CORBA，Common Object Request Broker Architecture 简介

1. 简介

CORBA（Common ObjectRequest Broker Architecture，公共对象请求代理体系结构）是由OMG组织（OMG组织是一个国际性的非盈利组织，其职责是为应用开发提供一个公共框架，制订工业指南和对象管理规范，加快对象技术的发展）制订的一种标准的面向对象应用程序体系规范。

CORBA体系结构 是对象管理组织（Object Management Group，OMG）为解决分布式计算环境（Distributed Computing Environment，DCE）中，硬件和软件系统的互连而提出的一种解决方案。解决异构分布式系统两条主要原则：

  • 寻求独立于平台的模型和抽象，这样有助于解决大部分问题。
  • 在不牺牲太多性能的前提下，尽可能隐藏底层的复杂细节。

CORBA仅仅定义了高层的接口，需要通过相关的编程语言实现具体内容。CORBA体系如下：

  • 客户端调用静态存根（static stubs）向服务器发出请求，存根（stubs）是代理对象支持的客户端程序。
  • 服务器端调用静态框架（static skeleton）处理客户端请求，框架（skeleton）是服务器端程序。

2. CORBA 特性

针对分布式对象系统，CORBA有如下特性：

  1. 跨平台：CORBA可以部署在不同的分布式节点上，即不同的硬件设备，例如大型服务器、PC机、智能设备、工业设备等。
  2. 跨操作系统：CORBA系统中，节点可以使用不同类型的操作系统，有的节点使用UNIX系统，有的使用Windows系统等。
  3. 跨语言：CORBA的分布式对象可以由多种编程语言开发，例如，客户端使用C++开发，而服务器端使用Java开发。

3. CORBA 常用术语

3.1 ORB

ORB：Object Request Broker，对象请求代理，在一个面向对象的分布式环境中，ORB可以为应用程序、服务器、网络设施之间分发消息提供关键通信设施。

可以将ORB想象成一组软件总线，它提供了一个公用消息传递接口，通过这个接口，不同类型的对象可以以对等层策略进行通信。

ORB是CORBA的核心组件，提供了识别和定位对象、处理连接管理、传送数据和请求通信的框架结构。

3.2 CORBA对象

CORBA对象：CORBA Object，是一个“虚拟”的实体，可以有对象请求代理(ORB)定位，并且可以被客户程序请求调用。

3.3 目标对象

目标对象：Target Object，在一个CORBA请求调用的上下文中，目标对象是指这个请求目标的CORBA对象。CORBA对象模型是一个单调度模型(single-dispatching model)，即一个请求的目标对象只能由这个请求的对象引用来确定。

3.4 客户程序

客户程序：Client，是一个实体，由它来向CORBA对象发出调用请求。

3.5 服务程序

服务程序：Server，是一个拥有一个或多个CORBA对象的应用程序，用于处理客户程序请求。

3.6 请求

请求：Request，是一个由客户程序所提出的CORBA对象的调用操作。请求从一个客户机传给服务器中的目标对象，如果这个请求要求一个CORBA对象作为响应，目标对象负责返回结果。

3.7 伺服程序

伺服程序：Servant，是一个编程语言实体，用来实现一个或多个CORBA对象。伺服程序也称为具体化的CORBA对象，伺服程序存在于服务器应用程序上下文中，是一个特定类的对象实例。

CORBA只是一个规范，CORBA使用对象定义语言（Interface Definition Language，IDL）定义分布式程序的对象，以及对象之间的交互操作，具体的实现由不同的编程语言如C++或Java来提供，伺服程序就是这些具体编程语言中的程序对象。

3.8 可互操作的对象引用

可互操作的对象引用：Interoperable Object Reference，IOR。存储几乎所有ORB间协议信息，用于建立客户机和目标对象之间的通信，为ORB的互操作提供标准化的对象引用格式。每个IOR指定一个或多个所支持的协议，对于每个协议，IOR包括那个协议所专有的信息。对于IIOP，每个IOR包括一个主机名，TCP/IP端口号和一个对象密钥，密钥根据所给出的主机名和端口组合来识别目标对象。

