Plan - i3s.unice.frriveill/mes-cours/autres-modeles/... · Pourquoi utiliser des agents mobiles S’affranchir du réseau Latence, débit Mode déconnecté Permet d’encapsuler des

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Programmation par agents

Plan

Agents mobiles Exemples de code mobile Modèles à agents mobiles Principes et mise en œuvre Evaluation quantitative

Agents intelligents – en dehors des objectifs de ce cours

2 mise à jour septembre 2010

Agents… mobiles

mise à jour septembre 2010 3

Un agent… mobile C’est quoi ?

Il n’y a pas de définition unique IEEE Spectrum April 1998 paper by Morreale

2 points de vue Système

S’exécute dans un environnement d’exécution donné Réactif, autonome, possède un but Communiquant, mobile Apprenant, digne de confiance

Utilisateur final (fera l’objet de la seconde partie du cours) Assistant personnel qui peut faire des actions à la place de l’utilisateur Possibilité de délégué à la demande des tâches


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Principe de fonctionnement

Coté système Ne reste pas sur la station ou il a été créé Peut se transporter (migrer) au travers du réseau vers une autre

station, disparaît du site de départ après migration Peut emporter un état lors de la migration Est capable de communiquer avec d’autres agents, avec les stations

visitées

Coté utilisateur Est autonome Peut raisonner et prendre des initiatives S’adapte à un environnement changeant


Agents et domaines de recherche

Systèmes répartis Architectures et protocoles pour exécuter des ‘objets’ mobiles Sécurité, tolérances aux fautes, désignation

Langages de programmation Code mobile, sûreté, construction syntaxique Langages pour la communication entre agents

Intelligence artificielle Intelligence, raisonnement, apprentissage, coopération


Ce n’est pas nouveau... Migration de processus

Utilisé dès le début des années 1980 pour faire de la régulation de charge dans un réseau local Locus (UCLA), Sprite (UC Berkeley), Condor (Wisconsin) Un processus qui n’était pas terminé pouvait continuer son exécution

sur un autre site par migration : du code, des données, du tas, de la pile, des descripteurs ouverts (fichiers), du compteur ordinal


Une évolution… Migration des objets

Permettre de coupler des objets dans des espaces virtuels différents sur différents noeuds Nécessite la mobilité du code et des données

Emerald (1986) supporte la mobilité des objets avec un contrôle du programme (Univ. of Washington - 1986)

Guide (1987) supporte la mobilité autonome des objets (un objet est couplé sur le site qui l’utilise)

Chorus distributed system (1988) supporte la mobilité autonome des objets (un objet décide ou il doit être couplé)

Toutes ces approches nécessite un système homogène


3

Evolution suivante...


Appel de procédure et mobilité du code

Code du service + data Server Client

resultats (data)

Le code est transporté sur le site du serveur

• Remote Evaluation model by Stamos and Gifford (MIT - 1990). • Java (Sun Microsystems - 1995) permet la migration du code sur des plate-formes hétérogènes

Agents mobiles

Un agent mobile est un objet capable de migrer de manière autonome d’un site à un autre afin d’exécuter des actions décrites par son créateur

10

Client agent

(code+data) Agent mobile

Server 1

Server 3 Server 2

mise à jour septembre 2010

Exemples de code mobile

Postscript code exécuté par machine physique ou virtual reporte le travail sur différents sites

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%!PS-Adobe-3.0 %%Title=... ... %%EOF

site A

imprimante postscript site B

interprète (ghostview)

ggfdgf

ggfdgf



SQL code exécuté par un interpréteur SQL code déplacé vers le serveur de base de données

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SGBD

serveur

interprète SQL

client requête SQL


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Applets programme exécutable inclus dans une page HTML exécution sur le site qui télécharge la page HTML

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<HTML>

[...]

applet

MV Java

client serveur

chargement

communication


Pourquoi utiliser des agents mobiles

S’affranchir du réseau Latence, débit Mode déconnecté Permet d’encapsuler des protocoles

