Eric?Bergman-Terrell?
.NET?Remoting?使您可以跨多臺計算機輕松進行分布計算，只需完成非常少的編程工作。在本文中，Eric?Bergman-Terrell?創建了一個名為?Digits?of?Pi?的應用程序，它使用并行的多臺計算機以不可思議的精度計算?p?值。他設法在?12?小時內完成了?10,000?位數的計算，卻只使用了相當少的計算資源。這比用一臺計算機單獨完成計算快了?300％。
單擊下載文件下載示例應用程序源代碼后，打開?Everything.sln?解決方案。此解決方案包含運行“Digits?of?Pi”應用程序所需的三個項目（Client、Server?和?ServerLoader）。還包含一個名為?SimpleClient?的項目，我們稍后再討論它。加載?Everything.sln?之后，請選擇?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）。編譯所有內容后，請在本地計算機以及您的?LAN?中的遠程計算機上安裝該軟件。
在本地計算機上，創建一個文件夾并將以下文件復制到其中：
Server\bin\Release\Plouffe_Bellard.dll
Client\bin\Release\DigitsOfPi.exe
在每個遠程計算機和本地計算機上，創建一個文件夾并將以下文件復制到其中：
Server\bin\Release\Plouffe_Bellard.dll
ServerLoader\bin\Release\ServerLoader.exe
ServerLoader\ServerLoader.exe.config
然后運行?ServerLoader.exe?程序。當然，運行?ServerLoader?和?Digits?of?Pi?程序之前，需要在每臺計算機上安裝?.NET?Framework。
在所有遠程計算機和本地計算機上運行?ServerLoader?程序后，請運行?Digits?of?Pi?程序。單擊?Configure...（配置...）（參見圖?1），添加本地計算機名和遠程計算機名。如果不確定某臺計算機的名稱，請查看?ServerLoader?程序，它在表中顯示其計算機名。如果您很幸運地擁有一個多?CPU?系統，您只需為所有?CPU?輸入一次計算機名。只需在計算機名后鍵入?@?符號和一個編號。例如，如果您擁有一個名為“Brainiac”的雙?CPU?系統，則鍵入以下計算機名：“Brainiac@1”和“Brainiac@2”。不必為多個?CPU?系統輸入多個計算機名，但是這樣做可以確保所有計算機的?CPU?都用于計算?p?值。輸入所有計算機名后，單擊?OK（確定）。
然后指定要計算的位數（參見圖?2）并單擊?Calculate（計算）。請從較少的位數開始，p?值小數點后面的位數越多，程序所需的時間就越長。
圖?3?顯示了?Digits?of?Pi?程序如何在本地計算機和遠程計算機中分配工作量，它使用?TCP/IP?端口?9000?發送請求并接收結果。接下來，我們將詳細探討?Remoting、Plouffe_Bellard?服務器對象、ServerLoader?程序、SimpleClient?程序和?Digits?of?Pi?程序。
Remoting?基礎
.NET?Remoting?使對象可以與其他對象通信，無論它們運行在同一臺計算機上還是運行在遠程計算機上。.NET?Remoting?與?Web?服務非常類似，但是?.NET?Remoting?技術更適于?Digits?of?Pi?這種完全以?.NET?編程語言編寫的應用程序，并且只能在運行?.NET?Framework?的計算機上運行。請參閱本文末尾“其他資源”中的“ASP.NET?Web?Services?or?.NET?Remoting:?How?to?Choose”，對兩種技術進行比較。?
您可以通過以下步驟使用?.NET?Remoting?訪問遠程對象：
創建從?System.MarshalByRefObject?繼承的?.NET?服務器對象?(DLL)。該服務器對象將在遠程計算機和本地計算機上運行。?
創建通過調用?RemotingConfiguration.Configure?加載服務器對象的服務器加載器程序。服務器加載器程序也將在遠程計算機和本地計算機上運行。?
創建使用?Activator.GetObject?訪問服務器對象的客戶端程序。您需要添加對服務器對象的引用以編譯此程序。此客戶端程序只在本地計算機上運行。?
服務器對象
服務器對象將計算指定的九位?p?值。它被命名為?Plouffe_Bellard，因為它使用?Fabrice?Bellard?的增強的?Simon?Plouffe?算法。雖然存在更快的算法，但?Plouffe-Bellard?算法非常簡單（少于?300?行源代碼），它使用少量的內存，并且由于九位數字可以單獨計算，因此更適于并行執行。Plouffe_Bellard.CalculatePiDigits?方法將計算在指定位置開始的九位?p?值。例如，CalculatePiDigits(1)?從第一位開始返回九位數字：141592653。CalculatePiDigits(10)?從第十位開始返回九位數字，依此類推。?
