Eric?Bergman-Terrell?
.NET?Remoting?使您可以跨多臺(tái)計(jì)算機(jī)輕松進(jìn)行分布計(jì)算，只需完成非常少的編程工作。在本文中，Eric?Bergman-Terrell?創(chuàng)建了一個(gè)名為?Digits?of?Pi?的應(yīng)用程序，它使用并行的多臺(tái)計(jì)算機(jī)以不可思議的精度計(jì)算?p?值。他設(shè)法在?12?小時(shí)內(nèi)完成了?10,000?位數(shù)的計(jì)算，卻只使用了相當(dāng)少的計(jì)算資源。這比用一臺(tái)計(jì)算機(jī)單獨(dú)完成計(jì)算快了?300％。

單擊下載文件下載示例應(yīng)用程序源代碼后，打開(kāi)?Everything.sln?解決方案。此解決方案包含運(yùn)行“Digits?of?Pi”應(yīng)用程序所需的三個(gè)項(xiàng)目（Client、Server?和?ServerLoader）。還包含一個(gè)名為?SimpleClient?的項(xiàng)目，我們稍后再討論它。加載?Everything.sln?之后，請(qǐng)選擇?Build（編譯）|?Batch?Build...（批編譯...）。單擊?Select?All（全部選定）按鈕，然后單擊?Build（編譯）。編譯所有內(nèi)容后，請(qǐng)?jiān)诒镜赜?jì)算機(jī)以及您的?LAN?中的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上安裝該軟件。

在本地計(jì)算機(jī)上，創(chuàng)建一個(gè)文件夾并將以下文件復(fù)制到其中：

Server\bin\Release\Plouffe_Bellard.dll
Client\bin\Release\DigitsOfPi.exe

在每個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和本地計(jì)算機(jī)上，創(chuàng)建一個(gè)文件夾并將以下文件復(fù)制到其中：

Server\bin\Release\Plouffe_Bellard.dll
ServerLoader\bin\Release\ServerLoader.exe
ServerLoader\ServerLoader.exe.config

然后運(yùn)行?ServerLoader.exe?程序。當(dāng)然，運(yùn)行?ServerLoader?和?Digits?of?Pi?程序之前，需要在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝?.NET?Framework。

在所有遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行?ServerLoader?程序后，請(qǐng)運(yùn)行?Digits?of?Pi?程序。單擊?Configure...（配置...）（參見(jiàn)圖?1），添加本地計(jì)算機(jī)名和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)名。如果不確定某臺(tái)計(jì)算機(jī)的名稱，請(qǐng)查看?ServerLoader?程序，它在表中顯示其計(jì)算機(jī)名。如果您很幸運(yùn)地?fù)碛幸粋€(gè)多?CPU?系統(tǒng)，您只需為所有?CPU?輸入一次計(jì)算機(jī)名。只需在計(jì)算機(jī)名后鍵入?@?符號(hào)和一個(gè)編號(hào)。例如，如果您擁有一個(gè)名為“Brainiac”的雙?CPU?系統(tǒng)，則鍵入以下計(jì)算機(jī)名：“Brainiac@1”和“Brainiac@2”。不必為多個(gè)?CPU?系統(tǒng)輸入多個(gè)計(jì)算機(jī)名，但是這樣做可以確保所有計(jì)算機(jī)的?CPU?都用于計(jì)算?p?值。輸入所有計(jì)算機(jī)名后，單擊?OK（確定）。

然后指定要計(jì)算的位數(shù)（參見(jiàn)圖?2）并單擊?Calculate（計(jì)算）。請(qǐng)從較少的位數(shù)開(kāi)始，p?值小數(shù)點(diǎn)后面的位數(shù)越多，程序所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。

圖?3?顯示了?Digits?of?Pi?程序如何在本地計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中分配工作量，它使用?TCP/IP?端口?9000?發(fā)送請(qǐng)求并接收結(jié)果。接下來(lái)，我們將詳細(xì)探討?Remoting、Plouffe_Bellard?服務(wù)器對(duì)象、ServerLoader?程序、SimpleClient?程序和?Digits?of?Pi?程序。

Remoting?基礎(chǔ)
.NET?Remoting?使對(duì)象可以與其他對(duì)象通信，無(wú)論它們運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上還是運(yùn)行在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上。.NET?Remoting?與?Web?服務(wù)非常類似，但是?.NET?Remoting?技術(shù)更適于?Digits?of?Pi?這種完全以?.NET?編程語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序，并且只能在運(yùn)行?.NET?Framework?的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。請(qǐng)參閱本文末尾“其他資源”中的“ASP.NET?Web?Services?or?.NET?Remoting:?How?to?Choose”，對(duì)兩種技術(shù)進(jìn)行比較。?