Par un modèle de fonctionnement asynchrone et autonome qui Privilégie les interactions locales Permet l’installation d’interface locale spécifique Permet de s’affranchir de l’hétérogénéité En ayant un un modèle robuste


Quelques exemples d’applications

Commerce électronique : suivi de salle de marché Assistant personnel : filtrage, recherche d’information Collecte d’information distribuées

Système de workflow et système collaboratif Monitoring et notification Administration, diffusion de logiciel, mise à jour Mise en cohérence de données dupliquées Détection d’intrusion

Calcul parallèle Jeux sur internet


Modèle à agents mobiles Principes

Agent Mobile : processus, incluant du code et des données, pouvant se déplacer entre des machines pour réaliser une tâche

Agent Objet actif

Objets : encapsule un état Agents : encapsule un état + exécute un comportement

communique potentiellement avec d'autres agent Objet mobile

se déplace en fonction de ses besoins suit parfois un itinéraire


5

Modèle à agents mobiles Exemple 1

Agent notificateurs/réactifs attend une information ou un événement prévient un usager ou déclenche une action exemples

recherche d'emploi dans des journaux gestion d'un portefeuille d'actions

mise à jour septembre 2010 17 client serveur

agent

notification


Agents itinérants réalisant une suite

d'interaction avec des serveurs

privilégie les accès locaux exemple : jointure entre deux

sources de données un serveur retourne une liste de

noms (Hôtels) un serveur gère un annuaire

téléphonique les serveur sont gérés par des

institutions différentes mise à jour septembre 2010 18

Service

Annuaire

App


Agent d'adaptation extension des fonctions du service adaptation aux besoins spécifiques des clients exemple : compression/chiffrement de documents

un client demande un document à un serveur le client passe un algorithme de compression ou de chiffrement des données le code de cet algorithme est propre au client


App Serveur

document compressé

agent avec code de compression

Les fonctions d’une plate-forme à agents mobiles

Une plate-forme à agents permet : La création des agents L’exécution des agents La migration des agents La terminaison des agents


6

Modèle à agents mobiles Définitions

Agents unité de structuration des applications agents mobiles ou stationnaires ressources allouées (contrôlées) aux agents

Places endroit que peut visiter un agent plus fin que le site

On peut avoir plusieurs places sur un site Permet un contrôle d’accès par place

certaines places prédéfinies pour un agent home



Déplacement entre des places parfois notion d’itinéraire permet de co-localiser des agents pour des interactions locales

Interactions entre des agents co-localisés : meetings

Communication synchrone Appel de méthode ou partage d’objets

entre des agents distants : messages Communication asynchrone directe (envoie de messages à un agent) ou indirecte

(envoie de messages à une boite aux lettres



Contrôle d’accès comme toujours, deux aspects Identification (authentification)

de l’agent ou de la place

Description des permissions Que peut faire un agent sur cette place Que peut faire cette place sur cet agent L’un doit se protéger de l’autre


Modèle à agents mobiles La mobilité

Agents mobiles = paradigme pour la calcul distribué Code mobile : migration du code Objets mobiles : migration du code + données Processus mobiles : migration du code + données + état des threads Agents mobiles : migration du code + données + état des threads +

autorités de son propriétaire Différentes mobilité en ‘let’ dans le monde Java

Applet : transfert du code/donnée depuis un serveur vers un client (download)

