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コンピュータサイエンスにおいて、メッセージパッシングはコンピュータ上で動作（プログラムの実行）を呼び出す技術です。呼び出しプログラムはプロセス（アクターまたはオブジェクト）にメッセージを送信し、そのプロセスとそのサポートインフラストラクチャに依存して適切なコードを選択して実行します。メッセージパッシングは、プロセス、サブルーチン、または関数が名前によって直接呼び出される従来のプログラミングとは異なります。メッセージパッシングは、並行性およびオブジェクト指向プログラミングのいくつかのモデルの鍵となります。
メッセージ パッシングは、現代のコンピュータソフトウェアでは至る所で使用されています。[要出典]これは、プログラムを構成するオブジェクトが互いに連携するための方法として、また、異なるコンピュータ (インターネットなど)上で実行されているオブジェクトやシステムが対話するための手段として使用されます。メッセージ パッシングは、チャネルを含むさまざまなメカニズムによって実装できます。
概要
メッセージ パッシングは、コンピュータ上で動作 (つまり、プログラムの実行) を呼び出すための手法です。プログラムを名前で呼び出す従来の手法とは対照的に、メッセージ パッシングではオブジェクト モデルを使用して、一般的な機能と特定の実装を区別します。呼び出しプログラムはメッセージを送信し、オブジェクトに依存して適切なコードを選択して実行します。中間層を使用する理由は、基本的にカプセル化と分散の 2 つのカテゴリに分類されます。
カプセル化とは、ソフトウェア オブジェクトが、他のオブジェクト上のサービスがどのように実装されているかを知ったり気にしたりすることなく、そのサービスを呼び出すことができるという考え方です。カプセル化により、コーディング ロジックの量を減らし、システムの保守性を高めることができます。たとえば、呼び出すサブルーチンまたは関数を決定する IF-THEN ステートメントを使用する代わりに、開発者はオブジェクトにメッセージを送信するだけで、オブジェクトはタイプに基づいて適切なコードを選択します。
これがどのように使用されるかを示す最初の例の 1 つは、コンピュータ グラフィックスの分野です。グラフィック オブジェクトの操作にはさまざまな複雑さが伴います。たとえば、閉じた図形の面積を計算するために正しい式を使用するだけでも、その図形が三角形、長方形、楕円、円のいずれであるかによって異なります。従来のコンピュータ プログラミングでは、図形がどのような種類のオブジェクトであるかをテストし、適切なコードを呼び出す長い IF-THEN ステートメントが必要になります。オブジェクト指向でこれを処理するには、やShapeなどのサブクラス(さらにサブクラスや を持つ) を持つ と呼ばれるクラスを定義し、面積を計算するように要求するメッセージを に送信するだけです。各オブジェクトは、その種類のオブジェクトに適した式を使用してサブクラスのメソッドを呼び出します。[1]RectangleEllipseSquareCircleShapeShape
分散メッセージ パッシングは、異なる場所や異なる時間に異なるコンピューターで実行されるサブシステムで構成されるシステムを構築するための共通サービスを提供するアーキテクチャのレイヤーを開発者に提供します。分散オブジェクトがメッセージを送信する場合、メッセージング レイヤーは次のような問題を処理できます。
- メッセージの発信元とは異なる場所で、異なるオペレーティング システムとプログラミング言語を使用してプロセスを見つけます。
- メッセージを処理する適切なオブジェクトが現在実行されていない場合は、メッセージをキューに保存し、オブジェクトが使用可能になったときにメッセージを呼び出します。また、送信オブジェクトが受信準備ができるまで、必要に応じて結果を保存します。
- 分散トランザクションのさまざまなトランザクション要件（例えば、原子性、一貫性、独立性、耐久性（ACID））を制御し、データをテストします。[2]
同期メッセージパッシングと非同期メッセージパッシング
同期メッセージパッシング
同期メッセージ パッシングは、同時に実行されているオブジェクト間で行われます。これは、JavaやSmalltalkなどのオブジェクト指向プログラミング言語で使用されます。
同期メッセージングは、同期関数呼び出しに似ています。関数呼び出し側が関数が完了するまで待機するのと同様に、送信プロセスは受信プロセスが完了するまで待機します。これにより、一部のアプリケーションでは同期通信が機能しなくなる場合があります。たとえば、大規模な分散システムは、使用可能なパフォーマンスが得られない場合があります。このような大規模な分散システムは、一部のサブシステムがメンテナンスなどで停止している間も動作する必要がある可能性があります。