您可以通過(guò)以下步驟使用?.NET?Remoting?訪問(wèn)遠(yuǎn)程對(duì)象：

創(chuàng)建從?System.MarshalByRefObject?繼承的?.NET?服務(wù)器對(duì)象?(DLL)。該服務(wù)器對(duì)象將在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。?
創(chuàng)建通過(guò)調(diào)用?RemotingConfiguration.Configure?加載服務(wù)器對(duì)象的服務(wù)器加載器程序。服務(wù)器加載器程序也將在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。?
創(chuàng)建使用?Activator.GetObject?訪問(wèn)服務(wù)器對(duì)象的客戶端程序。您需要添加對(duì)服務(wù)器對(duì)象的引用以編譯此程序。此客戶端程序只在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。?
服務(wù)器對(duì)象
服務(wù)器對(duì)象將計(jì)算指定的九位?p?值。它被命名為?Plouffe_Bellard，因?yàn)樗褂?Fabrice?Bellard?的增強(qiáng)的?Simon?Plouffe?算法。雖然存在更快的算法，但?Plouffe-Bellard?算法非常簡(jiǎn)單（少于?300?行源代碼），它使用少量的內(nèi)存，并且由于九位數(shù)字可以單獨(dú)計(jì)算，因此更適于并行執(zhí)行。Plouffe_Bellard.CalculatePiDigits?方法將計(jì)算在指定位置開(kāi)始的九位?p?值。例如，CalculatePiDigits(1)?從第一位開(kāi)始返回九位數(shù)字：141592653。CalculatePiDigits(10)?從第十位開(kāi)始返回九位數(shù)字，依此類推。?

ServerLoader
ServerLoader?程序?qū)⒓虞d服務(wù)器對(duì)象，指定通過(guò)?LAN?訪問(wèn)服務(wù)器對(duì)象的協(xié)議和端口，偵聽(tīng)來(lái)自客戶端程序的傳入調(diào)用，處理調(diào)用并返回結(jié)果。特別值得注意的是，所有這些只需一行代碼便可完成，只需通過(guò)使用配置文件的路徑調(diào)用?RemotingConfiguration.Configure?方法。ServerLoader?程序?qū)⒓虞d名為?ServerLoader.exe.config?的配置文件（參見(jiàn)表?1）。此配置文件指定以?SingleCall?模式加載服務(wù)器對(duì)象，即每個(gè)傳入調(diào)用都由服務(wù)器對(duì)象的一個(gè)新實(shí)例處理。如果服務(wù)器對(duì)象以?Singleton?模式加載，每個(gè)傳入調(diào)用都將由同一個(gè)實(shí)例處理。類型屬性指定服務(wù)器對(duì)象的完整類型名稱（包括?PB?命名空間）及其程序集的名稱。objectUri?屬性指定對(duì)象的統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符?(URI)?的端點(diǎn)。<channel>?元素指定使用?TCP?協(xié)議，端口?9000?訪問(wèn)服務(wù)器對(duì)象。?

表?1：ServerLoader.exe.config。

<configuration>?
??<system.runtime.remoting>??
????<application?name?=?"ServerLoader">??
??????<service>?
????????<wellknown?
??????????mode="SingleCall"?
??????????type="PB.Plouffe_Bellard,Plouffe_Bellard"
??????????objectUri="Plouffe_Bellard"/>?
??????</service>?
??????<channels>?
????????<channel?ref="tcp?server"?port="9000"/>
??????</channels>?
????</application>?
??</system.runtime.remoting>
</configuration>?