Servlet : upload de code depuis un client vers un serveur Agents mobiles : pas de notion de client ou de serveur, peu effectuer

plusieurs sauts. 24 mise à jour septembre 2010

7

Mise en œuvre de la mobilité

25

Resume Execution

Deserialize Agent

Decode Data

Receive Data Transfer Data

Encode Data

Serialize Agent

Suspend Execution Sender Receiver

Network mise à jour septembre 2010

Mise en œuvre de la mobilité Obtention du code et des données

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Agent Agent

Class Code Class Code

Destination Origin

Class Code

Server (c) Class at Server

(b) Class at Origin (a) Class at destination mise à jour septembre 2010

Modèle à agents mobiles Les problèmes

Mobilité hétérogénéité du code, des données et du système

hypothèse sur l'environnement (imposer homogénéité) gestion par une machine virtuelle

capture de l'état d'un agent délimiter l'ensemble des objets à déplacer avec l'agent

capture de l'état de la pile d'exécution migration faible migration forte


Mobilité faible / forte

Mobilité faible Migration du code + données Données = variables

d’instance Après migration l’éxécution

débute au début du programme Exemple : applet

Mobilité forte Migration du code + données

+ état éxécution Données = variables

d’instance Execution State – variables

locales et variables liés aux processus/threads (pile / tas / compteur ordinal / …)

Après migration l’exécution continu a l’endroit ou elle a été suspendue


• IEEE TSE May’98 paper by Fugetta, Picco, Vigna • Thèse Sarah Bouchenak, Grenoble

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Exemples

Mobilité forte Mobilité faible

La fonction calcule est founie par la place

Le tableau site contient les différentes places à visitée

run () { For (i=0; i<N;i++) { Y := calcule (X); moveto (site[i+1]); } }

Même structure de donnée

int status = 0; run () { if (status != N) { Y := calcule (X); status++; moveto (site[i++]); } }


RPC vs agents mobiles

RPC Un « processus demande un traitement qui

est dans autre « processus » Message d’appel suivi d’un message de

réponse La procédure appelée est locale au processus

distant Client et serveur sont d’accord a priori sur le

protocole à utiliser Interaction et communication en continu

entre le client et le serveur

Agents mobiles Au lieu de demander un traitement, l’agent

est à l’initiative du traitement Messages : c’est généralement l’agents lui-

même (procédure + donnée + état) Émetteur : celui qui a commencé le

traitement - récepteur : celui qui poursuit le traitement

Interaction en continu… mais pas communication en continu


CLIENT SERVER network CLIENT

SERVER

network

Mobile Agent

Service

Modèle à agents mobiles Les problèmes - Utilisation de ressources partagées

référence à distance copie liaison par équivalence


R

avant après

? ?

Modèle à agents mobiles Les problèmes - Sécurité

attaque d'un hôte par un agent mobile confinement de l'exécution

par le matériel par le logiciel

authentification de l'agent pour délimiter ses droits d'accès

attaque d'un agent par un hôte très difficile dans le cas général Solution dans le cadre du calcul : brouillage de code

A veut faire calculer F(x) sur le site B sans révéler F à B (F linéaire) A calcule Z = S.F (S matrice inversible choisie par A) A envoie Z à B et B calcule y = Z(x) et envoie y à A A calcule S-1(y) = F(x)


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Modèle à agents mobiles Un modèle qui a de nombreux avantages

Modèle d’exécution asynchrone et autonome

Justifié Permettre le déployement

dynamique de composants d’applications sur un nombre arbitraire de sites

Fonctionne sur des plates-formes hétérogènes

Parfaitement adapté aux utilisateurs mobiles pouvant être déconnectés

A justifier Réduire la consommation de

la bande passante et la charge du réseau

Encapsuler des protocoles Adaptabilité de l’application

par migration

De très nombreuses applications peuvent être programmée selon ce modèle


Modèle à agents mobiles Quelques plates-formes

Sur Java Aglets (IBM)

http://www.trl.ibm.co.jp/aglets

Odyssey (General Magic Inc.) http://genmagic.com/technology/

mobile_agent.html

Concordia(Mitsubishi) http://www.meitca.com/HSL/

Projects/Concordia

Voyager (Object Space) http://www.objectspace.com/voyager

MOA (OSF/OpenGroup) http://www.osf.org/RI/java/moa

Autres environnements (Tcl, Python, ...) AgentTcl (Dartmouth College)

http://www.cs.dartmouth.edu/~agent

Ara (Université de Kaiserslautern) http://www.uni-kl.de/AG-Nehmer/

Projekte/Ara

Tacoma (Université de Tromsø et Cornell) http:/www.cs.uit.no/DOS/Tacoma


Etude d’une plate-forme Aglet


Modèle à agents mobiles Aglets

un projet d’IBM http://www.trl.ibm.com/aglets/ Les sources sont ici : http://sourceforge.net/projects/aglets/

conçu sur Java


A

A

A

Network Daemon

Security Manager

Network

User Interface

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Pourquoi Java ?

