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操作系统：远程过程调用（ Remote Procedure Call，RPC）

news 2025/8/3 7:41:40

什么是 RPC？

为什么需要 RPC？

RPC 中的消息

RPC 消息的结构

这些消息发送到哪里去？

RPC 是如何“伪装成”本地函数调用的？

Stub：伪装函数的“代理人”

什么是参数封装（Parameter Marshalling）？

我们现在来讲解一个在分布式系统中非常重要的通信机制：远程过程调用 Remote Procedure Call（RPC）

什么是 RPC？

Remote Procedure Call（RPC）是一种协议，允许一个程序调用另一个远程计算机上的函数或服务，就好像它是本地函数一样，而无需了解网络通信的细节。

RPC 的核心思想

虽然这个函数其实在另一台机器上，你仍然可以用和本地一样的方式去调用它。

RPC 做的事情可以简单地说是：不只是传数据，而是“远程执行一段代码”，并把结果带回来。

它的重点是：

调用远程的“函数”或“服务”，而不仅仅是发一个数据包；
你不需要关心它是不是在另一台机器上；
系统帮你把调用过程变成“发送请求 → 执行函数 → 发送结果”的一套流程。

为什么需要 RPC？

一、先从我们熟悉的「打函数」说起

当你写程序的时候，比如调用一个加法函数：

result = add(3, 5)

你会发现：

你只写了一句；
函数在哪？在本地；
参数怎么传？系统帮你传了；
结果怎么回来？系统帮你拿回来了。

这就叫做本地函数调用：你只管调用，系统自动把一切“底层操作”都做好了。

二、再看看「进程之间怎么交流」（IPC）

有时候，两个程序（进程）需要互相传数据，比如：

你运行的浏览器想从另一个本地程序拿图像；
一个程序做运算，另一个来展示结果。

这就用到了进程间通信（IPC），比如：

A 进程用 send() 发一个消息；
B 进程用 receive() 接收消息；
两个程序必须自己约定：这个消息是什么意思，内容要怎么解析。

简单来说：

IPC 更像是“写信”交流，你发一个东西，我收一个东西。大家要约定好格式、理解内容，通信本身是“传数据”而不是“请求功能”。

三、现在来看看 RPC（远程过程调用）

好，现在问题来了：如果这个函数不在本地，而是在另一台电脑上怎么办？
比如你电脑上运行了一个程序，它想调用远程服务器上的函数。

你能不能像调用本地一样写一句：

result = remote_add(3, 5)

这时候，RPC 就派上用场了。

RPC 让你调用远程的函数，就像在本地调用一样。你不用自己写通信代码，不用关心网络传输细节。

IPC 是在“传数据”，RPC 是在“请求帮我做事”。

RPC 把通信和函数调用结合起来，隐藏了底层复杂性，是写分布式程序非常常用的方式。

类比	说明
IPC 像是写信	你写信告诉对方一些内容（发送数据），对方自己想办法理解
RPC 像是打电话	你直接打电话说“帮我做这件事”，对方立即照做，然后告诉你结果

RPC 与 IPC 的关系和区别

项目	IPC（进程间通信）	RPC（远程过程调用）
通信范围	同一台主机的进程	不同主机的进程
通信形式	数据共享、消息传递等	函数调用封装为消息
通信协议	本地内核机制（管道、共享内存）	网络协议（通常是 TCP/UDP）
消息内容	可能是任意格式数据	结构化：包含函数名和参数

操作系统：进程间通信（ Interprocess Communication，简称 IPC）-CSDN博客

RPC 中的消息

回顾一下：IPC 的消息是什么样的？

在传统的 IPC（进程间通信）中，消息就是一段“原始数据”，比如一个字符串、一个数字数组，或者某种格式的字节流。

"ADD 3 5"

