Protocol Buffers 入門

Protocol Buffers 入門伊藤裕一 (Yuichi110)

Agenda

• 分散システムと Protocol Buffers

• Protocol Buffers の簡単な使い方

• Json などの従来技術との比較

• Protocol Buffers で RPC を実現する

• Q & A

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自己紹介

• 伊藤裕一 (twitter: yuichi110)

• - 2016 : Cisco データセンタースイッチ (ネットワーク屋)

• 2016 - : Nutanix ハイパーコンバージド�(サーバー屋)

• 趣味でコード書いたり。。。

3

最近 MyNavi での連載が終了全36回(2015/05/25 - 2016/02/04)

4

Protocol Buffers from Google

Protocol buffers are a language-neutral, platform-neutral extensible mechanism for serializing structured data.

分散システム

• 複数の「ノード」が連携してシステムとなる

• ノードがダウンしても他のノードが処理を継続

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Node Node Node Node

DistributedSystem

Switch Switch

有名な分散システム

• SaaS (Google のサービス系)

• スパコンの対極

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Cheap Server Cluster

ノード間の連携

• クラスタのノード間の通信は TCP/IP ネットワーク経由

• パケットのペイロードにシステムの情報をのせる

7

Node A Node B

Packet

Packet

mac | ip | tcp | payload (data)今日はここの話 !!

Protocol Buffers�で何ができる ? (1)

• データをシリアライズ化するフォーマット

• 入力データをシリアライズ化して圧縮

• 圧縮されたデータをデシリアライズ(解凍)化して戻す

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structured data serialized data

serialized data structured data

SerializerProtocol Buffers

De-SerializerProtocol Buffers

Protocol Buffers�で何ができる ? (2)

• RPC (Remote Procedure Call) のフレームワーク

• 内部的にシリアライズ・デシリアライズを利用

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Node AClient

Node BServer

RPC を定義: add(int x, int y) -> int z

call : add(1,2)

return : 3 calc : 1 + 2 -> 3

Agenda





• Q & A

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Protocol Buffer を利用する流れ

• プロトコルを定義したファイルを作成

• ファイルをコンパイルしてコードを生成

• そのコードを使ってシリアライズ/デシリアライズ/RPC

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message Person { required string name = 1; required int32 id = 2; optional string email = 3;

enum PhoneType { MOBILE = 0; HOME = 1; WORK = 2; }

message PhoneNumber { required string number = 1; optional PhoneType type = 2 [default = HOME]; }

repeated PhoneNumber phone = 4;}

Language

Language structure is similar to Java or C++





Language

message is a small logical record of information



Languagemessage has numbered fields

each field has a name and a value type

Field NumberField NameField Value Type

numbers (integer or floating-point), booleans, strings, raw bytes, etc





Language

can use other protocol buffer message as value type





Language

field type : required, optional, repeated

Language

• その他多数の機能

• import

• extend

• service (後述)

• map etc

• 詳細は Language Guide にて

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.proto file のコンパイル

protoc -I=$SRC_DIR --python_out=$DST_DIR $SRC_DIR/FILE_NAME

package tutorial;





message AddressBook { repeated Person person = 1;}

addressbook.proto (定義)

protoc --python_out=./ ./addressbook.proto

コンパイル

addressbook_pb2.py (コード)

.proto file のコンパイル

• protoc のオプションで言語を選択

protoc --proto_path=IMPORT_PATH --cpp_out=DST_DIR path/to/file.proto--java_out=DST_DIR --python_out=DST_DIR

他の言語もコンパイラが存在している

生成コードをロードしてみる

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Python 2.7.10 (default, Oct 23 2015, 19:19:21)[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 7.0.0 (clang-700.0.59.5)] on darwinType "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.>>> import addressbook_pb2>>> dir(addressbook_pb2)['AddressBook', 'DESCRIPTOR', 'Person', '_ADDRESSBOOK', '_PERSON', '_PERSON_PHONENUMBER', '_PERSON_PHONETYPE', '__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', '_b', '_descriptor', '_message', '_reflection', '_sym_db', '_symbol_database', 'descriptor_pb2', 'sys']

>>> dir(addressbook_pb2.Person)['ByteSize', 'Clear', 'ClearExtension', 'ClearField', 'CopyFrom', 'DESCRIPTOR', 'EMAIL_FIELD_NUMBER', 'FindInitializationErrors', 'FromString', 'HOME', 'HasExtension', 'HasField', 'ID_FIELD_NUMBER', 'IsInitialized', 'ListFields', 'MOBILE', 'MergeFrom', 'MergeFromString', 'NAME_FIELD_NUMBER', 'PHONE_FIELD_NUMBER', 'ParseFromString', 'PhoneNumber', ‘PhoneType',…’_decoders_by_tag’, '_extensions_by_name', '_extensions_by_number', '_fields', '_is_present_in_parent', '_listener', '_listener_for_children', '_oneofs', '_unknown_fields', 'email', 'id', 'name', 'phone']

addressbook.proto をコンパイル

ファイル名がパッケージに

message がクラスに

フィールドが変数に

コードでデータをシリアライズ/デシリアライズ

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>>> person = addressbook_pb2.Person() >>> person.id = 1234 >>> person.name = "Jon Doe" >>> person.email = “[email protected]" >>> person.SerializeToString() '\n\x07Jon Doe\x10\xd2\t\x1a\[email protected]’