ServerLoader
ServerLoader?程序將加載服務器對象，指定通過?LAN?訪問服務器對象的協議和端口，偵聽來自客戶端程序的傳入調用，處理調用并返回結果。特別值得注意的是，所有這些只需一行代碼便可完成，只需通過使用配置文件的路徑調用?RemotingConfiguration.Configure?方法。ServerLoader?程序將加載名為?ServerLoader.exe.config?的配置文件（參見表?1）。此配置文件指定以?SingleCall?模式加載服務器對象，即每個傳入調用都由服務器對象的一個新實例處理。如果服務器對象以?Singleton?模式加載，每個傳入調用都將由同一個實例處理。類型屬性指定服務器對象的完整類型名稱（包括?PB?命名空間）及其程序集的名稱。objectUri?屬性指定對象的統一資源標識符?(URI)?的端點。<channel>?元素指定使用?TCP?協議，端口?9000?訪問服務器對象。?
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
我創建了一個名為?SimpleClient?的程序，以說明客戶端程序訪問遠程計算機上的服務器對象是多么容易。要運行?SimpleClient，首先在遠程計算機上運行?ServerLoader，然后在本地計算機上運行?SimpleClient.exe?程序。在?Remote?Machine（遠程計算機）文本框中輸入遠程計算機的名稱，然后單擊?Calculate（計算）按鈕開始計算第一個九位?p?值。SimpleClient?的?CalculateButton_Click?方法包含客戶端訪問遠程服務器所需的所有代碼（參見表?2）。可以使用由遠程計算機名、協議?(TCP)?和端口號?(9000)?組成的?URL?訪問遠程服務器。例如，要訪問我的“Pentium?200”計算機，則?URL?為?tcp://Pentium?200:9000/ServerLoader/Plouffe_Bellard。創建?URL?后，將使用服務器的類型?(Plouffe_Bellard)?和?URL?調用?Activator.GetObject。然后，返回的值被轉換為?Plouffe_Bellard?對象以備使用。調用其?CalculatePiDigits?方法時，請求被發送到遠程計算機上的?ServerLoader。然后，服務器對象計算小數位。最后，在一個文本框中顯示返回客戶端程序的結果。?
表?2：用于訪問遠程服務器的?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(
???????"需要在計算機?"?+
???????MachineName,?"Simple?Client?上運行?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?更復雜。SimpleClient?僅通過訪問遠程計算機上的服務器對象來計算前九位?p?值。而?Digits?of?Pi?則同時使用?Configure（配置）對話框中指定的遠程計算機和本地計算機（如圖?1?所示）并行計算用戶指定的小數位。服務器對象在單獨的線程中訪問，以便在可能需要很長時間的計算過程中保持?Digits?of?Pi?GUI?對用戶操作的響應性。?
Digits?of?Pi?使用數組將作業分為九位數據塊，將工作量分配到所有可用的計算機上。用戶單擊?Calculate（計算）按鈕后，將創建?SolutionArray（參見圖?4）。SolutionArray?為要計算的每組九位?p?值分配一個?SolutionItem?元素。服務器對象計算?m_Digit?字段指定的九位數組后，數位將存儲在?m_Results?成員中。m_MachineName?成員包含運行服務器的計算機的名稱。存儲計算機名是為了使?Digits?of?Pi?能夠顯示每臺計算機計算的小數總數（參見圖?2）。
為使服務器對象并行計算，Digits?of?Pi?將為每個服務器對象創建一個線程并啟動線程計算。然后，必須等待所有線程完成計算后才能顯示最終結果。WaitHandle?對于等待多個線程很有用。Digits?of?Pi?將為每個線程使用一個?WaitHandle，以等待所有線程完成計算。
將調用?CalculationThread.Calculate（參見表?3）以便為每個服務器對象創建一個線程。該操作將啟動線程運行，然后返回一個?AutoResetEvent（從?WaitHandle?衍生而來）。每個線程的?AutoResetEvent?都存儲在一個數組中，然后數組被傳遞給?WaitHandle.WaitAll。完成線程計算后，將對其?AutoResetEvent?調用?Set?方法。最后一個線程調用?Set?方法后，將返回?WaitAll?調用，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?SolutionItem，在?SolutionItem?中存儲服務器對象的計算機名，計算指定的九位小數，并將結果存儲在?SolutionItem?中。此進程將一直運行，直到所有?SolutionItem?中都填充了結果。有關詳細信息，請參見表?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(
??????????????"無法訪問主機上的遠程對象?"?+
??????????????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();
??}
}
下面是逐步的說明：
GetRealMachineName?從多?CPU?計算機名中刪除?@1?模式。例如，GetRealMachineName("Brainiac@1"
?返回?"Brainiac"。有關多?CPU?計算機名的解釋，請參見圖?1?對話框中的文本。?