这是程序 A 发给程序 B 的一句话，但程序 B 得自己想办法理解这句话的含义，比如：

它是不是“加法”命令？
后面两个数是什么意思？
执行后结果要不要回给 A？

这完全靠开发者来设计和解释消息内容，而RPC 的消息是结构化的、有标准格式的。

RPC 消息的结构

RPC 系统为了让通信过程更像“调用函数”，而不是“发信息”，它设计了一套清晰的结构，让每条消息都包含下面这些内容：

函数标识符（Function ID）：客户端要调用哪个函数；
参数数据（Arguments）：传递给远程函数的参数；
调用标识（Call ID）：请求编号，用于匹配返回值；
返回值（在响应中）：函数执行的结果；

这使得 RPC 不再只是“传数据”，而是明确表达“请求执行一个功能，并返回结果”。

字段	内容说明
函数名	要执行的远程函数名称，例如 `add()`、`get_user()`
参数值	函数的参数，例如 `3, 5` 或 `user_id=42`
唯一标识符	每个请求有编号，方便匹配返回结果
返回通道信息	哪个端口/地址返回结果

这意味着——RPC 的消息不再是“信封里写一堆字”，而是：

自动生成的、机器能看懂的函数调用说明书。

这些消息发送到哪里去？

每个运行 RPC 服务的远程主机上，通常有一个叫做 RPC daemon（守护进程） 的后台程序在监听某个端口（比如 1234 端口）。

当客户端发出 RPC 请求时，这条结构化消息会：

通过网络发给目标主机；
交给监听端口的 RPC 守护进程；
它读取消息，知道：
- 要调用哪个函数
- 参数是什么
然后在本地真正去执行这个函数；
把返回结果再次打包成消息，发送回客户端。

阶段	内容
客户端发送请求	消息中包含函数名、参数等
服务器端接收	本地 RPC 服务进程（daemon）监听某个端口，解析消息
执行远程函数	找到匹配的函数，执行传入的参数逻辑
返回结果	服务器打包返回值，发送回客户端

网络中的 RPC 通信流程图：

Client                    Network                  Server
--------                 ---------                --------
Call fn(x, y)  ─────▶    封装消息包  ─────▶    RPC Daemon 解析⬇                             ⬇Send to IP:port           查找 fn 并执行(x, y)⬆                             ⬆接收返回值 ◀──── 回送结果消息 ◀──── 返回执行结果

在 RPC 中，消息是自动构造的、有结构的，明确表示“调用哪个函数、传什么参数”，不像 IPC 那样只是发一段原始数据。

这让 RPC 能够像本地函数调用一样稳定、可控，并且适合在网络上传输和执行。

RPC 是如何“伪装成”本地函数调用的？

RPC（远程过程调用）希望让你写代码时像这样：

result = remote_add(3, 5)

看起来就像是调用一个本地函数 add()，但其实：

函数真正执行是在另一台机器上；
数据是通过网络传过去的；
然后结果又从远程传回来。

那它是怎么实现这么“骗你”的效果呢？这就靠存根（Stub） 和 参数封装（Marshalling）。

Stub：伪装函数的“代理人”

Stub 是一个代理函数。你以为你调用的是远程函数，实际你调用的是一个“本地小助手”（Stub），它背后再去做真正的远程调用。

RPC 中有两个 Stub：

Stub 类型	位置	作用
Client Stub	客户端	模拟远程函数，接收参数、打包、发消息
Server Stub	服务器端	解包参数、调用真正的函数，打包返回结果

你以为你在调用远程服务器的 add()，其实你调用的是一个本地的“stub 函数”。

它不是真的运行 add(3, 5)，而是做这几件事：

把函数名、参数等打包成一个消息；
通过网络发送给远程服务器；
等服务器执行完毕后，接收结果并返回给你。

这样你就“以为”是本地调用，实际上系统在偷偷做远程通信。

调用流程图

【客户端】
你写的代码：result = remote_add(3, 5)│▼Client Stub（代理函数）└── 参数打包成消息│▼网络发送（消息）【服务器】Server Stub（接收者）└── 解包参数│▼真正执行：add(3, 5)│▼得到结果：8└── 结果打包成消息│▼网络返回（消息）【客户端】Client Stub 接收并解包│▼把 8 返回给调用者