一个IOR主要有三个部分组成：仓库ID，终点信息和对象密钥。

个人理解IOR类似于数据库连接信息或者JNDI连接信息对象等，用于传输对象之间的操作信息。

3.9 CORBA对象请求代理（ORB）间协议

3.9.1 GIOP

GIOP：General Inter ORB Protocol，通用ORB间协议，是一类抽象的协议，指定了转换语法和消息格式的标准集，运行独立开发的ORB可以在任何一个面向连接的传递中进行通信

  1. Request：从客户机发送到服务器，请求调用服务器一个操作或读写一个属性。
  2. Reply：从服务器发送到客户机，只是为了响应客户机的请求，包含一个操作调用的结果。
  3. CancelRequest：
  • 客户机通知服务器它已对一个操作的结果失去了兴趣。
  • 注意：当操作执行时，一个CancelRequest将不会中止一个操作，相反，它只是通知服务器当操作完成时，不再需要向客户机传递应答。
  1. LocateRequest：客户机使用该请求从一个对象中获得当前的地址信息。
  2. LocateReply：服务器使用该响应消息对客户机的LocateRequest进行应答，LocateRequest和LocateReply可以降低定位对象的开销。
  3. CloseConnection：服务器使用该消息通知客户机该服务器程序准备关闭连接。
  4. MessageError：客户机/服务器都可以发送该消息，用于响应任何错误的GIOP消息。
  5. Fragment：客户机/服务器都可以发送的消息，用于决定是否已存储片方式发送消息。

4. CORBA 规范

CORBA是由对象管理组织（Object Management Group，OMG）研发的一套分布式计算中间件规范，并且通过标准文件详细记录，是主流的跨异构平台中间件技术之一。不同于传统的RPC（Remote Procedure Call）技术，CORBA采用了面向对象的设计理念，并且能够解决互操作问题。

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CORBA主要由IDL（Interface Description Language）编译器、桩程序、框架程序、ORB（Object Request Broker）核心等几部分组成。OMG采用面向对象的、与平台无关的OMG IDL作为CORBA的接口描述语言，来实现对CORBA对象方法的抽象定义。OMG规定了OMG IDL内的各个元素、语义在如C、C++、Python、Lisp等多种编程语言上的映射。用户数据在CORBA内部传输的过程中会被表示为对应的OMG IDL数据类型，这也为CORBA带来了独立于编程语言的特性。

CORBA提供的IDL编译器可以将用户定义的IDL文件编译成对应的桩程序和框架程序供客户端与服务端分别使用。通过桩与框架程序，服务器与客户端可以访问ORB核心提供的封装、解析、CORBA对象生命周期维护等核心功能。客户端可以通过ORB的代理功能，获取位于远程服务器上的某个CORBA对象的对象引用，并请求该CORBA对象的某些方法，而这一过程是透明于底层系统的，以达到CORBA的平台无关性。

CORBA使用独立于具体协议栈的抽象协议GIOP（General Inter-ORBProtocol）作为传输协议。GIOP规定了IDL数据类型在网络传输时的编码格式CDR（Common Data Representation）以及GIOP消息格式。GIOP可以被映射到多种满足条件协议栈上，例如IIOP是GIOP在TCP/IP协议栈上的映射。CORBA对象通过对象引用（object reference）的方式来实现在基于某种GIOP的网络上的唯一标识与定位。例如，IIOP协议为对象引用规定了标准格式——可互操作的对象引用IOR（Interoperable Object Reference）。IOR包含了主机号、端口号、对象标识符等用于定位CORBA对象引用的一些关键信息，以及一些控制信息。通过对某个CORBA对象IOR的解析，任何符合CORBA规范的ORB都可以定位并对其发送代理请求。