知道正確的計算機名后，將其傳遞給?RemotePiCalculator.GetPiCalculator，這樣才可以通過?PiCalculator?變量訪問該計算機上的服務器對象。?
如果用戶單擊了?Cancel（取消）按鈕，將設置?Abort?屬性。如果?Abort?屬性為?true，線程將停止計算。?
對?MF.Invoke?的調用使線程可以安全地更新?ListView?中的統計數據（參見圖?2），即使該?ListView?是由另一個線程創建的。在?32?位?Windows?編程中，絕不允許在創建某個控件的線程之外處理該控件。?
完成循環（即計算完指定的所有?p?位數或者用戶單擊?Cancel?[取消]?按鈕）后，將調用線程的?AutoResetEvent?的?Set?函數。?
當每個線程都調用其?AutoResetEvent?的?Set?函數后，將返回對?WaitHandle.WaitAll?的調用并顯示結果。?
線程同步
如果?Digits?of?Pi?的代碼由多個線程同時訪問，可能會有多個地方出現錯誤。例如，如果兩個線程同時調用?SolutionArray.GetNextItem，可能會返回相同的內容。這就是在?GetNextItem?方法中設置?[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]?屬性的原因，該屬性可以確保一次只有一個線程調用該方法。如果方法的每一行代碼都不應由多個線程同時訪問，則使方法同步是一個很好的策略。?
由于?MainForm.Calculate?方法只有一行代碼不能同時被多個線程訪問，因此它將在該行代碼之前調用?Monitor.Enter，并在其后調用?Monitor.Exit。如果該行代碼已在其他線程上運行，Monitor.Enter?將被阻止。如果整個函數已實現同步，那么只保護需要防止多個線程訪問的代碼行可以提高性能。
從?System.Windows.Forms.Control?衍生的對象（例如?Button、TextBoxe、RichTextBoxe、Label、ListBoxe、ListView?等等）只應由創建它們的線程處理。要從非創建線程中安全處理?Control?衍生對象，請首先將處理代碼放入一個方法，然后為該方法聲明一個代理：
delegate?void?SetResultsTextDelegate(String?Text);
private?void?SetResultsText(String?Text)
{
??ResultsRichTextBox.Text?=?Text;
}
然后使用?Form.Invoke?間接調用該方法：
SetResultsTextDelegate?SRTD?=?new?
???SetResultsTextDelegate(SetResultsText);
Invoke(SRTD,?new?object[]?{?""?}?
;
Invoke?方法將從創建它的線程中調用該方法，它使用的參數與對象數組中的元素相對應。
小結
.NET?Remoting?是一種在遠程（和本地）計算機上執行代碼的簡單而有效的機制。只需將代碼封裝到?.NET?對象中，編寫加載該對象并偵聽請求的程序，然后在客戶端程序中調用?Activator.GetObject。如果您的?LAN?中有一些閑置的計算機，可以利用它們輕松地解決并行問題。只需記住要使用正確的線程同步機制，以防止線程之間發生沖突。?
下載?TERRELL.ZIP
其他資源
“ASP.NET?Web?服務還是?.NET?Remoting：如何選擇?”(
http://www.microsoft.com/china/msdn/library/dnbda/html/bdadotnetarch16.asp) ?一文很有用，它對?.NET?Web?Service?和?.NET?Remoting?進行了比較。?
Fabrice?Bellard's?Pi?Page?(
http://fabrice.bellard.free.fr/pi/) ?提供了一些用于計算?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?語言源代碼。?
有關遠程訪問程序的源代碼，請訪問?www.personalmicrocosms.com/html/ra.html。此程序使用?.NET?Remoting?顯示遠程計算機的桌面，并使用本地計算機的鍵盤和鼠標運行遠程計算機。?
有關數學化方面的內容，請參閱?Petr?Beckmann?著的《History?of?Pi》（St.?Martin's?Press?1971?年出版），這是一本相當不錯的書，因為?p?的歷史就是數學歷史的微觀反映。Beckmann?的書涵蓋了?p?的數學歷史以及政治歷史。?
Ingo?Rammer?的《Advanced?.NET?Remoting》（Apress?2002?年出版）是有關?Remoting?的權威指南。此書看起來更適合從頭到尾的詳細閱讀。我倒是希望此書能夠適合我的“隨便翻翻”的閱讀習慣。?
有關?Hardcore?Visual?Studio?.NET?和?Pinnacle?Publishing?的詳細信息，請訪問它們的?Web?站點?
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