SimpleClient
我創(chuàng)建了一個(gè)名為?SimpleClient?的程序，以說(shuō)明客戶端程序訪問(wèn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的服務(wù)器對(duì)象是多么容易。要運(yùn)行?SimpleClient，首先在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上運(yùn)行?ServerLoader，然后在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行?SimpleClient.exe?程序。在?Remote?Machine（遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)）文本框中輸入遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的名稱，然后單擊?Calculate（計(jì)算）按鈕開(kāi)始計(jì)算第一個(gè)九位?p?值。SimpleClient?的?CalculateButton_Click?方法包含客戶端訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器所需的所有代碼（參見(jiàn)表?2）。可以使用由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)名、協(xié)議?(TCP)?和端口號(hào)?(9000)?組成的?URL?訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器。例如，要訪問(wèn)我的“Pentium?200”計(jì)算機(jī)，則?URL?為?tcp://Pentium?200:9000/ServerLoader/Plouffe_Bellard。創(chuàng)建?URL?后，將使用服務(wù)器的類型?(Plouffe_Bellard)?和?URL?調(diào)用?Activator.GetObject。然后，返回的值被轉(zhuǎn)換為?Plouffe_Bellard?對(duì)象以備使用。調(diào)用其?CalculatePiDigits?方法時(shí)，請(qǐng)求被發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的?ServerLoader。然后，服務(wù)器對(duì)象計(jì)算小數(shù)位。最后，在一個(gè)文本框中顯示返回客戶端程序的結(jié)果。?

表?2：用于訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器的?SimpleClient?代碼。

private?void?CalculateButton_Click(object?sender,?
??????????????????????????????System.EventArgs?e)
{
??Cursor.Current?=?Cursors.WaitCursor;

??Plouffe_Bellard?PiCalculator?=?null;

??String?MachineName?=?RemoteMachineTextBox.Text;

??try
??{
????int?port?=?9000;

????String?URL?=?"tcp://"?+?MachineName?+?":"?+?
???????port?+?"/ServerLoader/Plouffe_Bellard";
????PiCalculator?=?(Plouffe_Bellard)?
???????Activator.GetObject(typeof(Plouffe_Bellard),?URL);
????ResultsTextBox.Text?=?"3."?+?
???????PiCalculator.CalculatePiDigits(1);
??}
??catch(Exception)
??{
????MessageBox.Show(
???????"需要在計(jì)算機(jī)?"?+
???????MachineName,?"Simple?Client?上運(yùn)行?ServerLoader.exe",?
???????MessageBoxButtons.OK,?MessageBoxIcon.Error);
??}

??Cursor.Current?=?Cursors.Arrow;
}

Digits?of?Pi?客戶端
Digits?of?Pi?客戶端程序比?SimpleClient?更復(fù)雜。SimpleClient?僅通過(guò)訪問(wèn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的服務(wù)器對(duì)象來(lái)計(jì)算前九位?p?值。而?Digits?of?Pi?則同時(shí)使用?Configure（配置）對(duì)話框中指定的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和本地計(jì)算機(jī)（如圖?1?所示）并行計(jì)算用戶指定的小數(shù)位。服務(wù)器對(duì)象在單獨(dú)的線程中訪問(wèn)，以便在可能需要很長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算過(guò)程中保持?Digits?of?Pi?GUI?對(duì)用戶操作的響應(yīng)性。?

Digits?of?Pi?使用數(shù)組將作業(yè)分為九位數(shù)據(jù)塊，將工作量分配到所有可用的計(jì)算機(jī)上。用戶單擊?Calculate（計(jì)算）按鈕后，將創(chuàng)建?SolutionArray（參見(jiàn)圖?4）。SolutionArray?為要計(jì)算的每組九位?p?值分配一個(gè)?SolutionItem?元素。服務(wù)器對(duì)象計(jì)算?m_Digit?字段指定的九位數(shù)組后，數(shù)位將存儲(chǔ)在?m_Results?成員中。m_MachineName?成員包含運(yùn)行服務(wù)器的計(jì)算機(jī)的名稱。存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)名是為了使?Digits?of?Pi?能夠顯示每臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)算的小數(shù)總數(shù)（參見(jiàn)圖?2）。

為使服務(wù)器對(duì)象并行計(jì)算，Digits?of?Pi?將為每個(gè)服務(wù)器對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)線程并啟動(dòng)線程計(jì)算。然后，必須等待所有線程完成計(jì)算后才能顯示最終結(jié)果。WaitHandle?對(duì)于等待多個(gè)線程很有用。Digits?of?Pi?將為每個(gè)線程使用一個(gè)?WaitHandle，以等待所有線程完成計(jì)算。