Bénéfices Indépendant de la plate-forme Exécution sûres Chargement de classe

dynamique Programmation multi-thread Persistance par sérialisation

Limitations Peu de support pour le

contrôle des ressources Pas de référence ‘protégées’

nécessité d'un objet proxy pour protéger l'accès aux méthodes publiques

Pas de support pour capturer et restaurer un contexte d’exécution


Objectifs

Simplicité et extensibilité La programmation d’une Aglet par un programmeur Java doit être

aisée Spécifications (JAAPI) plus que plate-forme

Indépendant des plates-formes Une Aglet doit pouvoir s’exécuter sur n’importe quelle place

respectant la spécification JAAPI

Standard industriel JAAPI doit devenir un standard industriel

Security Une aglet non fiable ne doit pas être un risque pour la place qui

l’exécute mise à jour septembre 2010 41

Les éléments du modèles

Interfaces Classes

AgletContext FutureReply MessageManager

Aglet AgletIdentifier AgletProxy

Itinerary Message


En rouge, les éléments du modèle détaillé après

Aglet

Une aglet est un objet java mobile qui peut visiter plusieurs sites. Il est autonome i.e. il s’exécute dans sa propre thread Il est réactif i.e. il répond au message qu’il reçoit proche du modèle d’acteurs ou des JavaBean


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Context

Un contexte est le lieu d’exécution d’une aglet i.e. une place Implémenté par un objet stationnaire Founit tout ce qui est nécessaire pour exécuter de manière homogène

(y compris en environnement hétérogène) une aglet Protège le système hôte contre les aglets malveillante Un site peut contenir plusieurs contextes


Proxy

Un proxy est le représentant d’une aglet Il empêche l’accès direct aux méthodes publiques de l’aglet Cache la localisation de l’aglet


Message

Un message est un objet échangées entre aglets. Selon les besoins, il peut être utilisé de manière synchrone ou

asynchrone. Le mode asynchrone permettant la coopération lache entre aglets

Un gestionnaire de message permet de contrôler la concurrence des messages entrants


Itinerary

Liste de contexte à visiter auquel est associé une liste d’action Inclus le problème du routage (identification d’un noeud physique

à partir d’une description symbolique)

Fournit une abstraction pour mettre en œuvre de modèle d’itinéraire non triviaux.


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Identifier

Chaque aglet possède un identifiant Unique Immuable Attribué à sa création


En résumé

Les abstractions Contexte : une place Aglet : un agent mobile

AgletIdentifier : un identifiant unique AgletProxy : un objet d’accès

Message message asynchrone appel de procédure synchrone


Agents

Place Engine

Resources

Host Proxy

Mise en œuvre d’une aglet

Interface Une classe qui étend la classe

Aglet

Etat Un graphe d’objets

sérialisable

Implémentation Des méthodes prédéfinies de

gestion des aglets qu’il faut implémenter

Un modèle de programmation réactif sur une association événement réaction Listener


Interface

Implementation

State Identifier

Mise en œuvre d’une aglet

Méthode à ne pas surcharger sauf besoin spécifique

Méthodes à surcharger (livrées vides)

Aglet.dispatch (URL url) // déplace l’aglet dans la place url

Aglet.deactivate (long time) // Suspend l’exécution

Aglet.clone () // Duplique l’aglet

Aglet.getAgletContext () // récupère la place courante

Aglet.onCreation (Object init) // executé lors de la création

Aglet.run () // lancé lors de l’arrivée sur la place

Aglet.HandleMessage (Message msg) // action lors de la réception d’un message

Aglet.onDisposing () // action lors de la desctruction de l’aglet mise à jour septembre 2010 51