忙しいビジネス オフィスに、同期メッセージ パッシングのみを使用して互いに電子メールを送信する 100 台のデスクトップ コンピューターがあるとします。1 人の従業員がコンピューターをオフにすると、その従業員が 1 通の電子メールを処理するためにコンピューターを再度オンにするまで、他の 99 台のコンピューターがフリーズする可能性があります。
非同期メッセージパッシング
非同期メッセージ パッシングでは、要求元のオブジェクトがメッセージを送信するときに、受信側のオブジェクトがダウンしていたりビジー状態であったりすることがあります。関数呼び出しのアナロジーを続けると、呼び出された関数が完了するのを待たずに、即座に返される関数呼び出しのようなものです。メッセージはキューに送信され、受信側のプロセスが要求するまでそこに保存されます。受信側のプロセスはメッセージを処理し、元のプロセス (または指定された次のプロセス) が取得できるように結果をキューに送信します。[3]
非同期メッセージングでは、同時に実行されない可能性のあるシステムのデータを保存および再送信するための追加機能が必要であり、通常は中間レベルのソフトウェア (ミドルウェアと呼ばれることが多い) によって処理されます。一般的なタイプはメッセージ指向ミドルウェア (MOM) です。
非同期通信に必要なバッファがいっぱいになると、問題が発生する可能性があります。送信者をブロックするか、今後のメッセージを破棄するかを決定する必要があります。送信者がブロックされると、デッドロックが発生する可能性があります。メッセージがドロップされると、通信は信頼できなくなります。
ハイブリッド
同期通信は、 Synchronizer を使用して非同期通信の上に構築できます。たとえば、α-Synchronizer は、送信側が常に受信側からの確認メッセージを待つようにすることで機能します。送信側は、確認を受信した後にのみ次のメッセージを送信します。一方、非同期通信も同期通信の上に構築できます。たとえば、最近のマイクロカーネルは一般に同期メッセージングプリミティブ[引用が必要]のみを提供し、非同期メッセージングはヘルパー スレッドを使用してその上に実装できます。
分散オブジェクト
メッセージ パッシング システムでは、分散オブジェクトまたはローカル オブジェクトが使用されます。分散オブジェクトの場合、送信者と受信者は別のコンピューター上に存在し、別のオペレーティング システムを実行し、別のプログラミング言語を使用している可能性があります。この場合、バス レイヤーは、あるシステムから別のシステムへのデータの変換、ネットワークを介したデータの送受信などの詳細を処理します。Unix のリモート プロシージャコール (RPC) プロトコルは、この初期の例です。このタイプのメッセージ パッシングでは、送信者も受信者もオブジェクト指向プログラミングを使用する必要はありません。手続き型言語システムは、メッセージの送受信が可能な大規模な粒度のオブジェクトとしてラップして扱うことができます。[4]
分散オブジェクトをサポートするシステムの例としては、Emerald、ONC RPC、CORBA、Java RMI、DCOM、SOAP、.NET Remoting、CTOS、QNX Neutrino RTOS、OpenBinder、D-Busなどがあります。分散オブジェクト システムは、メッセージ パッシングの抽象化によって、メッセージ送信の実装で使用される可能性のある基礎的な状態の変化が隠されるため、「共有なし」システムと呼ばれています。
分散型または非同期型のメッセージ パッシングでは、プロシージャの呼び出しに比べてオーバーヘッドが増加します。メッセージ パッシングでは、引数を新しいメッセージにコピーする必要があります。引数によっては数メガバイトのデータが含まれる場合があり、そのすべてをコピーして受信オブジェクトに送信する必要があります。
従来のプロシージャ コールは、メモリ使用量、転送時間、局所性の点でメッセージ パッシングとは異なります。引数は通常、追加のストレージや転送時間を必要としない汎用レジスタによって、または引数のアドレス (数ビット) を含むパラメータリストによって受信者に渡されます。分散システムでは、システムが個別のアドレス空間を使用するため、アドレス パッシングは不可能です。
WebブラウザとWeb サーバーは、メッセージ パッシングによって通信するプロセスの例です。URLは、プロセスの内部を公開せずにリソースを参照する例です。
サブルーチン呼び出しまたはメソッド呼び出しは、呼び出された計算が終了するまで終了しません。対照的に、非同期メッセージ パッシングでは、要求メッセージが送信されてからかなりの時間が経過してから応答が到着する可能性があります。
メッセージハンドラは、一般的に、複数の送信者からのメッセージを処理します[5]。つまり、その状態は、単一の送信者またはクライアントプロセスの動作とは関係のない理由で変化する可能性があります。これは、メソッドが呼び出されるオブジェクトの一般的な動作とは対照的です。後者は、メソッドの呼び出し間で同じ状態を維持することが期待されます。言い換えると、メッセージハンドラは、揮発性オブジェクトと同様に動作します。
数学モデル
メッセージパッシングの代表的な数学モデルは、アクターモデルと円周率計算です。[6] [7]数学的に言えば、メッセージはオブジェクトに制御を渡す唯一の手段です。オブジェクトがメッセージに応答する場合、そのメッセージに対応するメソッドが存在します。
アラン・ケイは、 OOP ではメッセージ パッシングがオブジェクトよりも重要であり、オブジェクト自体が過度に強調されすぎることが多いと主張しています。ライブ分散オブジェクトプログラミング モデルはこの観察に基づいており、分散データ フローの概念を使用して、高レベルの関数型仕様を使用して、複雑な分散システムの動作をメッセージ パターンの観点から特徴付けます。[8]
例
参照
- アクティブメッセージ
- 分散コンピューティング
- イベントループ
- メッセージングパターン
- コンピュータ クラスタでのメッセージ パッシング
- メッセージパッシングインターフェース
- 並列仮想マシン(PVM)
- メッセージ パッシングを中心的な機能として含むプログラミング言語:
参考文献
- ^ ゴールドバーグ、アデル、デイビッド・ロブソン (1989)。Smalltalk -80 The Language。アディソン・ウェスレー。pp. 5–16。ISBN 0-201-13688-0。
- ^ Orfali, Robert (1996). The Essential Client/Server Survival Guide. ニューヨーク: Wiley Computer Publishing. pp. 1–22. ISBN 0-471-15325-7。
- ^ Orfali, Robert (1996). The Essential Client/Server Survival Guide. ニューヨーク: Wiley Computer Publishing. pp. 95–133. ISBN 0-471-15325-7。
- ^ Orfali, Robert (1996). The Essential Client/Server Survival Guide. ニューヨーク: Wiley Computer Publishing. pp. 375–397. ISBN 0-471-15325-7。
- ^ 「メッセージを非表示にするプロセス」。メッセージ。2022年4月13日。 2022年4月12日閲覧。
- ^ミルナー、 ロビン（1993年1月）。「インタラクションの要素：チューリング賞講演」。Communications of the ACM。36（1）：78–89。doi ：10.1145 / 151233.151240。
- ^ Carl Hewitt、Peter Bishop、Richard Steiger (1973)。「人工知能のためのユニバーサル モジュラー アクター形式」。IJCAI。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ Kay, Alan. 「プロトタイプとクラスの違い: Re: Sun の HotSpot」. lists.squeakfoundation.org . 2014 年1 月 2 日閲覧。
- ^ 「メッセージ パッシングを使用してスレッド間でデータを転送する - Rust プログラミング言語」Rust-lang.org。
さらに読む
- Ramachandran, U.、M. Solomon、M. Vernon (1987)。「プロセス間通信のハードウェア サポート」。第 14 回コンピュータ アーキテクチャ国際シンポジウムの議事録。ACM プレス。
- ダリー、ウィリアム。「ジェリービーンマシン」。2013年6月7日閲覧。
- McQuillan, John M.; David C. Walden (1975)。「高性能メッセージベースのプロセス間通信システムに関するいくつかの考慮事項」。プロセス間通信に関する 1975 ACM SIGCOMM/SIGOPS ワークショップの議事録。ACM プレス。
- 清水 俊之、堀江 健、石幡 宏明 (1992)。「AP1000 の低遅延メッセージ通信サポート」。第 19 回コンピュータ アーキテクチャ国際シンポジウムの議事録。ACM プレス。
外部リンク
- メッセージパッシングのパケットの歴史