將調(diào)用?CalculationThread.Calculate（參見(jiàn)表?3）以便為每個(gè)服務(wù)器對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)線程。該操作將啟動(dòng)線程運(yùn)行，然后返回一個(gè)?AutoResetEvent（從?WaitHandle?衍生而來(lái)）。每個(gè)線程的?AutoResetEvent?都存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組中，然后數(shù)組被傳遞給?WaitHandle.WaitAll。完成線程計(jì)算后，將對(duì)其?AutoResetEvent?調(diào)用?Set?方法。最后一個(gè)線程調(diào)用?Set?方法后，將返回?WaitAll?調(diào)用，并顯示?p?的值。

表?3：CalculationThread。

public?static?WaitHandle?Calculate(
SolutionArray?solutionArray,?String?machineName)
{
??CalculationThread?calculationThread?=?new?
????CalculationThread(solutionArray,?machineName);
??Thread?thread?=?new?Thread(new?
????ThreadStart(calculationThread.Calculate));
??thread.Start();
??return?calculationThread.calculationDone;
}

每個(gè)線程都使用相同的算法：如果有更多的工作要處理，線程將奪取下一個(gè)?SolutionItem，在?SolutionItem?中存儲(chǔ)服務(wù)器對(duì)象的計(jì)算機(jī)名，計(jì)算指定的九位小數(shù)，并將結(jié)果存儲(chǔ)在?SolutionItem?中。此進(jìn)程將一直運(yùn)行，直到所有?SolutionItem?中都填充了結(jié)果。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)表?4。

表?4：CalculationThread.Calculate。

public?void?Calculate()
{
??Plouffe_Bellard?PiCalculator?=?
????RemotePiCalculator.GetPiCalculator(
??????GetRealMachineName(machineName));

??if?(PiCalculator?!=?null)
??{
????SolutionItem?Item?=?null;
????bool?Abort;

????do
????{
??????Abort?=?solutionArray.Abort;

??????if?(!Abort)
??????{
????????Item?=?solutionArray.GetNextItem();

????????if?(Item?!=?null)
????????{
??????????Item.MachineName?=?machineName;

??????????try
??????????{
????????????Item.Results?=?
???????????PiCalculator.CalculatePiDigits(Item.Digit);
??????????}
??????????catch?(Exception?e)
??????????{
????????????Abort?=?true;
????????????MessageBox.Show(
??????????????"無(wú)法訪問(wèn)主機(jī)上的遠(yuǎn)程對(duì)象?"?+
??????????????machineName?+?Environment.NewLine?+?
??????????????Environment.NewLine?+?"Message:??"?+?
??????????????e.Message,?Globals.ProgramName,?
??????????????MessageBoxButtons.OK,?
??????????????MessageBoxIcon.Error);
??????????}

??????????UpdateStatisticsDelegate?USD?=?new?
????????????UpdateStatisticsDelegate(
??????????????MF.UpdateStatistics);

??????????MF.Invoke(USD,?new?Object[]?{}?;
????????}
??????}
????}?while?(Item?!=?null?&&?!Abort);

????calculationDone.Set();
??}
}

下面是逐步的說(shuō)明：

GetRealMachineName?從多?CPU?計(jì)算機(jī)名中刪除?@1?模式。例如，GetRealMachineName("Brainiac@1"?返回?"Brainiac"。有關(guān)多?CPU?計(jì)算機(jī)名的解釋，請(qǐng)參見(jiàn)圖?1?對(duì)話框中的文本。?
知道正確的計(jì)算機(jī)名后，將其傳遞給?RemotePiCalculator.GetPiCalculator，這樣才可以通過(guò)?PiCalculator?變量訪問(wèn)該計(jì)算機(jī)上的服務(wù)器對(duì)象。?
如果用戶單擊了?Cancel（取消）按鈕，將設(shè)置?Abort?屬性。如果?Abort?屬性為?true，線程將停止計(jì)算。?
對(duì)?MF.Invoke?的調(diào)用使線程可以安全地更新?ListView?中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（參見(jiàn)圖?2），即使該?ListView?是由另一個(gè)線程創(chuàng)建的。在?32?位?Windows?編程中，絕不允許在創(chuàng)建某個(gè)控件的線程之外處理該控件。?
完成循環(huán)（即計(jì)算完指定的所有?p?位數(shù)或者用戶單擊?Cancel?[取消]?按鈕）后，將調(diào)用線程的?AutoResetEvent?的?Set?函數(shù)。?
當(dāng)每個(gè)線程都調(diào)用其?AutoResetEvent?的?Set?函數(shù)后，將返回對(duì)?WaitHandle.WaitAll?的調(diào)用并顯示結(jié)果。?
線程同步
如果?Digits?of?Pi?的代碼由多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)，可能會(huì)有多個(gè)地方出現(xiàn)錯(cuò)誤。例如，如果兩個(gè)線程同時(shí)調(diào)用?SolutionArray.GetNextItem，可能會(huì)返回相同的內(nèi)容。這就是在?GetNextItem?方法中設(shè)置?[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]?屬性的原因，該屬性可以確保一次只有一個(gè)線程調(diào)用該方法。如果方法的每一行代碼都不應(yīng)由多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)，則使方法同步是一個(gè)很好的策略。?

