RPC简介

liitdar

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分类专栏：网络通信文章标签： RPC

于 2019-08-21 17:20:49 首次发布

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本文简要介绍RPC的相关知识。

1 概述

RPC(Remote Procedure Call)，即远程过程调用，是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务、而不需要了解底层网络技术的协议。RPC协议假定某些传输协议（如TCP或UDP）的存在，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。RPC使得开发应用程序（包括网络分布式多程序在内）更加容易。

例如，有两台服务器A和B，一个应用部署在服务器A上，想要调用服务器B上的应用提供的函数/方法。由于服务器A和服务器B的应用程序不在一个内存空间，不能直接调用，就需要通过网络来传达调用的语义和调用的数据，这就是RPC协议。

2 背景

在单机时代，一台电脑上运行多个进程，为了实现进程之间的通信，就出现了IPC（Inter-process communication，单机中运行的进程之间的相互通信）。

而到了网络时代，大家的电脑都互相连起来了，以前程序只能调用自己电脑上的进程，能不能调用其他机器上的进程呢？为了实现这个目的，把IPC扩展到网络上，就是RPC（远程过程调用）了。

3 原理

本节通过本地过程调用和远程过程调用来介绍RPC的原理。

3.1 本地过程调用

在研究RPC前，我们先看看本地调用是怎么调的。

假设我们要调用函数Multiply来计算“lvalue * rvalue”的结果，代码如下：

1 int Multiply(int l, int r) {
2    int y = l * r;
3    return y;
4 }
5 
6 int lvalue = 10;
7 int rvalue = 20;
8 int l_times_r = Multiply(lvalue, rvalue);

在程序执行到第8行时，实际上执行了以下操作：

将lvalue和rvalue的值压栈；
进入Multiply函数，取出栈中的值10和20，将其赋予l和r；
执行第2行代码，计算“l * r”，并将结果存在y；
将y的值压栈，然后从Multiply返回；
回到第8行，从栈中取出返回值200，并赋值给l_times_r。

上述5步就是执行本地调用的过程。

3.2 远程过程调用（RPC）

实际上RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。

在进行远程过程调用时，我们需要执行的函数体是在远程的机器上的，也就是说，3.1节中提到的Multiply函数是在另一个机器上的进程中执行的。这就带来了下面几个问题。

1. 我们怎么告诉远程机器我们要调用Multiply，而不是Add或者其他函数呢？

解决方法：Call ID映射。

在本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的。我们调用Multiply，编译器就自动帮我们调用它对应的函数指针。但是在远程调用中，调用函数指针的方法是行不通的，因为两个机器的两个进程的地址空间是完全不一样的。所以，在RPC中，所有的函数都必须有自己的一个ID，这个ID在所有进程中都是唯一确定的。客户端在做远程过程调用时，必须附上这个ID。同时，我们还需要在客户端和服务端分别维护一个“函数与Call ID”的对应表，客户端和服务端上的对应表不一定需要完全相同，但相同的函数对应的Call ID必须相同。当客户端需要进行远程过程调用时，它就查一下这个表，找出想要调用的函数相应的Call ID，然后把它（Call ID）传给服务端，服务端也通过查表，来确定客户端需要调用的函数，然后执行相应函数的代码。

2. 客户端怎么把参数值传给远程的函数呢？

解决方法：序列化和反序列化。

在本地调用中，我们只需要把参数压到栈里，然后让函数自己去栈里读就行。但是在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的（机器的）进程，不能通过内存来传递参数，甚至有时候客户端和服务端使用的都不是同一种语言（比如服务端用C++，客户端用Java或者Python），这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，服务端再把这个字节流转成自己能读取的格式，这个过程叫序列化和反序列化。同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。

3. 网络传输问题

远程过程调用往往用在网络上，客户端和服务端是通过网络连接的。所有的数据都需要通过网络传输，因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把“Call ID”和“序列化后的参数字节流”传给服务端，然后再把“序列化后的调用结果”传回客户端，只要能完成这两个功能的，都可以作为传输层使用。因此，RPC所使用的协议其实是不限的，只要能完成传输就行。尽管大部分RPC框架都使用TCP协议，但其实UDP也可以，而gRPC干脆就用了HTTP2。

综上所述，要实现一个RPC框架，其实只需要把以上三点实现了就基本完成了。Call ID映射可以直接使用函数字符串，也可以使用整数ID，映射表一般就是一个哈希表；序列化反序列化可以自己写，也可以使用Protobuf或者FlatBuffers之类的；网络传输库可以自己写Socket，或者用Asio，ZeroMQ，Netty之类。