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Ma première Aglet

public class Hello extends Aglet { public void onCreation (Object init) { System.out.println (“created!”); } public void run () { System.out.println (“hello!”); } public boolean handleMessage (Message msg) { if (msg.sameKind(“sayHello”)) { System.out.println (“hello!”); return true; } return false; } public void onDisposing () { System.out.println (“bye!”); }} 52 mise à jour septembre 2010

Autres méthodes de la classe aglet Proxy et message

Proxy AgletContext.getAgletProxies() AgletContext.getAgletProxy (AgletID) Un proxy peut être transmis dans un message

Message Composé de deux champs : un type (String), un objet appel synchrone : AgletProxy.sendMessage (Message msg) appelsynchrone à résultat différé (asynchrone avec futur) :

AgletProxy.sendAsyncMessage (Message msg) Appel asynchrone : AgletProxy.sendOnewayMessage (Message msg)


Autres méthodes de la classe aglet Mobilité

Un listener pour la mobilité (MobilityListener) Pas de mobilité “forte” du code Des événements imposées par la plate-forme

agletArrived (ContextEvent ev) agletDispatched (ContextEvent ev) agletReverted (ContextEvent ev)

Des réactions définies par le programmeur onArrival (MobilityEvent l) // quand l’agent arrive sur une place onDispatching (MobilityEvent l) // quand l ’agent part d ’une place onReverting (MobilityEvent l) // quand l’agent part d’une place pour

revenir à la place ‘home’


Modèle à agents mobiles Programmation de la mobilité

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aglet aglet

dispatch onDispatching () onArrival ()

retract

onReverting ()


14

Modèle à agents mobiles Programmation de la mobilité

class myListener implements MobilityListener { public void onDispatching (MobilityEvent l) { System.out.println (“I am leaving!”); } public void onReverting (MobilityEvent l) { System.out.println (“I am going home!”); } public void onArrival (MobilityEvent l) { System.out.println (“I have arrived!”); } }

public class MyAglet extends Aglet { public void onCreation (Object init) { MobilityListener listener = new myListener(); addMobilityListener(listener); }} 56 mise à jour septembre 2010

Autres méthodes de la classe aglet Cycle de vie, Clonage, Persistance

Un listener pour chaque classe d’événement Liés aux contextes

contextStarted (ContextEvent ev) contextShutdown (ContextEvent ev)

Cycle de vie d’une aglet agletCreated (ContextEvent ev) agletCloned (ContextEvent ev) agletStateChanged (ContextEvent ev) agletDeactivated (ContextEvent ev) agletActivated (ContextEvent ev)


Agents mobiles quelques justifications


Modèle à agents mobiles Application à Java

Avantages de Java Diffusion sur toutes les machines Mobilité du code et des objets

chargement dynamique de classes (ClassLoader) sérialisation des objets Java

Sécurité assurée par l'environnement confinement : pas d'adresses virtuelles contrôle d'accès aux ressources (SecurityManager)


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Modèle à agents mobiles Conception sur Java

Sérialisation de l'état de l'agent Envoi du code et de l'état de l'agent Destruction de l'agent sur le site origine

Création d'un thread sur le site destination

Chargement du code de l'agent (chargeur privé) Dé-sérialisation de l'agent Exécution


Modèle à agents mobiles Expérimentation : coûts de base

Objectif : mesurer les coûts des principaux mécanismes de Java rentrant dans la conception

Développement d'une plate-forme minimale

Environnement :

63

Latence sur le réseau local 0.6 ms Latence sur Internet 20 ms Débit sur le réseau local 842 Ko/s Débit sur Internet 129 Ko/s Appel local de méthode Java 1 µs Appel à distance de méthode Java sur le réseau local 3,1 ms Appel à distance de méthode Java sur Internet 44 ms


