplexe Fehlerbehandlung. Fehler in RPC können verschiedene Ursachen haben, z. B. Netzwerkprobleme, server Abstürze oder nicht übereinstimmende Datenformate. Die Behandlung dieser Fehler ist komplexer als bei lokalen Prozeduraufrufen und erfordert eine sorgfältige Planung.
• Sicherheits Risikos. RPC ermöglicht die Kommunikation zwischen Clients und servers potenziellen Bedrohungen wie Abfangen, Identitätsbetrug oder Manipulation ausgesetzt. Ohne ordnungsgemäße Verschlüsselung und Authentifizierung können vertrauliche Daten gefährdet werden.
• Enge Kopplung. In vielen RPC-Systemen sind der Client und server müssen sich auf genaue Verfahrensdefinitionen und Datenformate einigen. Dies kann Upgrades oder Änderungen erschweren, da Änderungen auf der einen Seite oft Änderungen auf der anderen Seite nach sich ziehen.
• ImplementierungsaufwandWährend RPC die Komplexität für Entwickler verbirgt, erfordert das Einrichten der Infrastruktur, wie etwa das Generieren von Stubs, Definieren von Schnittstellen und Konfigurieren von Middleware, zusätzliche Tools und Aufwand.

RPC-FAQ

Hier finden Sie die Antworten auf die am häufigsten gestellten Fragen zu RPC.

Ist es sicher, Remote Procedure Call zu deaktivieren?

Nein. RPC ist ein zentraler Bestandteil der meisten Betriebssysteme, einschließlich Windows, Linux/UNIX und macOS. Die Deaktivierung kann kritische Funktionen wie Authentifizierung, Dateifreigabe und Systemverwaltung beeinträchtigen. Wenn Sie bestimmte RPC-basierte Dienste (z. B. NFS unter Linux) nicht benötigen, deaktivieren Sie diese einzeln oder beschränken Sie den Zugriff mit Firewalls anstatt RPC vollständig auszuschalten.

Was ist der Unterschied zwischen API und RPC?

Der Hauptunterschied zwischen einer API (Application Programming Interface) und RPC (Remote Procedure Call) liegt in ihrem Umfang und der Art und Weise, wie sie die Kommunikation zwischen Softwarekomponenten ermöglichen.

Eine API ist ein umfassendes Konzept, das eine Reihe von Regeln, Endpunkten oder Schnittstellen definiert, über die eine Software mit einer anderen interagiert. APIs können lokal oder remote sein und es gibt sie in vielen Ausführungen wie REST, SOAP, GraphQL und RPC. Im Wesentlichen beschreibt eine API was Operationen sind verfügbar und wie um auf sie zuzugreifen, und stellt einen standardisierten Vertrag für die Integration bereit.

RPC hingegen ist ein spezifischer Kommunikationsmechanismus, der häufig zur Implementierung von APIs verwendet wird. Er ermöglicht es einem Programm, eine Funktion oder Prozedur auf einem Remote-System so auszuführen, als wäre es lokal, wodurch die Komplexität der Netzwerkkommunikation verborgen bleibt.

Während eine API nach RESTful-Prinzipien (ressourcenorientiert) oder GraphQL (abfragebasiert) entwickelt werden könnte, ist eine API im RPC-Stil handlungsorientierte, es modelliert Operationen als Prozeduraufrufe wie getUserDetails() oder updateRecord().

RCP im Vergleich zu REST

Hier ist ein strukturierter Vergleich von RPC und REST: