Erlang Tópicos Avançados de Linguagens de Programação Arthur Umbelino Alves Rolim(auar@cin.ufpe.br) Rodrigo Umbelino Alves Rolim(ruar@cin.ufpe.br)

Conteúdo Introdução História Características A linguagem Conclusão Programação seqüencial Programação concorrente Programação distribuída Compilação Code Replacement Tratamento de erros Conclusão Referências 14 de março de 2007

Introdução O que é Erlang? Linguagem de programação concorrente para desenvolvimento de sistemas de controle, de tempo real, distribuídos e em larga escala Utilizada em diversos sistemas de telecomunicações da Ericsson A implementação mais popular é disponibilizada como Open Source Influência de linguagens funcionais, lógicas e de sistemas de controle Possui suporte nativo a concorrência, distribuição e tolerância a falhas 14 de março de 2007

Introdução Em que tipos de aplicações Erlang é util? Sistemas concorrentes, soft real-time, distribuídos e de controle Sistemas de telecomunicações Ex: Controlar um Switch, Conversão de protocolos Aplicações de bancos de dados que requerem um comportamento soft real-time Servidores para aplicações da Internet Ex: Servidor IMAP-4, servidor HTTP, WAP, etc. Soft real-time, são softwares que o tempo de resposta não é tão crítico 14 de março de 2007

Quem usa Erlang de hoje Ericsson: AXD 301, GPRS, (NetSim), LCS Nortel: SSL Accelerator, SSL VPN gateway + others TMobile: IN applications Vail Systems: Computer Telephony Apps Service Prov. Erlang Financial Systems: Banking & Lottery systems Mobile Arts: Presence & Messaging for GSM/UMTS Synap.se: Billing & device configuration Blue Position: Bluetooth Location Information System Motivity: Answer Supervision Generator, Signalling Gateway Telia: CTI Platform Corelatus: Signalling gateways & cross-connects Bluetail/TeleNordia: Robust SMTP Mail Server Univ. of Coruña: VoD Cluster 14 de março de 2007

História Nenhuma linguagem para sistemas de telecomunicações 1984: Formado laboratório de Computação da Ericsson 1998: Open Source Erlang 1991: Primeira implementação rápida 1987: Prototipo do projeto Erlang 1996: Open Telecom Platform 1984-86: Experiências programando POTS com varias linguagens During the 1980s there was a project at the Ericsson Computer Science Laboratory which aimed to find out what aspects of computer languages made it easier to program telecommunications systems. Erlang emerged in the second half of the 80s was the result of taking those features which made writing such systems simpler and avoiding those which made them more complex or error prone. The people involved at the start were Joe Armstrong, Robert Virding and Mike Williams. Others joined later and added things like distribution and OTP. 1995: Muitos novos projetos 1993: Distributed Erlang 14 de março de 2007

Características Real-time Concorrência Linguagem funcional Baseada em processos, com troca de mensagens assíncronas. Utiliza pouca memória e poucos recursos computacionais. Real-time Erlang é utilizada na programação de sistemas soft real-time, onde o tempo de resposta é na ordem de milissegundos Linguagem funcional Sintaxe declarativa livre de efeitos colaterais Possui características mais associadas a SO do que linguagem de programação Processos concorrentes, escalonamento, distribuição, networking 14 de março de 2007

Características Operação contínua Possui primitivas que permitem a substituição de código sem necessidade de parar o sistema e permite que código novo e antigo executem ao mesmo tempo Muito útil para fazer atualizações e correções de bugs em sistemas que não podem parar Robustez Possui várias primitivas de detecção de erros para a estruturação de sistemas tolerantes a falhas 14 de março de 2007

Características Gerenciamento de memória Distribuição Integração Real-time garbage collector Distribuição Facilidade de construção de sistemas distribuídos Integração Erlang pode chamar ou utilizar programas escritos em outras linguagens Interface transparente 14 de março de 2007

A linguagem n! = 1 n*(n-1)! n = 0 n 1 Definição Implementação %% Arquivo ex1.erl n! = 1 n*(n-1)! n = 0 n 1 Definição -module(ex1). -export([factorial/1]). factorial(0) -> 1; factorial(N) when N >= 1 -> N * factorial(N-1). Implementação Eshell V5.0.1 (abort with ^G) 1> c(ex1). {ok,ex1} 2> ex1:factorial(6). 720 14 de março de 2007

Programação seqüencial

Tipos de dados Constantes Compostos Números Átomos Pids Tuplas Listas strings 14 de março de 2007