Modèle à agents mobiles Evaluation des coûts

Coûts des principales phases coût de Java

prohibitif par rapport au réseau local acceptable par rapport à l'Internet

grande partie provenant du chargeur privé

64

Sérialisation de l'agent 3,2 msTransfert de l'agent sur le réseau local 8 msTransfert de l'agent sur Internet 121 msInstallation de l'agent avec le chargeurde Java

4.3 ms

Installation de l'agent avec un chargeurprivé à l'agent

23,8 ms


Modèle à agents mobiles Expérimentation : coûts de base

Coût de la migration (plate-forme minimale)

Coût de la migration (Aglets)

65

Coût de la migration d'un agent minimal sur réseau local 35 ms Coût de la migration d'un agent minimal sur Internet 148 ms

Coût de la migration d'un Aglet minimal sur réseau local 240 ms Coût de la migration d'un Aglet minimal sur Internet 369 ms


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Modèle à agents mobiles Expérimentation : intérêt/RMI

Objectif : étudier l’intérêt de la technologie agents mobiles en utilisant le modèle client serveur (Java-RMI) une plate-forme minimale que nous avons réalisée une plate- forme très répandue (Aglets)

Résultats visés comparaison entre le modèle client-serveur et le modèle à agents

mobiles comparaison entre une plate-forme minimale et une vrai plate-forme

à agents mobiles


Modèle à agents mobiles Expérimentation

Trois machines réparties sur Internet en France (INRIA) en Grande-Bretagne (QMW) en Suisse (Université de Genève)

Aglets Java-RMI Notre plate-forme minimale



Capacités du réseau

68

Connexion Latence (ms) Débit (Ko/sec)

France - GB 20 129 GB - Suisse 16 280 Suisse - France 26 123



Comparaison aller-retour avec agent mobile et RMI Taille enregistrement : 80 octets entre France et GB

69

0500

100015002000250030003500

0 1

200

400

600

800

1000

1200

1400

Nombre d'e nre gis tre me nt

Tem

ps e

n m

illis

econ

des

RMIAgle ts a nd Age nt


17


Application de jointure rpcC-A(n) + n*rpcC-B(1) > AgC-A(0) + AgA-B(n) + AgB-C(2*n) Ag(n) augmente plus vite que rpc(n) ...

70

C

A

B

rpc (1)

rpc (n)

A

B

C



Application de jointure : résultats



Application de compression

La compression est potentiellement rentable si tc + fc * S/dr + td < S/dr ce qui donne :

dr < 74 Ko/s pour un fichier de 100 Ko dr < 164 Ko/s pour un fichier de 500 Ko

Mais le cout d’un transfert par agent augmente plus vite ... 72

App Serveur

document compressé



Application de compression : résultats


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Modèle à agents mobiles Conclusion

Conclusion agents mobile : nouveau modèle basé sur la mobilité Java fournit les outils pour le support d'agents mobiles Intéressant pour des réseaux lents ou lors de déconnexions

Limites et perspectives intégration avec les autres modèles transparence de la programmation

migration faible/forte utilisation de ressources partagées


La plate-forme mobilet

Arborescence des fichiers Mobilet `-----appli

| `-----hello | `-----mesure | `-----vente `-----system


Travail à faire


Pour la semaine prochaine Avoir installé la plate-forme Avoir programmé l’exemple suivant

Écrire un agent mobile et mesurer le temps d’un aller retour d’un agent entre 2 JVMs de la même station

De même mesurer le coût d’un appel de procédure entre 2 JVMs de la même station

Mini projet

implémenter l'application de commerce électronique à l'aide de la plate-forme Mobilet Identification des manques Modification de la plate-forme Mise en forme de la démonstration Justifier l'intérêt d'un tel modèle pour cette application


Documents

Plan - i3s.unice.frriveill/mes-cours/autres-modeles/... · Pourquoi utiliser des agents mobiles S’affranchir du réseau Latence, débit Mode déconnecté Permet d’encapsuler des