シリアライズ

>>> person2 = addressbook_pb2.Person() >>> person2.ParseFromString("\n\x07Jon Doe\x10\xd2\t\x1a\[email protected]") >>> person2.name u'Jon Doe'

デシリアライズpayload にのせてやりとり

mailto:[email protected]?subject=

Agenda





• Q & A

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XML/JSON の復習

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<employees> <employee> <firstName>John</firstName> <lastName>Doe</lastName> </employee> <employee> <firstName>Anna</firstName> <lastName>Smith</lastName> </employee> <employee> <firstName>Peter</firstName> <lastName>Jones</lastName> </employee> </employees>

XML Mark up

{"employees":[ {"firstName":"John", "lastName":"Doe"}, {"firstName":"Anna", "lastName":"Smith"}, {"firstName":"Peter", "lastName":"Jones"} ]}

JSON Key and Value

XML/JSON を使ったデータの受け渡し

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Node A Node BPacket

XML/JSON writer

Structured Data

XML/JSON parser

Structured Data

Object Object

socket, REST etc

ユーザがオブジェクトとXML/JSONのマッピング

Protocol buffers を使ったデータの受け渡し

Node A Node BPacket

serialize(protobuf)

Structured Data(protobuf)

de-serialize(protobuf)

Structured Data(protobuf)

Binary

Object Object

Binary

socket, REST etc

クラスの利用でオブジェクトのマッピングが不要

Protobuf が JSON/XML に勝る点

• reader/writer の処理を自分で書かなくて良い

• 読み書きの処理速度に優れる

• コード変更時のバグが少ない

• データ量が減るため通信が高速化

• 第三者への難読化

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Protobuf が JSON/XML に劣る点

• protocol buffers のインストールが必要

• ブラウザなどを通した「外部」からの利用には向いていない

• サービスの「内部」での利用がメイン

• 小さいデータのやりとりには手間がかかりすぎる

27

Protobuf が JSON/XML と共通

• データをどう表現するかという「フォーマット」

• REST などの「コミュニケーション手段」とは別

28

Agenda





• Q & A

29

Nutanix での実利用例

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仮想化に SAN, ストレージが不要


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Host A Host B Host C

VM1 VM2 VM3 VM4 VM5 VM6

Storage (Hyper Converged)

Nutanix Cluster

Browser

power off vm 6

PrismWeb Server

Browser click power off button on vm 6

PrismWeb Server

PrismWeb Server

AcropolisVM Management



AHVHyperVisor

AHVHyperVisor

AHVHyperVisor

Node A Node B Node C

Controller

Host

Master

run the VM6Protobuf

rest


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…

機能 A

汎用 proto

機能 B

make class

class

class…

egg file

合体


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Order 1

Order 2

Order 3

Gen

eral

RPC

Util

ity (p

roto

buf)

rest + protobuf

From

Order 1

Order 2

Order 3Py

thon

web

ser

ver

To

Oth

er C

ompo

nent

sTh

e C

ompo

nent

Prot

obuf

Ser

v

Acropolis Acropolis


RPC の実現 (1)

• .proto file に RPC を定義

• RPC名(services)、引数(message)、返り値(message)

• クライアント : 生成された RPC の呼び出し

• サーバー : 届けられたデータをデシリアライズし返り値を返す

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message searchRequest {} message searchResponse {}

service searchService { rpc Search (ServiceRequest) returns (SearchResponse); }

search.proto

Node A Node B

message A

call RPC

Structured Data(message A)

de-serializeBinary

Object Object

Binary


messageB

get RPC result

Structured Data(message B)

Binary


Binary

serializeObject

implementation

Object

Node A Node B

request

call RPC


de-serializeBinary

Object Object

Binary


response

get RPC result


Binary


Binary

serializeObject

implementation

Object

service

RPCのためのクラス

• RpcController : 継承して細かい挙動の定義

• RpcChannel : 継承して RPC 通信の方法を実装

• Service�Class : .proto file から生成されて上記を利用

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1. Controller, Channel を用意 2. Serviceクラスをインスタンス化 3. 上記インスタンスにRPC引数等を渡す 4. RPCの結果はコールバック等で受け取る

言語により若干の違いあり詳細は公式ドキュメント等にて

Agenda





• Q & A

39

Thank you !!

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