由于?MainForm.Calculate?方法只有一行代碼不能同時(shí)被多個(gè)線程訪問(wèn)，因此它將在該行代碼之前調(diào)用?Monitor.Enter，并在其后調(diào)用?Monitor.Exit。如果該行代碼已在其他線程上運(yùn)行，Monitor.Enter?將被阻止。如果整個(gè)函數(shù)已實(shí)現(xiàn)同步，那么只保護(hù)需要防止多個(gè)線程訪問(wèn)的代碼行可以提高性能。

從?System.Windows.Forms.Control?衍生的對(duì)象（例如?Button、TextBoxe、RichTextBoxe、Label、ListBoxe、ListView?等等）只應(yīng)由創(chuàng)建它們的線程處理。要從非創(chuàng)建線程中安全處理?Control?衍生對(duì)象，請(qǐng)首先將處理代碼放入一個(gè)方法，然后為該方法聲明一個(gè)代理：

delegate?void?SetResultsTextDelegate(String?Text);

private?void?SetResultsText(String?Text)
{
??ResultsRichTextBox.Text?=?Text;
}

然后使用?Form.Invoke?間接調(diào)用該方法：

SetResultsTextDelegate?SRTD?=?new?
???SetResultsTextDelegate(SetResultsText);

Invoke(SRTD,?new?object[]?{?""?}?;

Invoke?方法將從創(chuàng)建它的線程中調(diào)用該方法，它使用的參數(shù)與對(duì)象數(shù)組中的元素相對(duì)應(yīng)。

小結(jié)
.NET?Remoting?是一種在遠(yuǎn)程（和本地）計(jì)算機(jī)上執(zhí)行代碼的簡(jiǎn)單而有效的機(jī)制。只需將代碼封裝到?.NET?對(duì)象中，編寫(xiě)加載該對(duì)象并偵聽(tīng)請(qǐng)求的程序，然后在客戶端程序中調(diào)用?Activator.GetObject。如果您的?LAN?中有一些閑置的計(jì)算機(jī)，可以利用它們輕松地解決并行問(wèn)題。只需記住要使用正確的線程同步機(jī)制，以防止線程之間發(fā)生沖突。?

下載?TERRELL.ZIP

其他資源
“ASP.NET?Web?服務(wù)還是?.NET?Remoting：如何選擇?”(http://www.microsoft.com/china/msdn/library/dnbda/html/bdadotnetarch16.asp) ?一文很有用，它對(duì)?.NET?Web?Service?和?.NET?Remoting?進(jìn)行了比較。?
Fabrice?Bellard's?Pi?Page?(http://fabrice.bellard.free.fr/pi/) ?提供了一些用于計(jì)算?p?值的有用公式和源代碼，包括?Digits?of?Pi?程序中使用的算法的?C?語(yǔ)言源代碼。?
有關(guān)遠(yuǎn)程訪問(wèn)程序的源代碼，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)?www.personalmicrocosms.com/html/ra.html。此程序使用?.NET?Remoting?顯示遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的桌面，并使用本地計(jì)算機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)運(yùn)行遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。?
有關(guān)數(shù)學(xué)化方面的內(nèi)容，請(qǐng)參閱?Petr?Beckmann?著的《History?of?Pi》（St.?Martin's?Press?1971?年出版），這是一本相當(dāng)不錯(cuò)的書(shū)，因?yàn)?p?的歷史就是數(shù)學(xué)歷史的微觀反映。Beckmann?的書(shū)涵蓋了?p?的數(shù)學(xué)歷史以及政治歷史。?
Ingo?Rammer?的《Advanced?.NET?Remoting》（Apress?2002?年出版）是有關(guān)?Remoting?的權(quán)威指南。此書(shū)看起來(lái)更適合從頭到尾的詳細(xì)閱讀。我倒是希望此書(shū)能夠適合我的“隨便翻翻”的閱讀習(xí)慣。?
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