Constantes Números Inteiros 10 -234 16#AB10F 2#1101101101 $A Floats 17.368 -56.654 12.34E-10 14 de março de 2007

Constantes Átomos Tamanho indefinido São constantes literais O seu valor é o próprio átomo Começam com uma letra minúscula Qualquer código de caractere é permitido entre aspas friday unquoted_atoms_cannot_contain_blanks 'A quoted atom which contains several blanks' 'hello \n my friend' 14 de março de 2007

Compostos Tuplas Usadas para armazenar um número fixo de elementos São permitidas tuplas de qualquer tamanho {123, bcd} {123, def, abc} {person, ‘Joe’, ‘Armstrong’} {abc, {def, 123}, jkl} {} 14 de março de 2007

Compostos Funções auxiliares element(N,T) devolve elemento na posição N da tupla element(2,{a,b,c}) → b setelement(N,T,V) atribui ao elemento na posição N o valor V setelement(2,{a,b,c},x) →{a,x,c} 14 de março de 2007

Compostos Listas Armazenam um número variável de elementos Número de elementos constitui o comprimento da lista Exemplos [] [1 | [] ] → [1] [1,2,3] [1 | [2 | [3 | [] ] ] ] → [1,2,3] [[1,2,3] | [4,5,6]] → [[1,2,3],4,5,6] 14 de março de 2007

Compostos Estruturas complexas [ { {person,'Joe', 'Armstrong'}, {telephoneNumber, [3,5,9,7]}, {shoeSize, 42}, {pets, [{cat, tubby},{cat, tiger}]}, {children,[{thomas, 5},{claire,1}]}}, { {person,'Mike','Williams'}, {shoeSize,41}, {likes,[boats, beer]}, ... 14 de março de 2007

Strings e booleans Não são tipos de dados em Erlang Átomos true e false são utilizados para denotar os valores booleanos 1> 2 =< 3 true 2> true or false Strings são listas “hello” equivale a [$h,$e,$l,$l,$o], que por sua vez equivale a [104,101,108,108,111] e “” a []. Strings são açucares sintaticos para listas contendo o valor dos caracteres.. Não são um tipo de dado 14 de março de 2007

Variáveis Atribuição única Iniciam com letra maiúscula Valor nunca pode ser modificado depois do bind Iniciam com letra maiúscula Armazenam valores de estruturas de dados Abc A_long_variable_name 14 de março de 2007

Pattern Matching > {A, B} = {[1,2,3], {x,y}}. > A. [1,2,3] > [a,X,b,Y] = [a,{hello, fred},b,1]. > X. {hello,fred} > Y. 1 > {_,L,_} = {fred,{likes, [wine, women, song]},{drinks, [whisky, beer]}}. > L. {likes,[wine,women,song]} 14 de março de 2007

Pattern Matching - Continuação [A, B | C] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7] OK, A = 1, B = 2, C = [3, 4, 5, 6, 7] [H | T] = [1, 2, 3, 4] OK, H = 1, T = [2, 3, 4] [H | T] = [abc] OK, H = abc, T = [] [H | T] = [] Erro {A, _, [B | _], {B}} = {abc, 23, [22, x], {22}} A = abc, B = 22 14 de março de 2007

Chamada de função modulo : func(Arg1, Arg2, ..., Argn) Arg1 ... Argn são estruturas de dados Erlang Os nomes das funções e dos módulos devem ser átomos Funções podem não ter argumentos (ex: date()) Funções são definidas dentro de módulos Devem ser exportadas antes de serem chamadas fora do módulo onde foram definidas 14 de março de 2007

Sistema de módulos -module(demo). -export(double/1) double(X) -> times(X, 2). times(X, N) -> X * N. double pode ser chamado de fora do módulo times é local ao módulo, não pode ser chamado de fora 14 de março de 2007

Built-in functions (BIFs) date() time() length([1, 2, 3, 4, 5]) size({a, b, c}) atom_to_list(atom) list_to_tuple([1, 2, 3, 4]) integer_to_list(2234) tuple_to_list({}) apply(Mod, Func, ArgList) apply({Mod, Func}, ArgList) ... Estão no módulo erlang Fazem o que é difícil ou impossível em Erlang 14 de março de 2007

Sintaxe de Funções func(padrao1, padrao2, ...) -> ... ; Regras de avaliação Cláusulas são lidas sequencialmente até que ocorra um match Quando ocorre um match, são feitos os binds Variáveis são locais a cada cláusula, e são alocadas e desalocadas automaticamente O corpo da função é avaliado sequencialmente 14 de março de 2007