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  1. IDL（Interface description language，接口定义语言）是用来描述CORBA对象接口的语言。CORBA的客户端与服务器端是独立开发的，因此，通过使用IDL，使得客户端与服务器端的接口保持一致。IDL仅仅定义了接口的相关信息，并不具有执行的功能，而且IDL定义的接口并不能直接使用，需要将IDL接口映射成相应的编程语言。
  2. 客户端调用分布式对象时，可以通过Stub（桩）或者DII（Danamic Invocation Interface，动态调用接口）实现。Stub对象封装了调用所需分布式对象的实现细节，对于客户端，Stub相当于需要调用的分布式对象的本地映射。DII是指客户端在运行时动态调用分布式对象的方式。客户端首先通过访问接口仓库获取接口相关信息，然后才生成分布式对象调用请求。
  3. 服务器端实现分布式对象时，可以使用Skeleton（骨架）或者DSI（Dynamic Skeleton Interface，动态骨架接口）。通过继承Skeleton类，服务器端程序完成分布式对象的具体实现，然后由OA（对象适配器）负责客户端调用请求与具体实现方法的映射。DSI则是一种动态调用方法，客户端的调用请求会传递给具体的对象实现类，由对象实现类选择需要调用的方法。
  4. 接口仓库中保存了由IDL编译产生的接口信息。使用静态结构（Stub或Skeleton）编程可能用不到接口仓库，而使用动态结构（DII或DSI）编程时接口仓库必不可少。
  5. 实现仓库中保存了服务器对象的启动信息。当服务器端OA收到客户端调用请求时，如果相应对象未启动，则需要使用实现仓库中的信息进行初始化。
  6. ORB（Object Request Broker，对象请求代理）是CORBA系统中最重要的一部分。它连接了客户端和服务器端，提供分布式系统中对象调用所需的服务。ORB包括：ORB接口、DII、DSI、OA（对象适配器）。客户端和服务器端可以通过ORB接口获取ORB对象的本地引用，获取ORB提供的服务，进而实现分布式对象的调用。OA对服务器端分布式对象进行管理，包括生产分布式对象的引用和将分布式对象登陆到ORB上。
  7. IIOP（Internet Inter-ORB Protocol）负责将CORBA对象调用的相关数据、规则转换成TCP/IP协议。

5. CORBA 接口描述语言

在CORBA中，接口是使用OMG IDL（Interface Definition Lanuage）来定义的。OMG IDL是一种描述性语言，而非编程语言，所以接口不能使用IDL来实现。使用IDL的目的是令CORBA对象接口以一种与任何编程语言都无关的形式被定义出来，只要给出IDL到各个编程语言之间的映射规则，就可以将IDL翻译成不同的编程语言，这些语言编写的应用程序之间便可以进行互操作。

OMG IDL提供了一系列基本数据类型，并给出了各个类型的取值范围与尺寸，这也是制定IDL到编程语言的数据类型映射的根据。但是IDL保留了一定的灵活性，因为IDL仅仅制定类型了尺寸下限，而不是尺寸上限，也就是说对于一个没有16位整形类型的语言或系统体系结构，这个类型会被映射到该语言或体系结构中大于16位的类型，只是需要添加一些逻辑控制，使其表示范围在规定的范围中，这样的设计避免限制了那些可能支持CORBA的目标环境或语言。

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除了基本数据，OMG IDL还提供了枚举、结构体、联合体、数组和序列等数据结构以及一系列的CORBA标准异常。OMG IDL是一种面向对象的接口描述语言，其中的“类”使用关键字“interface”来表示。“类”中可以定义数据类型、以及该类能够执行的所有“方法”，包括方法的输入参数、输出参数和返回结果以及当前方法会抛出的异常，其中IDL还为参数提供了方向：in表示参数是有由客户端发送给服务器、out表示参数是由服务器发送给客户端、inout表示参数由客户端程序初始化后，发送给服务器，服务器能够修改参数的值，在操作完成后返回给客户端。

“interface”也具有继承的概念，并支持有约束的多重继承，例如：继承包含相同操作或属性名称的多个接口、或在派生接口汇总重复定义操作或属性名是非法的。这是因为操作和属性的名称在运行时被stub程序使用，因此，应用于某个具体对象的所有操作和属性必须有唯一的名称。这种需求禁止在一个派生接口中重定义操作与属性名称，并且不允许继承两个具有相同名称的操作或属性。但多重继承中如下图的菱形继承合法。

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位于OMG IDL最外层的结构是“module”，其概念有些类似于C++语言中的名字空间，是一个OMG IDL文件中必不可少的部分。“module”中可以直接定义数据类型，但不可以定义方法，后者只能在“interface”中被定义。OMG IDL还提供了许多宏，如“#define”、“#include”方便组织IDL文件。OMG组织还发布了的诸多规范，来描述IDL的类型以及语义对于具体编程语言的映射，规范包括主流编程语言，如C、C++、Python、Lisp、Java等。如下是一个简单的OMGIDL的实例：

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上例中在模块Foo中定义了自定义异常my_exception、接口Bar，Bar中定义了数据类型ShortSeq、以及会抛出异常my_exception的接口方法helloWorld。