Funções -module(mathStuff). -export([factorial/1, area/1]). factorial(N) -> N * factorial(N-1). area({square, Side}) -> Side * Side; area({circle, Radius}) -> % almost :-) 3 * Radius * Radius; area({triangle, A, B, C}) -> S = (A + B + C)/2, math:sqrt(S*(S-A)*(S-B)*(S-C)); area(Other) -> {invalid_object, Other}. 14 de março de 2007

Guards factorial(0) -> 1; factorial(N) when N > 0 -> N * factorial(N - 1). Condições que têm de ser satisfeitas antes de uma cláusula ser escolhida A palavra reservada when introduz um guard. Cláusulas com guards podem ser reordenadas. factorial(N) when N > 0 -> N * factorial(N - 1); factorial(0) -> 1. Não equivale a: factorial(N) -> N * factorial(N - 1); (incorreto!!) 14 de março de 2007

Guards - Exemplos number(X) integer(X) float(X) atom(X) tuple(X) list(X) length(X) == 3 size(X) == 2 X > Y + Z X == Y X =:= Y 14 de março de 2007

Compreensão de listas [Lista || Gerador, Filtro] [X || X <- [1,2,a,3,4,b,5,6], X > 3]. A lista de X na qual X é retirado da lista [1,2,a,...] e X é maior que 3. [a,4,b,5,6] X <- [1,2,a,...] é um gerador X > 3 é um filtro 14 de março de 2007

Compreensão de listas Quick Sort sort([Pivot|T]) -> sort([ X || X <- T, X < Pivot]) ++ [Pivot] ++ sort([ X || X <- T, X >= Pivot]); sort([]) -> []. 14 de março de 2007

Funções de alta ordem foreach(Fun, [First|Rest]) -> Fun(First), foreach(Fun, Rest); foreach(Fun, []) -> ok. map(Fun, [First|Rest]) -> [Fun(First)|map(Fun,Rest)]; map(Fun, []) -> []. 92> Add_3 = fun(X) -> X + 3 end. #Fun<erl_eval.5.123085357> 93> lists:map(Add_3, [1,2,3]). [4,5,6] 14 de março de 2007

If e Case case lists:member(a, X) of true -> ... ; false -> ... end, ... if integer(X) -> ... ; tuple(X) -> ... 14 de março de 2007

Programação concorrente

Programação concorrente Erlang foi projetada para suportar concorrência massiva Processos são leves Crescem e diminuem dinamicamente Pouco consumo de memória São inicializados e terminados de forma rápida Scheduling possui pouco overhead 14 de março de 2007

Criando um processo Pid – Identificador único de um processo spawn(Module, Name, Args) cria um novo processo e retorna seu Pid O novo processo criado irá iniciar executando em Module:Name(Arg1, Arg2, ...) 14 de março de 2007

Criando um processo Antes: Depois: Pid2 = spawn(Mod, Func, Args) Pid2 é o identificador de processo do novo processo, apenas conhecido pelo processo Pid1. 14 de março de 2007

Registro de processos register(Nome, Pid) Regista o processo Pid com o nome global Nome Nome tem que ser um átomo Envio de mensagens através do nome registado nome_registado ! Msg 14 de março de 2007

Registro de processos - Continuação Algumas primitivas unregister(Nome) - Remove a associação whereis(Nome) - devolve Pid associado a Nome ou undefined registered() - devolve lista dos processos registados 14 de março de 2007

Envio de mensagens Sender ! Msg – Operador de envio de mensagens receive – Bloco que trata o recebimento de mensagens self() – Retorna o Pid do processo que executou esta função 14 de março de 2007

Envio de mensagens - Continuação Mensagens podem carregar dados e serem seletivamente desempacotadas Envio de mensagens é assíncrono e seguro A mensagem sempre chega, dado que o receptor existe 14 de março de 2007

Programação distribuída Distributed Erlang System Conjunto de máquinas virtuais Erlang comunicando entre si Cada máquina virtual é um nó Envio de mensagens, links e monitores entre diferentes nós é transparente quando Pids são usados Mecanismo de distribuição é implementado via sockets TCP/IP Nomes registrados são locais a cada nó. 14 de março de 2007

Nó Toda máquina virtual Erlang é dada um nome, usando os flags –name (nomes longos) ou –sname (nomes curtos) na linha de comando nome@host Para nomes longos, host é o nome do host completo Para nomes curtos, apenas parte do host é usada node() – Retorna o nome do nó 14 de março de 2007

Nó - Exemplo Um nó com nome longo não pode se comunicar com um nó de nome curto 14 de março de 2007

Conexão entre nós Na primeira vez que o nome de um nó remoto é utilizado, é feita uma conexão com o mesmo spawn(Node, M, F, A) ou net_adm:ping(Node) – Cria um processo no nó remoto Conexões são transitivas Para desativar: -connect all false Se um nó cai, todas as conexões com ele são removidas Erlang:disconnect(Node) – Força a disconexão de um nó 14 de março de 2007

Distribuição - Continuação Hidden nodes Nó que se conecta com apenas um outro nó, invés de todos C nodes Um programa escrito em C que age como um Hidden Node Magic cookies Mensagens trocadas entre nós para garantir segurança 14 de março de 2007

Módulos de distribuição global Sistema de registro global de nomes global_group Grupos de registro global net_adm Várias rotinas para administração de redes net_kernel Kernel da rede Erlang 14 de março de 2007

Distribuição transparente B ! Msg C ! Msg Erlang Run-Time System Erlang Run-Time System rede 14 de março de 2007

Compilação Códigos Erlang são compilados para códigos de objeto BEAM - Bogdans's Erlang Abstract Machine .beam O compilador também gera binários 14 de março de 2007

Compilação - Continuação compile:file(Module) compile:file(Module, Options) No Erlang shell c(Module) Compila e carrega o módulo 14 de março de 2007

Code Replacement Suporta a mudança de código em um sistema em execução Ideal para sistemas que não podem parar para serem feitas atualizações e correções de bugs Feita ao nível de módulo Old e current Código atual é sempre referenciado usando chamadas completas modulo:nome 14 de março de 2007

Code Replacement- Exemplo -module(m). -export([loop/0]). loop() -> receive code_switch -> m:loop(); Msg -> ... loop() end. 14 de março de 2007

Tratamento de erros Programas podem conter erros lógicos Não detectáveis pelo compilador Erlang fornece mecanismo de detecção e tratamento de erros em run time Primitivas catch e throw Proteger o código de erros (catch) Tratamento de excepções (catch e throw) 14 de março de 2007

Proteção contra erros catch Expressão Se não existir falha retorna o valor de Expressão Se existir falha retorna {’EXIT’,Razão} Razão contém a explicação para o erro Processo não termina devido ao erro Exemplos catch 1 + 3 → 4 catch 1 + a → {’EXIT’,{badarith,: : :}} catch somar(A,B) → depende dos valores de A e B 14 de março de 2007

Tratamento de exceções throw(Exceção) Retorna uma exceção a um catch associado Mesmo que lançada vários níveis abaixo Exceção propaga-se até ser encontrado um catch Se não existir um catch ocorre um erro de execução 14 de março de 2007

Tratamento de exceções – Cont. test(X) -> catch test1(X), ’processo nao morreu’. test1(X) -> ..., test2(X). test2(X) when list(X)-> throw({erro,’nao sei processar listas’}); test2(X) -> processar(X). Processo trata as excepções e não termina Sem catch é gerado erro de execução se for lançada a excepção Processo termina! 14 de março de 2007

Monitorização de processos Erlang permite monitorizar processos Ligações entre processos Sinais EXIT Ligações podem ser estabelecidas Na criação do novo processo spawn_link(Modulo,Função,Lista de argumentos) Durante a execução link(Pid) Ligações são bidireccionais A estabelece uma ligação com B B é automaticamente ligado a A Ligações podem ser removidas com unlink(Pid) 14 de março de 2007

Sinais Quando um processo falha, sinais de término são propagados para todos os processos associados a ele através de Link Sinal - {’EXIT’,Pid,Razão} 14 de março de 2007

Propagação de sinais de término Regra da propagação de erros Se um processo que recebe sinal de término, causado por um erro, não está fazendo error trapping, o mesmo morrerá e enviará sinais de término para todos os processos ligados a ele 14 de março de 2007

Error trapping receive {'EXIT', P1, Why} -> ... Sinais de término ... {P3, Msg} -> ... Mensagens normais ... end 14 de março de 2007

Conclusão Completa Fácil aprendizado Open Source Inúmeras ferramentas Apoio da Ericsson® 14 de março de 2007

Referências Site oficial da Open Erlang – www.erlang.org Concurrent Programming in Erlang, ISBN 0-13-285792-8 Erlang Reference manual Curso sobre Erlang - www.dei.isep.ipp.pt/~luis/orgc/slides/erlang/ http://en.wikipedia.org/wiki/Erlang_%28programming_language%29 14 de março de 2007

? 14 de março de 2007